谈钢筋混凝土井字梁设计的几个要点

安 健

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

谈钢筋混凝土井字梁设计的几个要点

安 健

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

从井字梁的受力特点、计算方法、布置形式、构造布局等方面入手，对钢筋混凝土井字梁楼盖结构设计中应注意的技术要点进行了分析探讨，以提高井字梁结构设计的安全性与合理性。

井字梁，大跨结构，平面布局，设计

钢筋混凝土井字梁楼盖主要用于民用建筑中大跨度，大空间的房屋(平面跨度宜为8 m～18 m)，如会议室、展览室、活动厅、多功能大厅等，尤其是当混凝土结构大屋面采用钢结构时，设计者难以计算出两种不同结构体系的实际受力的情况。井字梁结构不仅为建筑提供更大的空间，而且结构顶棚形成的各种梁格经二次装修效果美观舒适，所以近年来得到结构设计人员的广泛采用。本文主要就井字梁的计算方法，受力特点，结构布局，截面选取，设计构造等几个方面进行分析探讨，便于提高此类结构设计的安全性、合理性和经济性。

1 井字梁结构的受力特点

钢筋混凝土井字梁的受力特点类似于双向板，板厚随板跨度增加相应加大，增加板厚势必增大板的自重，因为混凝土受拉承载力很小，在混凝土构件设计中往往不考虑下部受拉区域的混凝土受拉作用，因此为了减轻大跨板的自重，可挖掉一部分板下部受拉区的混凝土，让受拉钢筋适当集中在几条线上，这样双向板就变成为在两个方向形成井字式等高的、不分主次的区格梁，这种双向梁通常又称为井字梁。总之井字梁楼盖可看作是挖去部分受拉区混凝土的双向板，每一道梁配筋可看作此双向板的每“根”受力钢筋。

2 井字梁楼盖的计算方法

井字梁楼盖常用的计算方法一种是采用中国建筑科学研究院编制的《结构空间有限元分析与计算软件》(SATWE)有限元计算软件进行分析计算，另一种方法是借助《井字梁结构静力计算手册》来手算。这两种计算方法都是按照空间交叉梁系方式，根据节点的变形协调条件即每一处交叉梁的线位移相等的原则进行分析计算的。电算和手算都很简单，但值得注意的是:《计算手册》计算的前提假定条件为支撑井字梁的边梁没有竖向位移，而SATWE软件计算真实地考虑边梁的刚度和竖向位移，只有边梁竖向刚度足够大或特殊定义为刚性梁时，软件计算结果才接近于手册计算中的结果，如果考虑边梁的竖向刚度，不宜采用查《计算手册》的方法，设计时也可根据结构的具体情况参考两种计算方法的结果进行设计。

3 井字梁结构的布置形式

1)正向网格梁。当屋盖或楼盖矩形平面长边与短边之比小于1.5时，可布置与屋盖或楼板矩形平面两边相平行的井字梁。且矩形两边尺寸越接近越好，这样可使两个方向梁的刚度及受力均匀。2)斜向网格梁。当屋盖或楼盖矩形平面长边与短边之比大于1.5时，因其平面趋向于单向板，若采用正式网格梁布置，因两方向梁的刚度、受力不均，降低长向井字梁承受荷载的效率，这时应将井式梁斜向布置，这样结构平面中部形成长度相等的梁，接近结构平面四角边会形成刚度很大的短梁，因对长梁起到弹性支承的作用，这样分配有利于长边受力。斜向梁一般以矩形平面的纵横轴对称的布置，这种布置也便于计算且构造简单。3)三向网格梁。 当遇到三角形或六边形的楼盖或屋盖时，布置三向网格较正向和斜向布置更为合理。这种布置方式楼盖刚度大、梁空间作用好、受力均匀、结构构件高度也可适当减小。4)设内柱的网格梁。 当楼盖或屋盖采用设内柱的井字梁时，首先应沿柱网双向布置主框架梁，再在主框架梁网格内布置次梁，形成大小网格井字梁镶嵌的形式。主框架梁必须满足抗震受力计算和构造要求。

