斜放井字梁应用实例

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摘 要　斜放井字梁虽然应用较少，但有自身的优点；本文通过三个工程实例说明了该楼面结构的特点和设计方法。工程经验可供同类工程参考。 关键词 斜放井字梁 结构效率  建筑效果  工程实例 DESIGN EXAMPLES of DIAGONAL GRID-BEAM STRUCTURES  Abstract Diagonal grid-beam structures is suitable for some public buildings,This article ,from three examples,explain the characteristics and main points of design of this structure.The experience can be referred by similar engineering. Keywords  diagonal grid-beam structure; structural efficiency; structural impression; project example 0   前言 一直以来井字梁因其受力合理，且具有良好的建筑效果在工程中被广为应用。 在普通混凝土结构中井字梁的经济适用跨度一般在20米左右，广泛适用于各类中小型的公共建筑；井字梁的结构的布置一般有如图一所示的3种: 1)正放井字梁              2)斜放井字梁                  3)三向井字梁 图一 其中正放井字梁应用较多，其它两种应用较少，但在一些特定的建筑条件下斜放井字梁或三向井字梁都能起到较好的整体效果。本文拟就三个工程实例说明斜放井字梁的应用。 1   工程一： 某小学阶梯教室，四层框架结构，7度0.10g，II类场地土，混凝土强度等级为C30，钢筋用二级钢HRB335；楼层恒载6.0kN/m²、活载3.0 kN/m²；无地下室，基础为桩基采用柱下独立桩承台，双向拉梁联系。 首层层高5.0m，其它各层层高4.5m；每层两间阶梯教室，轴线尺寸13.2m*21.0m；矩形平面长短边之比略大于1.5。原方案采用正放井字梁(图二)；楼面井字梁间距2200mm，梁断面300*750mm；楼板考虑埋管取110mm厚；计算发现井字梁中呈现主次梁关系，短方向与框架柱连接的梁配筋、挠度都偏大，在建筑不同意加大梁高的情况下，增加了梁的宽度，做成400*750，梁宽不均匀，影响了建筑效果。后改用斜放正交井字梁方案，板厚不变，梁断面均为350*750mm，梁间距3000mm，梁宽均匀，且每根梁均为框架梁，增加了结构刚度；裂缝、挠度均满足规范要求；混凝土和钢筋用量明显节约。 表-1给出两种方案的技术特征，两种方案中结构的各项指标均达到规范要求。采用斜放井字梁结构混凝土用量和结构第一周期都比原方案小，同时楼层位移比较原方案的小。可见采用斜放井字梁方案不仅节约了造价，具有明显的经济优势；同时增加了楼层平面刚度，增加了结构整体刚度。                                         表-1

  T₁（s） T_t/T₁ Ratio-Dx 砼用量(m³) 梁下纵筋(cm²) 箍筋量(cm²) 最大挠度 原方案 1.284 0.89 1.08 48.24 3360 107 50.2 现方案 1.249 0.89 1.05 30.56 3060 111 40.5

