井字梁結構設計中若干問題的研究

1、.井字梁結構設計中若干問題的研究標簽:  結構設計  研究  2010-08-03 16:31 1井字梁結構的特點：1.1井字梁結構是從雙向板演變而來的一種結構形式。井字梁雙向的梁通常是等高的，不分主次梁，各向梁協(xié)同工作，共同承擔和分配樓面荷載，具有良好的空間整體性能。1.2比一般梁板結構具有較大跨高比，較適用于受層高限制且要求大跨度的建筑。1.3能形成規(guī)則的梁格，頂棚較美觀。常用的梁格布置形式有：正交正放、正交斜放、斜交斜放等。2井字梁結構的設計原則：2.1井字梁樓蓋兩個方向的跨度如果不等，則一般需控制其長短跨度比不能過大。長跨跨度L1與短跨跨度L2之比 L1/

2、L2最好是不大于1.5，如大于1.5小于等于2,宜在長向跨度中部設大梁，形成兩個井字梁體系或采用斜向布置的井字梁，井字梁可按45°對角線斜向布置。2.2當井字梁周邊有柱位時，可調整井字梁間距以避開柱位，靠近柱位的區(qū)格板需作加強處理，若無法避開，則可設計成大小井字梁相嵌的結構形式。2.3梁格間距的確定一般是根據(jù)建筑上的要求和具體的結構平面尺寸確定，通常取跨度的1/121/6，且一般不宜超過 4m，同時還應綜合考慮剛度和經(jīng)濟指標要求。2.4與柱連接的井字梁或邊梁按框架梁考慮，必須滿足抗震受力(抗彎、抗剪及抗扭)要求和有關構造要求。梁截面尺寸不夠時，梁高不變，可適當加大梁寬。2.5井字梁最

3、大扭矩的位置，一般情況下四角處梁端扭矩較大,其范圍約為跨度的1/41/5。建議在此范圍內適當加強抗扭措施。3井字梁截面尺寸的確定：3.1一般的混凝土框架梁截面寬度不宜小于200mm，由于井字梁結構縱橫方向梁能起到側面相互約束作用，使得梁截面寬度較小時，也不會發(fā)生側向失穩(wěn)破壞。因此井字梁截面寬度尺寸可比普通梁截面寬度小一些。通常井字梁寬度b取1/3（h較小時）1/4（h較大時），但梁寬不宜小于120mm。3.2兩個方向的井字梁的高度h應相等，一般常用的井字梁截面高度為跨度的1/201/15，當結構在兩個方向的跨度不一樣時，取短跨跨度。3.3井字梁的撓度f一般要求f1/250，要求較高時f1/40

4、0。3.4井字梁和邊梁的節(jié)點宜采用鉸接節(jié)點，但邊梁的剛度仍要足夠大，并采取相應的構造措施。若采用剛接節(jié)點, 邊梁需進行抗扭強度和剛度計算。邊梁的截面高度大于或等于井字梁的截面高度，并最好大于井字梁高度的 20%30%。對于邊梁截面高度的選取,應按單跨梁的規(guī)定執(zhí)行，一般可取=L/8L/12(L為邊梁跨度)。梁柱截面及區(qū)格尺寸確定后可進行計算，根據(jù)計算情況,對截面再作適當調整。4井字梁結構的布置： 4.1井字梁梁系布置很關鍵，它不僅體現(xiàn)井字梁樓蓋體系在兩個方向的傳力關系，也影響周邊結構的受力大小。通常梁系布置時應遵從以下布置原則：4.1.1優(yōu)先采用偶數(shù)布置。周邊環(huán)梁受力大小與井字梁的布置關系密切，

5、當井字梁采用偶數(shù)布置時，周邊支撐環(huán)梁受力較合理。4.1.2優(yōu)先采用雙向相同的井字布置。雙向相同的井字布置是指兩方向的梁格間距布置相同和兩方向井字梁線剛度相同。井字樓蓋的荷載能較均勻分配于四周，使周邊支撐體系受力均勻，井字結構受力也較合理。井式梁板結構的布置方式一般有以下五種，下面分別予以說明：4.1.3正式網(wǎng)格梁 網(wǎng)格梁的方向與屋蓋或樓板矩形平面兩邊相平行。正向網(wǎng)格梁宜用于長邊與短邊之比不大于1.5的平面，且長邊與短邊尺寸越接近越好。4.1.4斜向網(wǎng)格梁當屋蓋或樓蓋矩形平面長邊與短邊之比大于1.5時，為提高各項梁承受荷載的效 率，應將井式梁斜向布置。該布置的結構平面中部雙向梁均為等長度等效率，

