井字梁楼盖结构的问题探究

■黄立敏，范冠先

■1．陕西省机关事务管理房新城服务中心，陕西 西安 710006;2．西安建筑科技大学，陕西 西安 710055

钢筋混凝土井字梁是从双向楼板引申而来的双向受弯构件，板下部的所受拉力由钢筋承担，不考虑作用于板下部的拉力。因此，当双向板跨度较大时，可将板下部受拉区混凝土挖除一部分以此来减轻板的自重，同时适当增加板的高度形成梁，这样钢筋与混凝土之间能够更有效的协同工作。双向板变成两个方向等高分主次的区格板，即为钢筋混凝土井字梁(或称网格梁)。

井字梁结构是一种空间复杂受力体系，实属高次超静定结构。井字梁结构的布置不仅影响2个方向上力的传递，而且影响到楼盖结构周边结构的受力情况。

1 井字梁楼盖的特点

(1)梁的交叉点处不设柱，保证了较大的使用空间。图书馆、展览厅、影剧院、仓库、多功能活动厅、会议室、候机室、车站等(柱距一般都在6～10米范围内)要求室内不设或少设柱的建筑可以通过井字梁布置来获得较大的使用空间。(2)由于井字梁双向设梁双向受力、梁高较小且梁距较密等特点，使楼盖的厚度变得很薄，从而达到节省材料、降低造价的目的。对比于一般楼板体系，井字梁可以节约30%－40%混凝土和钢材。由于井字梁采用塑料膜壳进行施工，不但节约大量木材，而且施工方便快捷。同时，井字梁结构对称美观，可以节约吊顶的费用。(3)外形美观。由于两个方向的梁同距同高，形成了整齐对称的方格，辅之适当的艺术处理，可以实现外形美观的视觉效果。同时，排水管布置灵活，不影响室内的观瞻。

2 井字梁楼盖的设计原则

(1)采用井字梁进行楼盖的平面结构布置时楼盖度跨宜小于20m，屋盖宜小于24m，且要求两向跨度尽可能的相近，如果横向跨度与纵向跨度之间的距离不同时，横距与纵距之比不能太大，一般要求控制在1.5倍范围以内，如若大于1.5且小于2时，可以在横跨中部设置一道大梁形成2个新的区格;当需要斜向布置井字梁时，斜向的角度一般为45度。(2)一般根据荷载大小、使用要求及建筑尺寸来确定梁格间距。取1.5m～3m时较为经济。(3)井字梁的周边环梁受力大小与井字梁布置密切相关，理论分析与工程经验表明，井字梁采用偶数布置时，周边环梁的受力更为合理。为了使井字楼盖的荷载均匀的向周边传递同时使周边的支撑体系均匀受力，井字梁在2个方向采用相同的设置。(4)井字梁和边梁相交的节点一般不采用固定连接，边梁的高度和宽度要做的大一些，保证具有足够打的刚度;如果边梁与井字梁的节点采用了刚性连接，则需要考虑边梁的抗扭强度的计算，施工工程采用边梁和井字梁线刚度之比来进行判断。(5)由于井字梁和柱子相交的部位，支座处配筋的计算值很容易超出限制，所以当遇到井字梁周边有柱位时，可通过调整井字梁间距来避开柱位;梁柱相交的节点在结构设计中属于薄弱点，这是因为梁和柱子的刚度相差很大，为了减少梁柱节点在荷载作用下的破坏，需要对靠近柱位的区格板进行加强处理。若避不开柱位，可以通过“大梁套小梁”的方案即井字梁设计成大梁中间布置小井字梁的方法，荷载的传递途径为楼板——大井字梁——小井字梁——柱子。(6)若为跨度较大的连续井字梁楼盖，应在中部布置柱子，柱子的设计截面应同时满足受力和构造的要求，中柱宜采用方形柱或圆形柱，边柱宜为矩形柱，角柱宜为方形柱。(7)采用弹性方法求解井字梁内力，挠度不宜过大(挠度控制在L/300～L/400范围内，其中L为短边长)。当楼盖的跨度较大时，可以通过预先起拱的方法来减少井字梁的扰度。井字梁因采用弹性方法求内力，挠度值不宜过大。但楼盖跨度较大时，施工时可预先起拱，以减小井字梁楼盖的挠度。(8)井字梁最大扭矩一般出现在距离边缘1/4～1/5的两端四角位置，需要在此范围内采取适当的抗扭加强措施。

3 井字梁的几种布置形式

首先，以某一18m×18m正方形大空间楼盖为例，按照井字梁正放或斜放、是否与柱相连、边角处是否设有连柱的角梁等3个布置原则，一般地，井式梁板结构的布置方式一般有以下五种，下面分别予以说明:

(1)正交网格梁的布置。横梁与纵梁的方向与矩形板两边平行，横梁与纵梁正交。井字梁长边与短边长度之比不宜过大，一般不超过1.5。两者之间的距离越接近越好，在满足结构受力和稳定的前提下，一般为了工程方便做成正方形。(2)斜向网格梁的布置。当井字梁楼盖组成的矩形平面内长边梁与短边梁的长度之比大于1.5时，一般采用斜向布置的方法来提高梁受荷效率。这种布置方法形成的结构平面中部双向梁均为等长度等效的梁，且与矩形平面的长度没有关系。同矩形网格梁布置一样，斜向网格梁的长边与短边长度接近有利于结构整体的受力，所以一般把斜向布置的网格梁做成斜向方形网格梁。(3)三向网格梁的布置。这种布置主要针对楼盖平面为三角形或者六边形的情况。这种布置方法的优点在于提供了较好的空间作用、较大的刚度、较合理的受力，同时减小的结构的高度。(4)设内柱的网格梁的布置。若楼盖需要设置内柱时，通常采用的方法是先在柱子上布置主梁形成主梁网格，然后在主梁内布置次梁，主梁与次梁的高度可以相等也可以不相等。(5)有外伸悬挑的网格梁的布置。这种布置方式可减少网格梁的跨中弯矩和挠度。对于单跨简支井字梁或多跨连续井字梁，可以采用有外伸悬挑的网格梁的布置。

4 结论

井字梁属于跨度较大的复杂空间结构受力体系，井字梁的设计建立在力学基本理论的基础之上，要遵照设计的原则，选择合适的结构布置形式，在保证结构安全的前提下提高建筑空间、降低材料用量、节约工程成本。

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