井字梁结构设计中若干重要问题的分析

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摘要：井字梁以其良好的结构设计和受力特征在工程施工中获得了广泛的应用，出现了众多形式的井字梁种类和应用模式。本文主要分析了井字梁在结构设计中的相关若干重要问题，在简要地概述了井字梁及其应用基本概况的基础上，探讨了井字梁的结构特点、设计中需要遵守的若干重要原则以及其截面尺寸的确定方法。

关键词：井字梁斜放正交结构设计工程应用分析

Abstract: the ribbed beams with its good structure design and in engineering construction force characteristic for a wide range of applications, such as the emergence of numerous forms of ribbed beams types and application mode. This paper mainly analyzes the ribbed beams in the structural design of the related some important problems, the article briefly summarizes the ribbed beams and application based on the basic situation, this paper discusses the ribbed beams in the design of the structure characteristics, the need to comply with some important principles and the method to determine the sectional dimensions.

Keywords: ribbed beams inclined put structure design engineering application analysis of orthogonal

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

一、井字梁概述及其在目前工程中的应用状况

井字梁是同一平面内由一组相互正交或斜交的梁所组成的工程结构构件，它的基本特征是梁与梁之间没有主次之分、高度大致相当、同位相交且呈井字型，常见的梁间距一般为3米左右，井字梁一般又称作交叉梁或格形梁。

井字梁布置形式一般有三种，即正放井字梁、斜放井字梁和三向井字梁。正放井字梁以行列式的方式排列，斜放井字梁和三向井字梁的结构比较复杂，梁的排列方式变化和种类也较多。目前关于正放井字梁的研究已经比较成熟，而关于斜放井字梁和三向井字梁的研究计算一般要借助计算机采用有限元的方法进行。

二、井字梁的结构特点、设计原则和截面尺寸的确定

井字梁的双向梁具有等高的特征，各方向梁之间协同工作，共担楼面负荷和工程应力，因而具有良好的空间整体性；井字梁适用于受层高、跨度要求较大的工程；井字梁的工程美学比较符合几何力学的特征，美观规则的梁格和顶棚会增加工程的美感和整体感，正交正放、正交斜放和斜交斜放的布置形式能够有效地满足工程应力符合设计和工程美学的需要。

在井字梁结构的设计中一般要遵循下面几个重要的原则以确保其质量水平和安全性能，即井字梁的长短跨度比值应该控制在一定的范围内，井字梁应该尽量避免周边柱位，梁格间距的区间一般应该为其跨度的1/12-1/6，与顶柱连接的井字梁一般通常按照框架梁的类型来进行考虑，其最大扭矩的区间一般为跨度的1/4-1/5。井字梁的长度跨度和宽度跨度之比一般应该不大于1.5:1，如果在区间（1.5，2）的范围内，应该在长度跨度中间位置设置一个大梁位，这样就分割成了两个井字梁体系或者采取45度角进行斜向布置；在无法避开边柱的情况下一般采取大小井字梁相嵌套的结构形式；不管那种布置形式的井字梁其梁格间距一般不应该超过4米；基于井字梁的抗震受力分析，当其截面尺寸不够的时候可以适当增加梁的宽度。

混凝土框架的井字梁其截面宽度一般应为20厘米以上，这个尺寸已经比普通梁的截面宽度小了不少，这是因为其结构能起到侧面约束作用，即使这个宽度在较小的情况下依然不会发生侧向的平衡破坏；双向走向的井字梁的高度一般应该相等且截面高度一般为设计为跨度的1/18-1/15的区间为宜；挠度是井字梁结构和截面尺寸的重要参数，其大小一般要控制在1/250以下，要求较高的一般要控制在1/400以下；铰接接点一般为井字梁和边梁的链接点，这时对边梁的强度要求要相对较大且要进行结构构造优化，并且边梁的截面高度要确保大于井字梁的截面高度值幅度的20%左右。

三、斜放井字梁的优点及其工程应用分析

正放井字梁结构比较简单，研究的也比较成熟，三向井字梁结构复杂，需要涉及的问题和内容也比较综合，而斜放井字梁居于两者之间，具有广泛的代表性和应用价值，本文下面对于井字梁的优点及其工程应用进行详细分析。