6、于矩形平面的長度無關。當斜向網(wǎng)格梁用于長邊與短邊尺寸較接近的情況，平面四角的梁短而剛度大，對長梁起到彈性支承的作用，有利于長邊受力。為構造及計算方便，斜向梁的布置應與矩形平面的縱橫軸對稱，兩向梁的交角可以是正交也可以是斜交。4.2此外斜向矩形網(wǎng)格對不規(guī)則平面也有較大的適應性。4.2.1三向網(wǎng)格梁 當樓蓋或屋蓋的平面為三角形或六邊形時，可采用三向網(wǎng)格梁。這種布置方式具有空間作用好、剛度大、受力合理、可減小結構高度等優(yōu)點。4.2.2設內柱的網(wǎng)格梁 當樓蓋或屋蓋采用設內柱的井式梁時，一般情況沿柱網(wǎng)雙向布置主梁，再在主梁網(wǎng)格內布置次梁，主次梁高度可以相等也可以不等。4.2.3有外伸懸挑的網(wǎng)格梁 單跨簡

7、支或多跨連續(xù)的井式梁板有時可采用有外伸懸挑的網(wǎng)格梁。這種布置方式可減少網(wǎng)格梁的跨中彎矩和撓度。5井字梁的配筋應注意以下幾點：5.1在兩個方向梁交點的格點處，短跨度方向梁下面的縱向受拉鋼筋應放在長跨度方向梁下面的縱向受拉鋼筋的下面，這與雙向板的配筋方向相同。5.2在兩個方向梁交點的格點處不能看成是梁的一般支座，而是梁的彈性支座，梁只有在兩端支承處的兩個支座。因此，兩個方向的梁在布筋時，梁下面的縱向受拉鋼筋不能在格點處斷開，而應直通兩端支座。鋼筋不夠長時，必須采用焊接，其焊接質量必須符合有關規(guī)范要求。5.3由于兩個方向的梁并非主、次梁結構，所以兩個方向的梁在格點處不必設附加橫向鋼筋。但是在格點處，

8、兩個方向的梁在其上部應配置適量的構造負鋼筋，不宜少于2根12，以防在荷載不均勻分布時可能產生的負彎矩，這種負鋼筋一般相當于其下部縱向受拉鋼筋的1/3。 6 井字梁受力計算61井字梁結構的均布荷載的計算由于井字梁結構靜力計算手冊中只提到均布荷載的荷載值，而未提到均布荷載值的計算來由，部分設計人員在設計井字梁結構時，容易忽略了梁的自重恒載，而只考慮梁上的均布恒載和活載，比如，以一個四邊簡支井字網(wǎng)格為6×4，區(qū)格長度3，4.2為例，如圖1示，假定梁上的現(xiàn)澆板板厚為10，面層為30厚水磨石，板底為20厚抹灰，活荷載為3N/m2，剛可算得梁上均布荷載設計值（未計梁自重），為

9、8.4N/m2，從計算手冊可得到井字梁高為1100，然后再將梁的總自重平均分擔成面荷載，定梁寬300。由于板自重已計算，所以計算梁自重時，應將梁板重疊部分減掉，因此，梁重的計算高度應為1000?？傻玫搅荷暇己奢d設計值（計梁自重）為12.5kN/m2。最后，設計人員須采用均布荷載125kN/m2的設計值去計算梁的內力和撓度，而不是用均布荷載為8.4kN/m2的設計值去計算梁的內力和撓度。另外，井字梁結構屬于空間共同受力體系，更不能簡單地把每條井字梁的自重用均勻線荷載按兩邊支座簡支去計算內力再和均布荷載8.4kN/m2所求得的內力進行疊加。62求支座處的反力   &