4 井字梁结构设计的构造要点

1)井字梁间距截面的选取。井字梁的间距、截面一般视梁跨度，梁上荷载等情况而定，一般梁间距不超过3 m，梁的两个方向高度h可比普通梁高度小，通常取结构平面短跨的1/20～1/15。由于井字梁结构纵横方向梁能起到侧面相互约束作用,一般能保证梁的侧向刚度，通常h较小时宽度b取1/3h，较大时取1/4h，由于井字梁的配筋较多，为保证梁中受力钢筋的间距构造要求，梁截面宽度也不宜小于200 mm。井字梁边梁高度应按单跨梁的规定选取，初选可取为L/8～L/12(L为边梁跨度)，为符合井字梁计算的边界条件及钢筋的锚固，边梁的截面高度应大于井字梁高度的20%～30%。

2)井字梁刚度挠度的要求。井字梁应严格控制其刚度与挠度，过大挠度不仅影响正常使用状态的感观质量，更不利的是因梁变形使周边边梁、柱子承受过大的附加扭力、拉力和剪力，导致整个结构存在安全隐患。挠度f应根据计算情况调整初选梁截面至规范要求，一般要求为f≤1/250，要求较高时f≤1/400。井字梁的边梁尤为重要，边梁必须有足够的抗弯刚度和抗扭刚度，和边梁连接的节点宜采用铰接节点，并采取相应的构造措施，以保证符合井字梁的计算假定及双向板的受力特点；当采用刚接节点时，边梁必须进行抗扭强度和刚度计算。

3)井字梁配筋构造的要点。由于井字梁楼盖的受力及变形特点与双向板相似，配筋构造兼有混凝土梁和板的构造特点：a.在两个方向梁的相交处，与双向板的配筋方法相同，即短跨度方向梁受拉钢筋放在长跨度方向梁的受拉钢筋的下面；b.两个方向梁的相交处梁是互为贯通的弹性支座，不是梁的一般支座，因此，两个方向梁下面的纵向受拉钢筋不能在格点处断开或搭接，而应直通梁在边梁支承处的两个支座。钢筋连接必须采用焊接，其焊接质量必须符合有关规范要求；c.由于两个方向的梁无主次梁之分，但考虑荷载不均匀分布时格点处可能产生的负弯矩，同时为了增强整个楼板的整体刚度，应在两个方向的梁的上部配置适量的构造负筋，这种负筋一般相当于其下部纵向受拉钢筋的1/3，不宜少于2根φ14，一般做法为上部钢筋全部拉通。两个方向的梁刚度、受力均匀的情况下相交处也不必设附加横向箍筋或吊筋；d.井字梁结构平面周边范围(边梁至1/3跨度范围)“环梁”配筋不应太小，井字梁是以边梁计算跨度的，其与双向板受力类似，理论计算配筋规律为中间向四周逐渐减小，但考虑井字梁跨度较大，应严格控制井字梁的挠度，因周边范围的每道梁可为另一方向梁的弹性支座，所以通过调整增大周边范围“环梁”的配筋来增大其刚度从而减小梁自身挠度，这样也减小了中心部分梁的挠度累积，更有利于整个楼盖梁的挠度控制。

5 井字梁遇柱时的布置方法

当井字梁周边有柱位时，可调整井字梁间距以避开柱位,避免井字梁与柱梁柱节点由于两者刚度相差悬殊而成为受力薄弱点在地震荷载作用下首先破坏，但应加强连接两柱位的区格板带，形成暗扁梁式的弱框架,减少框架柱对楼盖的不利影响；若整体计算要考虑此处梁柱作为抗侧移构件无法避开柱位时，则与柱相连的梁设计成大井字梁，再在大井字梁内嵌小井字梁，此大井字梁必须满足抗震受力的要求和有关构造要求，这样楼面荷载传递明确，即从小井字梁传递至大井字梁，再传到柱子。

以上是个人对井字梁楼盖结构设计中应注意的几个要点进行简单的分析探讨，为满足建筑更大空间功能的需要，井字梁结构跨度逐渐增大，结构受力更为复杂，施工难度也随着加大，近年来井字梁楼盖工程施工质量问题也不少见，所以设计人员应在设计过程中根据具体结构特点仔细分析、认真计算、深入探究，并应充分考虑施工的可行性，作出安全、合理、优秀的结构设计。

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Discussion on some key points of reinforced concrete cross beam design

AN Jian

(ShanxiArchitectural&DesignResearchInstitute,Taiyuan030013,China)

From the stress characteristics, calculation method, layout, structure layout and other perspective of cross beam, this paper analyzed and discussion the matters needing attention in reinforced concrete cross beam floor system structure design, in order to improve the safety and rationality of cross beam structure design.

cross beam, large span structure, plane layout, design

1009-6825(2014)34-0053-02

2014-09-22

安 健(1978- )，男，工程师

TU375.1

A