转自：结构设计-公众号2019-04-02

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在钢筋混凝土转自：结构设计-公众号中经常会遇到建筑物或构筑物需要大空间，不允许按常规的间距设置用以支撑梁板的墙或柱，使梁跨度大，高度大，配筋大，建、构筑物净空不足，或因美观或使用要求需要梁底平齐，此时井字梁是解决这类问题的好方法。它通过纵横梁的变形协同工作，形成了类似于空间网架的结构体系，有效地降低了梁高，减小了梁的配筋。在笔者所设计的河南某水处理调节池中，为满足工艺要求，调节池的顶板采用了井字梁结构体系。

1 工程概述

    本工程是属于河南某市污水处理系统的调节池，并排共两个，顶板标高为 － 0. 950 m，底板标高为-10. 170 m，调节池平面尺寸为 24 m × 51. 5 m。业主要求池顶上覆土 650 mm 厚做绿化带，活 载 为3 kN/平米，工程关键在于顶板的设计方案选取。

2 结构方案的确定

2. 1 井字梁区格划分

    因 24 m × 51. 5 m 的区格过大，经与水道专业协商，在每个池底加设 4 个圆柱，与其相连的梁设为框架梁，将顶板划分为 10 个区格，每个区格 10. 3 m ×12 m，使其具备了井字梁设计的良好条件。如图 1所示。

图 1 调节池顶板平面

    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 最好不大于 1. 5，如在 1. 5 ～ 2之间，宜在长向跨度中部设大梁，形成两个井字梁体系。也可采用斜向布置的井字梁，如图 2 所示，这种方案相比正向布置井字梁的方案具有受力合理，挠度小且变化均匀的优点［1］。

图 2 斜向布置的井字梁示意

2. 2 井字梁与周边柱子的相对关系

    每个区格中的井字梁布置时应尽量采用如图3a 所示，调整井字梁间距以避开柱位［3］，避免在井字梁与柱子相连处井字梁的支座配筋计算结果容易出现的超限情况，减少梁柱节点在荷载作用下，由于两者刚度相差悬殊而成为受力薄弱点以致首先破坏。如采用图 3b 布置方式，与柱相连的井字梁支座配筋很大，导致与之相连的柱配筋往往超限。如果因为某些原因不得已而采用此种布置方式，可采取加大井字梁周边环梁刚度，使支撑在环梁上的井字梁所承担的荷载越多，相应与框架柱相连的井字梁承担的荷载就会减少，配筋就会随之减小。

    如果以上措施还无法解决此问题可以采取将井字梁与柱相连处设计成为变断面的方式来解决，如图 3c 所示，此种方法基本不会改变梁跨中弯矩，而会明显降低井字梁端部支座弯矩及柱端弯矩。北京国际金融大厦裙房部分的 5 层大堂屋面就采取了此方法设计［2］。

图 3 井字梁与柱子的布置方式示意

2. 3 梁格间距的选择

    在布置井字梁时优先采用偶数布置，这样对于周边支撑井字梁的大梁受力较为合理。井字梁区格通常取跨度的 1 /12—1 /6，一般取值在 1. 2 ～ 3 m 较为经济，但不宜超过 4 m，同时还应考虑刚度和经济指标要求［2］。两个方向井字梁的间距可以相等，也可以不相等，如果不相等，则要求两个方向的梁间距之比 a /b = 1. 0 ～ 2. 0 。实际设计中应尽量使 a /b 在1. 0 ～ 1. 5 之间为宜，最好按井字梁计算图表中的比值来确定。本工程中取井字梁两个方向的跨度为2 060 mm × 2 000 mm。

2. 4 梁高的确定

    主梁跨度根据常规取跨度的 1 /8—1 /12，如为边梁因 其 受 扭 可 取 大 值，本 工 程 取 为 400 mm ×1 200 mm。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和计算荷载大小外，还应考虑其周边支承梁抗扭刚度的影响。两个方向井字梁的高度 h 应相等，可根据楼盖荷载的大小，取 h 为短跨跨度的 1 /15—1 /20。本工程取为 600 mm 梁高，250 mm 梁宽。

3 计 算

    井字梁有传统的表格计算方法及 SATWE 电算，两种计算方法之间的最大差异在于井字梁端部支座的变形协调条件不同。SATWE 软件考虑其端部支座竖向刚度对井字梁结构的影响，而采用《计算手册》方法时，无论井字梁与其端部支座是固结还是铰接，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。当井字梁端部为框架梁时，两者的计算结果往往相差很大，这就是因为SATWE 软件真实地考虑了框架梁的竖向位移，使结构的内力通过变形协调进行重分配。当井字梁端部为混凝土剪力墙时，因为混凝土剪力墙的竖向刚度很大，竖向位移很小，采用这两种计算方法所得的结果相差很小。总结下来，SATWE 电算结果相对更为准确，表格法的优点是在没有电算的条件下可以手算，但无论采取何种方法，都需要多次反复调整梁格的布置、梁高等以达到满意的设计结果［4］。本工程采用 SATWE 程序电算。

4 施工图的绘制

    根据计算结果进行施工图的绘制，在井字梁的施工图中应注意以下问题:

    1) 在两个方向梁交点的格点处，短跨度方向梁的纵向受拉钢筋应放在长跨度方向梁的纵向受拉钢筋的外侧，这与双向板的配筋方向相同，此点应在施工图中注明，以防施工中疏忽。

    2) 在两个方向井字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，梁下部的纵向受拉钢筋不能在格点处断开，而应直通两端支座。如钢筋不够长时，最好采用焊接，其焊接质量必须符合有关规范要求。如采用搭接，搭接接头位置位于支座 lni/4 范围内。

    3) 在用平面表示法绘制梁施工图时，注意应在图中注明井字梁支座上部钢筋外伸长度的具体数值，特别是在井字梁与支座固接时，支座负弯距钢筋较大，此数值若漏标，施工时如按普通主次梁的构造要求截断支座负筋就有可能影响梁的结构安全。具体外伸数值是根据井字梁弯距包络图来确定，从满足弯距及裂缝计算要的位置再外伸锚固长度后截断即可。本工程为多跨井字梁，恒载及活载较大，梁上部负弯距及配筋较大，尤其要注意这一点。

    4) 井字梁与环梁搭接处有两种设计形式，其中一种为按铰接设计，此时需在模型中将井字梁与环梁设为铰接，另一种为充分利用钢筋的抗拉强度，此时无需调整支座形式。采用何种设计形式需在设计图中明确指定，以便根据平法标准图采用不同的锚固长度。

5 其他注意事项

    1) 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( 跨度) 。

    3) 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。

    4) 井字梁现浇楼板按双向板计算，不考虑井字梁的变形，即假定双向板支承在不动支座上。双向板的最小板厚为 80 mm，且应大于等于板较小边长的 1 /40。

6 结 语

    井字梁结构的设计从柱网布置、井字梁的布置方式及区格划分、井字梁的高度选取等方面都需要经过多次试算对比，才能得到合理的结果，满足安全可靠，经济美观的要求。

参考文献

［1］夏炎，魏 大 平． 斜放井字梁特性和工程应用［J］． 建 筑 结 构，2010，40( 4) : 66 － 69．

［2］娄宇，刘立虎． 井字梁结构的研究与应用［C］． 中国电子工程设计院建院 50 周年论文选登，2006，32( 2) : 46 － 48．

［3］李磊． 浅谈井字梁的计算与与设计［J］． 安徽建筑，2006 ( 5) :108 － 116．

［4］陈岱林，赵兵，刘民易． PKPM 结构 CAD 软件问题解惑及工程应用实例解析［M］． 2008:106-109