浅谈井字梁设计中的几个常见问题

浅谈井字梁设计中的几个常见问题

王鹏

摘要：钢筋混凝土井字梁具有为建筑提供更大空间的优点，因此得到广泛应用，试就钢筋混凝土井字梁设计中井字梁楼盖的构造、荷载计算、配筋设计等几个问题加以探讨。

关键词：井字梁；配筋；构造前言

钢筋混凝土井字梁是从钢筋混凝土双向板演变而来的一种结构形式。双向板是曼弯构件，当其跨度增加时，相应板厚也随之加大。但板的下部受拉区的混凝土一般都不考虑它起作用，受拉主要靠下部钢筋承担。因此，在板的跨度较大时，为了减轻板的自重，我们可以把板的下部受拉区的混凝土挖掉一部分，让受拉钢筋适当集中在几条线上，使钢筋与混凝土更加经济、合理地共同工作。这样双向板就变成在两个方向形成井字式的区格梁，这两个方向的梁通常是等高的，不分主次梁，一般称这种双向梁为井字梁（或网格梁）。井字梁的设计是工程设计人员经常遇到且又必须掌握的内容。下面就对几个常见问题进行探讨：

1楼盖构造

1．1采用井字梁楼盖的平面结构跨度宜为8~24m，两向跨度应相等或相近，对于正交井字梁楼盖，长向跨度与短向跨度的比值应大于1．5，否则应在长向上加设大梁而形成两个井字梁体系，或采用斜交网格的井字梁体系。

1．2井字梁楼盖中区格尺寸的取值应综合考虑建筑和结构受力的要求，一般为1.2~3m较为经济，且a/b≈1。

1．3井字梁楼盖混凝土强度等级应大于C20，为了避免和减小楼盖混凝土收缩裂缝，其强度不宜过高，跨度较大时一般宜采用C30。

1．4井字梁和支承边梁的相交节点宜采用铰接节点，边梁刚度应足够大，并采取相应的构造措施；若采用刚接节点，则边梁需进行抗扭强度和刚度计算，边梁截面高度宜比井字梁高出20％~30％。

1．5与柱连接的井字梁或边梁按框架考虑，满足受力和构造要求，若梁截面不足，则梁高不变，适当增大梁宽。

1．6井字梁采用弹性方法计算，挠度值不宜过大，设计时应控制在L/300~L/400（L为短向跨度）以内。当楼盖跨度较大时，施工时可预先起拱，以减小其挠度。

2井字梁受力计算

2．1井字梁结构的均布荷载的计算

由于《井字梁结构静力计算手册》中只提到均布荷载的荷载值，而未提到均布荷载值的计算来由，部分设计人员在设计井字梁结构时，容易忽略了梁的自重恒载，而只考虑梁上的均布恒载和活载，比如，以一个四边简支井字网格为6×4，区格长度ａ＝3ｍ，ｂ＝4.2ｍ为例，如图1示，假定梁上的现浇板板厚为10ｍｍ，面层为30ｍｍ厚水磨石，板底为20ｍｍ厚抹灰，活荷载为3ｋN/m2，刚可算得梁上均布荷载设计值（未计梁自重），为8.4ｋN/m2，从计算手册可得到井字梁高为1100ｍｍ，然后再将梁的总自重平均分担成面荷载，定梁宽300ｍｍ。

由于板自重已计算，所以计算梁自重时，应将梁板重叠部分减掉，因此，梁重的计算高度应为1000ｍｍ。

可得到梁上均布荷载设计值（计梁自重）为12.5kN/m2。

最后，设计人员须采用均布荷载12．5kN/m2的设计值去计算梁的内力和挠度，而不是用均布荷载为8.4kN/m2的设计值去计算梁的内力和挠度。另外，井字梁结构属于空间共同受力体系，更不能简单地把每条井字梁的自重用均匀线荷载按两边支座简支去计算内力再和均布荷载8.4kN/m2所求得的内力进行叠加。

2．2求支座处的反力

在井字梁结构的设计过程中，有的设计人员去求井字梁支座处的反力时．往往只把该梁的最大剪力作为井字梁的支座处的反力，而忽略了周边的板的三角荷载或梯形荷载。如图1所示，斜线部分的三角荷载或梯形荷载在设计过程中，经常被忘记或忽视。以B1处为例，计算一下支座反力，查计算手册可得到井字梁的最大剪力V1max为174．6kN，而B1处的梯形荷载VB1为50．6kN，其值与V1max之比不容忽视。因此，支座处的反力RB1＝VB1+VB1max为225.2kN，如果在进行基础设计时，特别是基础采用浅基时，这一部分的荷载对基础影响更大，很大程度有可能影响基础的安全度。

2．3井字梁的计算规范

井字梁楼盖是高次超静定结构。根据井字梁间距的大小，可用不同的方法计算。

2．3．1当井字梁的间距≤1-25fa时的分布较密，可近似地按双向板计算梁的混凝土折算成板的厚度。

2．3．2当井字梁的间距＞1．25m时，则应按井字梁计算。井字梁计算比较复杂，一般都假定：

（1）不考虑剪力和扭矩的作用；

（2）两个方向的梁，其刚度相等。

几种计算方法在实际工程设计中，相对采用查图表法比较方便。各种结构设计、计算手册中，一般都有井字梁计算图表，只要符合编制图表的条件，即可查表求出井字梁的最大弯矩、剪力和挠度。

3井字梁的配筋

井字梁的配筋和一般梁的配筋基本上要求相同。但在设计中必须注意以下几点：

3．1在两个方向梁交点的格点处，短跨度方向梁下面的纵向受拉钢筋应放在长跨度方向梁下面的纵向受拉钢筋的下面，这与双向板的配筋方向相同。

3．2在两个方向梁交点的格点处不能看成是梁的一般支座，而是梁的弹性支座，梁只有在两端支承处的两个支座。因此，两个方向的梁在布筋时，梁下面的纵向壁拉钢筋不能在格点处断开，而应直通两端支座。钢筋不够长时，必须采用焊接，其焊接质量必须符合有关规范要求。

3．3由于两个方向的梁井非主、次梁结构，所以两个方向的梁在格点处不必设附加横向钢筋。但是在格点处，两个方向的梁在其上部应配置适量的构造负钢筋，不宜少于2d，以防在荷载不均匀分布时可能产生的负弯矩，这种负钢筋一般相当于其下部纵向受拉钢筋的1/3。

结束语

由于钢筋混凝土井字梁在使用上能给建筑提供较大空间，在设计中日益常见，设计人员应该充分注意到井字梁的力学特点，确保设计的合理性和安全性。

参考文献

[1]GB50010-2002，混凝土结构设计规范[S].

[2]简明建筑结构设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[3]建筑结构构造资料集[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[4]范辉.井字梁的计算与设计[J].山西建筑，2007（17）.

[5]范小元.井字梁设计应注意的问题及规律[J].山西建筑，2008（23）.