10、#160;在井字梁結構的設計過程中，有的設計人員去求井字梁支座處的反力時往往只把該梁的最大剪力作為井字梁的支座處的反力，而忽略了周邊的板的三角荷載或梯形荷載。如圖1所示，斜線部分的三角荷載或梯形荷載在設計過程中，經(jīng)常被忘記或忽視。以B1處為例，計算一下支座反力，查計算手冊可得到井字梁的最大剪力V1max為1746kN，而B1處的梯形荷載VB1為506kN，其值與V1max 之比不容忽視。因此，支座處的反力RB1VB1+VB1max為225.2kN，如果在進行基礎設計時，特別是基礎采用淺基時，這一部分的荷載對基礎影響更大，很大程度有可能影響基礎的安全度。63井字梁的計算規(guī)范井字梁樓蓋是高次超靜定

11、結構。根據(jù)井字梁間距的大小，可用不同的方法計算。631當井字梁的間距1-25fa時的分布較密，可近似地按雙向板計算梁的混凝土折算成板的厚度。632當井字梁的間距125m時，則應按井字梁計算。井字梁計算比較復雜，一般都假定：（1）不考慮剪力和扭矩的作用；（2）兩個方向的梁，其剛度相等。幾種計算方法在實際工程設計中，相對采用查圖表法比較方便。各種結構設計、計算手冊中，一般都有井字梁計算圖表，只要符合編制圖表的條件，即可查表求出井字梁的最大彎矩、剪力和撓度。7 SATWE計算軟件與查靜力計算手冊兩種計算方法的應用：6.1兩種計算方法在計算井字梁結構時，井字梁中間交叉點的內力計算均按照空間交

12、叉梁系方式進行分配。即根據(jù)節(jié)點的變形協(xié)調條件和各梁線剛度的大小進行計算，協(xié)調條件為，在每一點處交叉梁的線位移相等。6.2兩種計算方法最大不同在于井字梁端部支座豎向剛度對井字梁結構的影響。采用查靜力計算手冊方法時，無論井字梁與其端部支座是固接還是鉸接，均不考慮其豎向剛度的影響，即認為井字梁端部支座處沒有豎向位移。6.3當井字梁端部簡支在框架主梁上時，SATWE軟件的計算結果與查靜力計算手冊的結果相差很大，這主要是SATWE軟件考慮了主框架梁的豎向位移所致。當井字梁端部簡支剪力墻上時，二者之間的計算結果相差很小。這主要是因為混凝土剪力墻的豎向剛度很大，豎向位移很小所致。井字梁內力受其端部支座豎向剛

13、度的影響很大，當采用查靜力計算手冊法時，應考慮該工程是否符合其計算假定。 1、井字梁與柱子采取“避”的方式，調整井字梁間距以避開柱位；避免在井字梁與柱子相連處井字梁的支座配筋計算結果容易出現(xiàn)的超限情況；減少梁柱節(jié)點在荷載作用下，由于兩者剛度相差懸殊而成為受力薄弱點以致首先破壞，由于井字梁避開了柱位，靠近柱位的區(qū)格板需另作加強處理。2、"井字梁與柱子采取“抗”的方法，把與柱子相連的井字梁設計成大井字梁，其余小井字梁套在其中，形成大小井字梁相嵌的結構形式，使樓面荷載從小井字梁傳遞至大井字梁，再到柱子。3、井字梁截面高度的取值以剛度控制為主，除考慮樓蓋的短向跨度和計算荷載大小外，

14、還應考慮其周邊支承梁抗扭剛度的影響。4、由于井字梁樓蓋的受力及變形性質與雙向板相似，井字梁本身有受扭成分，故宜將梁距控制在3m以內。5、井字梁一般可按簡支端計算。6、當井字梁周邊有柱位時，可調整井字梁間距以避開柱位，靠近柱位的區(qū)格板需作加強處理，若無法避開，則可設計成大小井字梁相嵌的結構形式。7、鋼筋混凝土井字梁是從鋼筋混凝土雙向板演變而來的一種結構形式。雙向板是受彎構件，當其跨度增加時，相應板厚也隨之加大。但板的下部受拉區(qū)的混凝土一般都不考慮它起作用，受拉主要靠下部鋼筋承擔。因此，在雙向板的跨度較大時，為了減輕板的自重，我們可以把板的下部受拉區(qū)的混凝土挖掉一部分，讓受拉鋼筋適當集中在幾條線上

