井字梁的设计方法

井字梁结构设计中的几个常见问题
摘要：由于钢筋混凝土井字梁能给建筑提供较大空间，所以井字梁结构在建筑中被广泛应用，本文从井字梁设计中的构造、设计原则、截面确定、结构布置、配筋等几个方面进行了阐述。

关键词：井字梁双向受力结构布置
0 引言
由于井字梁在横纵两个方向都有较大的刚度，适用于使用上要求有较大空间的建筑，如民用房屋的门厅、餐厅、会议室和展览大厅等。

所以井字梁结构体系以其受力和布置方式的合理性，得到了广泛的应用，现介绍几种井字梁结构在设计中几个问题，供大家参考。

1 井字梁结构的特点：
1.1 钢筋混凝土井字梁是从双向板演变而来的一种结构形式。

当其跨度增加时，板厚相应也随之加大。

但是，由于板厚而自重加大，而板下部受拉区域的混凝土往往被拉裂不能参见工作。

因此，在双向板的跨度较大时，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。

这样双向板就变成为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。

1.2 能形成规则的梁格，顶棚较美观。

常用的梁格布置形式有：正交正放、正交斜放、斜交斜放等。

1.3 比一般梁板结构具有较大跨高比，较适用于受层高限制且要求大跨度的建筑。

2 井字梁结构的设计原则
2.1 当井字梁周边有柱位时，可调整井字梁间距以避开柱位，靠近柱位的区格板需作加强处理，若无法避开，则可设计成大小井字梁相嵌的结构形式。

2.2 井字梁楼盖两个方向的跨度如果不等，则一般需控制其长短跨度比不能过大。

长跨跨度L1与短跨跨度L2之比L1/L2最好是不大于1.5，如大于1.5小于等于2，宜在长向跨度中部设大梁，形成两个井字梁体系或采用斜向布置的井字梁，井字梁可按45°对角线斜向布置。

2.3 梁格间距的确定一般是根据建筑上的要求和具体的结构平面尺寸
确定，通常取跨度的1/12~1/6，且一般不宜超过4m，同时还应综合考虑刚度和
经济指标要求。

2.4 与柱连接的井字梁或边梁按框架梁考虑，必须满足抗震受力(抗弯、抗剪及抗扭)要求和有关构造要求。

梁截面尺寸不够时，梁高不变，可适当加大梁宽。

2.5 井字梁最大扭矩的位置，一般情况下四角处梁端扭矩较大，其范围约为跨度的1/4～1/5。

建议在此范围内适当加强抗扭措施。

3 井字梁截面尺寸的确定
3.1 一般的混凝土框架梁截面宽度不宜小于200mm，由于井字梁结构纵横方向梁能起到侧面相互约束作用，使得梁截面宽度较小时，也不会发生侧向失稳破坏。