斜放井字梁与其他两种井字梁布置方式相比，它能够充分地利用框架柱，从而具备了较高的结构刚度、良好的延展性和更大的负荷承载能力。同时井字梁的斜放布置可以使边梁免受扭曲，特别是井字梁和边梁相交的情况下，斜放布置方式可以明显地以结构构造的优势取得较高的抗扭能力。另外斜放井字梁可以是正交布置还可以是斜交布置，对椭圆区格等不规则的屋顶平面有很强的适应能力，可以产生较高的结构效率。

根据井字梁的长度跨度和宽度跨度的比值关系，当施工工程的矩形盖顶平面长宽之比大于1.5的时候，斜放井字梁的经济性和技术的优越性比正放和三向井字梁都有着明显的优势和结构效率。

斜放井字梁的高度取值可以按照正放短跨的1/20左右的比例来进行计算，在具体的工程施工中一般要根据载荷、梁距等做出适当的调整，一般来说在梁距为2米和3米的情况下，在正放和斜放的情况下其高跨比分别1/18、1/21和1/17、1/20。当梁距大于3米的情况下，梁的高跨比一般取1/16、1/19。在屋顶层的井字梁应用中一般还要加强保温措施的设计，现浇楼面的楼板一般作为梁的有效翼缘来形成T形截面，以此来提高楼面梁的刚度。

四、某公共建筑展览厅井字梁设计的方案规划分析

某6度区公共建筑规划设计为5层框架结构，场地类别Ⅱ类，地面粗糙度B类，混凝土强度等级均为C25。第一层层高为5米，其他层高为4.5米，内有一个大跨度展览厅，其轴线尺寸为15米X22.5米，楼面的恒荷为4KN/m2，活载为3.5KN/m2。在初始的设计中采取了常规的正放井字梁的方案，楼板厚度100mm,其梁，柱截面及布置如下：

这种布置方案周边梁没有设置成铰接，计算后发现井字梁呈现出明显的主次梁的关系，主梁的配筋很大，且与主梁相连接的柱子截面和配筋也非常大；该方案混凝土用量为132.2m3,挠度12mm。后又把周边梁设置成铰接，其梁，柱截面及布置如下：

这种方案柱子截面，配筋都不大，梁也是均衡受力的状态，但是中间井字梁截面和配筋都较大，也是比较不经济的。该方案混凝土用量为132.7 m3,挠度29mm。

针对原始方案的缺陷和不足，后来改进了井字梁的设计方案，以斜放正交井字梁取代了原来的设计，楼板厚度保持不变，梁，柱布置及截面如下图：

这种方案与原方案相比，柱子的截面和配筋都不大，梁的截面减小了很多，使得混凝土的用量大为减少，边梁所受的扭矩也减小很多，达到了构件受力均匀和材料受力性能充分发挥的目的。该方案混凝土用量为112.8 m3,挠度19mm。

综上比较，采用斜放井字梁的方案其结构混凝土用量及楼层的位移比都要比原先的方案要小很多，通过对三种方案的工程造价预算的对比分析可以看出其具有明显的经济优势，并且从工程结构力学的观点上来看增加了整个楼层平面的刚度和结构整体刚度。

五、总结

随着井字梁在工程施工中的普遍应用，有关井字梁的结构设计和相关的工程应用难题和挑战也不断出现，本文主要基于工程施工建设的实践研究了井字梁的结构设计和相关的工程应用事项，重点分析了斜放井字梁的优点，指出了斜放井字梁优越的结构刚度主要来自于其对框架柱的充分利用，从而避免了其边梁受到扭曲而产生的应力变形，并指出了在斜放井字梁的设置中边界相交处应该避免出现多个梁柱相交于一点的情况，同时斜放井字梁的高度设计和取值范围一般按照正放情形的跨度值来计算，最后本文对井字梁在工程应用中受力的状况进行了分析，在分析问题和研究方法上，结合了笔者多年的井字梁工程施工的经验，并采取了一些工程实例的数据进行了实证分析和研究。

参考文献：

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[2] 段剑林,张耀庭.井字梁结构设计方法探讨[J].工程建设与设计.2011(01)

[3] 何雁.井字梁楼盖体系设计方法[J]. 科技风.2010(05)

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