15、，使鋼筋與混凝土更加經(jīng)濟、合理地共同工作。這樣雙向板就變成為在兩個方向形成井字式的區(qū)格梁，這兩個方向的梁通常是等高的，不分主次梁，一般稱這種雙向梁為井字梁(或網(wǎng)格梁)。8、井字梁的支承井字梁樓蓋四周可以是墻體支承，也可以是主梁支承。墻體支承的情況是符合計算圖表的假定條件：井字梁四邊均為簡支。當只有主梁支承時，主梁應有一定的剛度，以保證其絕對不變形。9、井字梁樓蓋兩個方向的跨度如果不等，則一般需控制其長短跨度比不能過大。長跨跨度L1與短跨跨度L2之比 L1/L2最好是不大于1.5，如大于1.5小于等于2，宜在長向跨度中部設大梁,形成兩個井字梁體系或采用斜向布置的井字梁，井字梁可按45°

16、對角線斜向布置。10、兩個方向井字梁的間距可以相等，也可以不相等。如果不相等，則要求兩個方向的梁間距之比a/b=1.02.0 。實際設計中應盡量使a/b在1.01.5之間為宜，最好按井字梁計算圖表中的比值來確定，應綜合考慮建筑和結構受力的要求,一般取值在1 23較為經(jīng)濟,但不宜超過3.5。11、兩個方向井字梁的高度h應相等，可根據(jù)樓蓋荷載的大小，取h=L2/20,但最小h不得小于短跨跨度1/30.12、梁寬=取梁高1/3（h較小時）1/4（h較大時），但梁寬不宜小于120mm。13、井字梁的撓度f一般要求f1/250，要求較高時f1/400。14、井字梁的樓板井字梁現(xiàn)澆樓板按雙向板計算，不考慮

17、井字梁的變形，即假定雙向板支承在不動支座上。雙向板的最小板厚為80mm，且應大于等于板較小邊長的1/40。15、井字梁的配筋和一般梁的配筋基本上要求相同。但在設計中必須注意以下幾點：a.在兩個方向梁交點的格點處，短跨度方向梁下面的縱向受拉鋼筋應放在長跨度方向梁下面的縱向受拉鋼筋的下面，這與雙向板的配筋方向相同。b.在兩個方向梁交點的格點處不能看成是梁的一般支座，而是梁的彈性支座，梁只有在兩端支承處的兩個支座。因此，兩個方向的梁在布筋時，梁下面的縱向受拉鋼筋不能在格點處斷開，而應直通兩端支座。鋼筋不夠長時，必須采用焊接，其焊接質量必須符合有關規(guī)范要求。C.由于兩個方向的梁并非主、次梁結構，所以兩

18、個方向的梁在格點處不必設附加橫向鋼筋。但是在格點處，兩個方向的梁在其上部應配置適量的構造負鋼筋，不宜少于2根12，以防在荷載不均勻分布時可能產生的負彎矩，這種負鋼筋一般相當于其下部縱向受拉鋼筋的1/3。16、井字梁樓蓋的混凝土強度等級不應低于20。為了避免和減小樓蓋混凝土的收縮裂縫,混凝土的強度等級不宜太高。17、井字梁和邊梁的節(jié)點宜采用鉸接節(jié)點,但邊梁的剛度仍要足夠大,并采取相應的構造措施。若采用剛接節(jié)點, 邊梁需進行抗扭強度和剛度計算。邊梁的截面高度大于或等于井字梁的截面高度,并最好大于井字梁高度的 20%30%。18、與柱連接的井字梁或邊梁按框架梁考慮,必須滿足抗震受力(抗彎、抗剪及抗扭)要求和有關構造要求。梁截面尺寸不夠時,梁高不變,可適當加大梁寬。19、對于邊梁截面高度的選取,應按單跨梁的規(guī)定執(zhí)行,一般可取=/8/12(為邊梁跨度)。梁柱截面及區(qū)格尺寸確定后可進行計算,根據(jù)計算情況,對截面再作適當調整。20、在邊梁內應按計算配置附加的抗扭縱筋和箍筋,以滿足邊梁的延性和裂縫寬度限制要求。21、在節(jié)點兩邊, 邊梁要增設附加吊筋或吊箍,將交叉梁的全部支座反