因此井字梁截面宽度尺寸可比普通梁截面宽度小一些。

通常井字梁宽度b取1/3（h较小时）1/4（h较大时），但梁宽不宜小于120mm。

3.2 两个方向的井字梁的高度h应相等，一般常用的井字梁截面高度为跨度的1/20~1/15，当结构在两个方向的跨度不一样时，取短跨跨度。

3.3 井字梁的挠度f一般要求f≤1/250，要求较高时f≤1/400。

3.4 井字梁和边梁的节点宜采用铰接节点，但边梁的刚度仍要足够大，并采取相应的构造措施。

若采用刚接节点，边梁需进行抗扭强度和刚度计算。

边梁的截面高度大于或等于井字梁的截面高度，并最好大于井字梁高度的 20%～30%。

对于边梁截面高度的选取，应按单跨梁的规定执行，一般可取ｈ=L/8～
L/12(L为边梁跨度)。

梁柱截面及区格尺寸确定后可进行计算，根据计算情况，
对截面再作适当调整。

4 井字梁结构的布置
4.1 井字梁梁系布置很关键，它不仅体现井字梁楼盖体系在两个方向的传力关系，也影响周边结构的受力大小。

通常梁系布置时应遵从以下布置原则：①优先采用偶数布置。

周边环梁受力大小与井字梁的布置关系密切，当井字梁采用偶数布置时，周边支撑环梁受力较合理。

②优先采用双向相同的井字布置。

双向相同的井字布置是指两方向的梁格间距布置相同和两方向井字梁线刚度相同。

井字楼盖的荷载能较均匀分配于四周，使周边支撑体系受力均匀，井字结构受力也较合理。

4.2 井式梁板结构的布置方式一般有以下几种，下面分别予以说明：①正式网格梁网格梁的方向与屋盖或楼板矩形平面两边相平行。

正向网格梁宜用于长边与短边之比不大于1.5的平面，且长边与短边尺寸越接近越好。

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，为提高各项梁承受荷载的效率，应将井式梁斜向布置。

该布置的结构平面中部双向梁均为等长度等效率，于矩形平面的长度无关。

当斜向网格梁用于长边与短边尺寸较接近的情况，平面四角的梁短而刚度大，对长梁起到弹性支承的作用，有利于长边受力。

为构造及计算方便，斜向梁的布置应与矩形平面的纵横轴对称，两向梁的交角可以是
正交也可以是斜交。

此外斜向矩形网格对不规则平面也有较大的适应性。

③三向网格梁当楼盖或屋盖的平面为三角形或六边形时，可采用三向网格梁。

这种布置方式具有空间作用好、刚度大、受力合理、可减小结构高度等优点。

④设内柱的网格梁当楼盖或屋盖采用设内柱的井式梁时，一般情况沿柱网双向布置主梁，再在主梁网格内布置次梁，主次梁高度可以相等也可以不等。

⑤有外伸悬挑的网格梁单跨简支或多跨连续的井式梁板有时可采用有外伸悬挑的网格梁。

这种布置方式可减少网格梁的跨中弯矩和挠度。

5 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
5.1 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。

5.2 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。

当箍筋不能满足端部剪力的前提下，把端部最大剪力值减去箍筋承担的剪力。

余下的剪力，采用增加弯起鸭筋来解决，对鸭筋的构造要求，由端部支座内边到第一排钢筋弯起点的距离不应小于50mm。

5.3 由于两个方向的梁并非主、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2根Ф12，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主筋截面积的1/4~1/5。

6 SATWE计算软件与查静力计算手册两种计算方法的应用
6.1 两种计算方法在计算井字梁结构时，井字梁中间交叉点的内力计算均按照空间交叉梁系方式进行分配。

即根据节点的变形协调条件和各梁线刚度的大小进行计算，协调条件为，在每一点处交叉梁的线位移相等。

6.2 两种计算方法最大不同在于井字梁端部支座竖向刚度对井字梁结构的影响。

采用查静力计算手册方法时，无论井字梁与其端部支座是固接还是铰接，均不考虑其竖向刚度的影响，即认为井字梁端部支座处没有竖向位移。

6.3 当井字梁端部简支在框架主梁上时，SATWE软件的计算结果与查静力计算手册的结果相差很大，这主要是SATWE软件考虑了主框架梁的竖向位移所致。

当井字梁端部简支剪力墙上时，二者之间的计算结果相差很小。

这主要是因为混凝土剪力墙的竖向刚度很大，竖向位移很小所致。

井字梁内力受其端部支座竖向刚度的影响很大，当采用查静力计算手册法时，应考虑该工程是否符合其计算假定。

7 结束语
本文就六个方面对井字梁结构设计过程中经常遇到的问题进行了阐述。

由于井字梁结构能给建筑提供更大的空间，所以在设计中经常遇到，设计人员应该充分注意到井字梁的受力特点，确保设计的合理性和安全性。

参考文献：
[1]混凝土结构设计规范.GB50010-2002.
[2]建筑结构静力计算手册.编写组.建筑结构静力计算手册（第二版）中国建筑工业出版社.1998年9月.
[3]简明钢筋混凝土结构构造手册.第2版.机械工业出版社.。