加腋梁与井字梁在矩形楼盖结构上的分析比较

曹 法 书

(大同市二院建筑设计研究有限责任公司，山西 大同 037006)



加腋梁与井字梁在矩形楼盖结构上的分析比较

曹 法 书

(大同市二院建筑设计研究有限责任公司，山西 大同 037006)

以某小型教堂中殿的矩形楼盖为例，对加腋梁与井字梁两种结构设计方案作了比较，阐述了两种楼盖结构形式的计算原理，分析了两种方案的优点和不足，指出对于长宽比大于1.5的矩形楼盖，采用加腋框架梁布置方案，能获得更好的使用效果和经济效果。

矩形楼盖，加腋框架梁，井字梁，结构设计

在建筑设计中，经常会遇到一些空间较大的矩形楼盖，尤其是长宽比大于1.5时，习惯做法是采用井字梁结构布置，纵横梁高度相同、整体美观，但楼盖自重很大，影响其抗震性能。如果采用主次梁布置方式，通过主框架梁加腋，来解决其截面高度，同样会获得良好的视觉效果，同时改善结构的受力性能，降低经济成本。

1 工程概况

笔者设计的某小型教堂(见图1)，建筑平面长25.2 m，宽11.0 m，地上3层，层高均为4.2 m。每层平面内有一个中殿大厅，11.0 m×19.2 m的大空间(长宽比为17.5)。业主要求，该大厅净高不低于3.5 m，要考虑结构对使用功能视觉上的影响。

初步设计时，采用了钢筋混凝土井字梁布置，分成3×6网格，梁截面均为250 mm×600 mm，楼板厚度为100 mm，混凝土强度等级为C30(见图2)。

经过优化设计，采用加腋梁布置方案，即在主次梁布置的基础上，将②轴、③轴上的框架梁两端竖向加腋，降低短向跨度上主框架梁的截面高度，达到增加建筑内部净高的目的。具体做法是：主框架梁中间等截面为250 mm×600 mm，两端各1.2 m范围内为变截面，高度由600 mm加大至850 mm(见图3)。

2 对两种结构布置方案的对比分析

2.1 两种不同结构选型的计算原理

井字梁是一种常用于大跨度矩形楼盖的结构形式，在平面布置上，纵横两个方向上梁不分主次，高度相同，同位相交，协同工作。其作用原理如同双向板，随着双向受弯板构件跨度增加，设计板厚度加大，为了减轻自重，将其下部受拉区混凝土间隔挖掉，剩余部分集中变为纵横交错的几道梁，使得钢筋与混凝土更好地协同工作。框架梁竖向加腋是通过结构构形达到拱效应来调整构件内力，将部分作用于梁上的竖向荷载转化为杆件轴力，扩大了剪力传递范围，增加了核心区有效抗剪混凝土体积。适当的加腋坡度，转移了核心区的应力集中，降低了梁端处的负弯矩和剪力，改善了节点的受力性能。

2.2 两种不同结构选型的内力计算分析

经过使用PKPM软件，对两种结构选型的建模计算，对比分析：二者对降低梁截面高度都起到了很好的效果，梁高仅为跨度的1/18，且梁下正弯矩配筋率不大，保证了业主关于建筑净高的要求。

由图4～图7比较发现，井字梁布置虽然增加了两道分格梁，但是对改善内力作用没有明显效果。从数据上分析：加腋框架梁，由于端部的竖向加腋，使得梁计算跨度变小，跨中弯矩减小6.4%；随着抗剪截面有效高度加大，剪力减小8.8%。

2.3 两种不同结构选型的施工操作、抗震性能比较

采用井字梁布置方案，现浇梁增加造成混凝土用量大，楼盖自重变大，水平地震作用力也变大，对抗震性能不利。尤其横向短跨上增加的次梁，对纵向边框梁的扭矩效应，使得边框上梁端负弯矩配筋及抗剪、抗扭箍筋密集，造成施工中混凝土振捣不密实，埋下质量隐患。

井字梁挠度简图见图8。

而采用框架梁加腋，统计分析，大厅楼盖混凝土用量减少了41.8%，钢筋用量减少了29.6%，楼盖自重减轻了。从挠度图上也可以看出(见图9)，加腋梁方案虽然楼盖整体刚度变小，但自重减轻，梁的弹性挠度值与井字梁方案相差无几，既节省了建筑材料，又保证了混凝土浇筑质量。

框架梁竖向加腋，相比同等跨度下等截面梁的截面高度变小，弱化了大跨度梁的线性刚度，在大空间矩形楼盖上(尤其是长宽比大于1.5)的应用，体型简单，传力途径明确，符合了“强柱弱梁，强节点弱构件”的抗震设计概念。

建筑观感上，井字梁布置使得顶棚梁太多，体型厚重，视觉上有压抑感。而加腋梁布置简单，框架梁整体向上拱起，弧线状的造型使结构更显稳固，空间更显高大。在主体结构验收时，通过现场观摩，得到了业主的认可和赞扬。

3 框架梁加腋的设计构造

通过井字梁与加腋梁在矩形楼盖上布置的对比分析，可以表明：井字梁适合在长宽相等或相近的楼盖上应用，而对于长宽比大于1.5的矩形楼盖(其工作原理更接近单向板)，布置井字梁就不合适，应该采用框架梁加腋的主次梁体型更合理。

框架梁加腋，PKPM建模可以采用“三段法”变截面输入计算。构造上，其坡度大约为1∶3，长度Lh取梁跨的1/6～1/8，高度hh取梁高的0.4倍。加腋处由于梁的杆件轴力作用，需要配置斜向构造钢筋，其截面积不小于梁底纵筋的1/4，并且与梁底纵筋插空布置，如图10所示。

框架梁加腋，增强了节点核心区域刚度，使得梁柱与加腋连接点成为梁柱端头的不利截面位置，加密区范围应从该点算起，同时在该点对应处附加两根箍筋。

4 结语

在结构设计中，选择大空间矩形楼盖的布置方案时，要依据其使用功能、空间要求及经济造价等方面，从不同角度加以综合分析比较。对于长宽比大于1.5的矩形楼盖，选择加腋框架梁，提高了部分构件的抗震性能，地震作用传递途径更明确，体现了“安全适用、经济合理”的设计原则，值得在其他类似工程上借鉴。

[1] 徐重人.加腋梁的简化计算模型及其解析解[J].建筑结构，2007，37(3)：84-88.

[2] 住房和城乡建设部.全国民用建筑工程设计技术措施(结构2009版)[M].北京：中国计划出版社，2009.

Analysis and comparison on rectangular floor structure of haunching frame beam and cross beam

Cao Fashu

(Datong 2nd Institute Building Design Academy Co., Ltd, Datong 037006, China)

Taking the rectangular floor structure of the small-scale church nave as an example, the paper compares two kinds of structure design schemes of haunching frame beam and cross beam, describes their calculation principles, analyzes their merits and defects, and finally points out that: it can achieve better using effect and economic benefits by applying haunching frame beam scheme for the rectangular floor with more than 1.5 of length-width rate.

rectangular floor， haunching frame beam, cross beam, structural design

1009-6825(2016)34-0047-03

2016-09-28

曹法书(1973- )，男，工程师

TU318

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