浅谈井字梁的计算与设计

摘　要：文章介绍了某办公楼四层会议室采用井字梁的结构设计及计算过程，通过此项工程实例简述了井字梁柱节点布置不同，其受力性能和建筑经济的差异。

关键词：井字梁；受力薄弱点；柱位；弹性支座

0　前言
　　钢筋混凝土井字梁是从双向板演变而来的一种结构形式。双向板是受弯构件，当其跨度增加时，相应板厚也随之加大。但板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，当双向板的跨度较大时，为了减轻板的自重，把板的下部受拉区混凝土挖掉一部分，让受拉钢筋集中在几条线上，使钢筋和混凝土更加经济、合理地共同工作。这样双向板就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，一般称其为井字梁（或网格梁）。
1　工程概况
　　兴和县某4层办公楼，地处6度抗震设防第3组，寒冷地区，建筑面积2500m2，建筑高度14.8m，框架结构，建筑物重要性类别为丙类，场地类别为II类，该建筑物四层需建一个14.4mx14.4m的会议室，从消防和建筑经济等方面综合考虑，采用了井字梁结构来处理此大空间。
2　井式梁板结构的布置、计算及施工图处理
　　井式梁板的布置一般有以下5种：正向网格梁、斜向网格梁、三向网格梁、设内柱的网格梁、有外伸悬挑的网格梁。本文拟从工程实例出发，就最常见的正向网格梁加以说明。
　　正向网格梁即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比不大于1.5的平面，且长边与短边尺寸越接近越好。
　　井式梁板的计算，由于其两个方向梁交点的格点非梁的一般支座，而是弹性支座，所以通常采用电算和查表结合的方式来计算，而井式梁板结构的布置决定了计算结果，由计算结果我们可以判别结构布置的合理性。
　　井字梁截面高度的取值以刚度控制为主，除考虑楼盖的短向跨度与计算荷载的大小外，还应考虑其周边支撑梁抗扭刚度的影响。该工程在布置井字梁时，考虑板厚80，上人屋面，确定梁高h=L2/20(L2为短跨跨度)，取h=750，取梁宽b=240。由于井字梁楼盖的受力及变形性质与双向板相似，井字梁本身有受扭成分，故宜将梁距控制在3m以内。本工程L1/L2<1.5(因L1=L2=14.4m)，考虑到经济因素，两道井字梁之间的轴线距离宜控制在2m~3m，开始时取2.4m，中间两道井字梁与柱子连接。其计算结果，该梁支座配筋较大，柱子配筋超限，要满足计算结果要求，该梁柱断面与配筋均很大。这种“抗”的方式不太经济合理，而且这种方式与计算图表的简化模型和结果均无无法统一。换一种思维方式，与柱子采取“避”的方式,其布置如下图。

　　此时，调整井字梁间距以避开柱位，避免了井字梁与柱相连及井字梁的支座配筋计算容易超限情况，减少梁柱节点在荷载作用下两者刚度相差悬殊而成为受力薄弱点以致首先破坏。计算结果也验证了这一点，井格梁与柱的配筋均较为合适，并满足计算图表的简化模型及计算结果。
　　井字梁楼盖四周可以是墙体支撑，也可以是主梁支撑。当只有主梁时应有一定的刚度，以保证其绝对不变形。此时边梁刚度和扭矩较大，其截面高度按单跨梁规定L/8~L/12,取较大值L/9，即800mm；其梁宽考虑布置四肢箍，扩大至350，并增加了抗扭纵筋，因边梁受力纵筋不大，故经济性尚可。
　　两个方向梁交点的格点不是一般的支座，而是梁的弹性支座，梁只有端承处两个支座，因此下部的筋不断开钢筋不够长时，应采用焊接，其焊接质量应满足有关规范要求。由于两个方向梁并非主次梁结构，所以两个方向梁在格点处不必设附加横向钢筋，但在支点处，两个方向的梁在其上应配置适量构造负筋（一般不少于2ф12），以防在荷载不均匀分布时产生负弯矩，施工图中取其下部纵向受拉钢筋的1/3。在两个方向梁交点的格点处，一般短跨度方向梁下面的纵向受拉钢筋应放在长跨度梁受拉钢筋的下面，这与双向板的配筋方向相同。本工程两个方向等跨，施工时可视现场情况确定。据规范井字梁混凝土强度等级应大于C20，但为了避免和减小楼盖的收缩裂缝，混凝土强度等级不宜过高，本工程考虑施工方便，取其它部分相同强度C30。在节点两边，边梁增加附设吊筋和箍筋，将交叉梁的全部支座反力传到边梁的受压区；在井字梁端部（1.5倍梁高范围内）需加密箍筋，施工图中取ф8＠100。另外，考虑扭矩较大，靠近柱的区格板作了加强处理，而井字梁最大扭矩位置出现在四角处梁端，约为跨度的1/5~1/4，此范围亦采取了抗扭措施。
3　结语
　　井字梁从平面布置、截面选取、查表计算、建模电算到最后梁的配筋及施工图处理，都与我们选取的结构布置型式有关。只有选择了恰当的结构型式，才能得到较为满意的结果。
　　在正向井式梁板的布置中，与柱相连的井字梁或边梁按框架考虑，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，可适当加大梁宽。采用“抗”的方式，与柱相连的梁较多且受力较大，往往不太经济，抗震方面受力也不太合理。所以，当井字梁周边有柱位时，可调整井字梁间距以避开柱位，此时主要是边梁内应按计算配置附加的纵筋和箍筋，以满足边梁的延性和裂缝控制要求，此时井字梁的受力较为合理，配筋较为适中，经济性能较好。若无法避开，则可设计成大小井字梁相嵌的结构形式。就此工程来看，“避”比“抗”受力更合理，造价更经济。