说明：经济指标仅针对阶梯教室范围内；计算用SATWE-8 当矩形平面长短边之比大于或接近1.5时正放井字梁难以发挥特点，整个体系受力不均匀，带来一定的浪费，而此时斜放井字梁能适应这种平面，带来结构效率的提高。本工程中四根KL1跨度小，成为其它梁的支座，截面抗弯能力也得到充分发挥。 图二 2   工程二： 某小区会所，三层框架结构，7度0.10g，III类场地土，混凝土强度等级为C30，钢筋用二级钢HRB335；各层层高4.2m，楼层恒载5.7 kN/m²、活载3.5 kN/m²。无地下室，基础为梁筏天然地基。 入口门厅处为椭圆型柱网(图三)，短轴长12000mm，长轴长240120mm；全玻璃幕墙，每层椭圆形平面外挑尺寸线性放大，形成通透的船型空间(图三)。原方案采用短轴方向框架主梁加外环梁结构体系，短轴方向柱网等间距(4000mm)布置，主框架梁轴线跨度分别为12.00m、11.60m、8.95m；由于层高限制，建筑要求梁高最多做到600，经计算五根主梁挠度、裂缝均难满足，拟采用预应力。后改用斜放斜交井字梁加外环梁体系；圆柱直径500mm，斜交井字梁及挑出部分断面均为300X550，环梁断面350x600。框架梁变为10根(其中四根为半框架梁)，主框架梁轴线跨度最大为14.12m；仅使用普通混凝土结构，裂缝、挠度均能满足规范要求。 在椭圆形平面区格中正放井字梁一般不便使用，斜放井字梁的引入给椭圆型区格带来一种新的设计方案，斜交井字梁系中最长的梁比原方案大的不多，而受力性能明显优于原方案。在椭圆范围内梁的长短不一，本工程因为井字梁斜交角取值，合理互相之间受力协调，从弯矩、剪力图中看出整个井字梁中没有明显的主次梁关系；但考虑工程特点井字梁交点处均设置了附加箍筋。 井字梁斜交角度的取值一般在60^o~90^o间，它关系到结构效率和美观，同时受柱网的限制；本工程经反复推敲，仅略微调整柱网间距，使井字梁互相平行，呈75^o度角斜交，取得良好的视觉效应。 井字梁在环梁处仅挑出一根满足建筑要求，构造简单，受力明确；同时在室内形成良好的视觉效果。   原方案二层平面                              现方案三层平面 图三 图四 斜交后的楼板受力特点接近2500mm*2500mm的双向板，楼层板厚取110mm，屋面取120.为方便施工,楼板钢筋平行于斜交井字梁双层双向设置，外挑部分钢筋平行于环梁。 椭圆平面区格内各层最大挠度为： 二层：47.3mm、三层：32.5mm、屋面29.6mm； 挠度逐层减小是因为每层椭圆形区域外挑尺寸线性放大；说明采用有外伸悬挑的井字梁，可以减少梁的跨中弯矩和挠度。 3   工程三： 某中学综合楼(图五)，二层框架结构，7度0.10g，III类场地土，混凝土强度等级为C30，钢筋用三级钢HRB400；无地下室，基础为桩基，采用柱下独立桩承台，双向拉梁联系。一层为图书馆，层高3.900m，局部柱网6000mm*6000mm，二层抽去中间四根柱形成18000mm*18000mm的阶梯多功能会议厅，层高5.4m。 甲方原拟用网架屋面，考虑到18米不是网架的经济跨度，且较影响建筑净高，考虑到建筑方案阶梯呈45^o斜放的特点，按领导指示采用斜放正交井字梁屋面，与建筑布置相应，取得良好的建筑空间感。 井字梁间距2120mm，因梁间距较小，取梁断面200mm*800mm；边框梁跨度6000mm，断面300mm*900mm； 井字梁跨高比：h/L=1/22.5，因为跨高比小，要求施工时跨中起拱60mm。经计算井字梁裂缝、挠度均满足规范要求。屋面板取120mm厚，配筋平行于井字梁双层双向。                      一层平面图                                 二层平面图 图五     一般认为井字梁的两个方向梁并非主次梁关系，所以两个方向梁在交点处可不设附加箍筋；但斜放井字梁则不同，尤其当斜放井字梁用于长边与短边尺寸较接近的情况(如本工程)平面四角的梁(JZL5和JZL7)短而刚度大，对长梁起到弹性支承的作用，有利于长边受力（与JZL5、JZL7平行相邻的梁因为不是框架梁，刚度反而不如比它们跨度大的框架梁）。图七、图八充分反应了这一点。所以设计中特别说明JZL5,JZL7在交点处，纵向钢筋在其它梁钢筋之下，并在JZL5,JZL7与其它梁交点处设置附加吊筋2ф20 (图六)。与JZL5,JZL7相交的井 字梁，上部负弯矩纵筋的计算长度从JZL5或JZL7边起算。所有井字梁交点处均双向设附加箍筋。     框架柱顶是井字梁交汇的节点，钢筋多而密，工程中对各梁钢筋的摆放次序做了说明， 并画了节点钢筋锚固大样。作为结构的安全保障措施，非框架井字梁纵向钢筋伸入边框梁内也要求满足40d锚固。边框梁做了加强，箍筋ф10@100(2)全长加密，抗扭腰筋6ф16。  图六                          图七（恒+活）                      图八    4           结语 (1)当屋盖或楼盖矩形平面长边与短边之比大于1.5时，为提高梁承受荷载的效率，可将井字梁斜向布置。两向梁的交角可以是正交也可以是斜交。斜放井字梁对椭圆区格等不规则平面有较大的适应能力，能产生较高的结构效率。在公共建筑中建筑平面往往别出心裁，斜放井字梁与建筑方案对应设置，能取得较好的建筑效果。 (2)斜放井字梁的梁高取值可以按正放的跨度计算，一般取正放短跨的1/20左右，在工程中往往根据荷载、梁距等做适当调整。表-1给出了不同梁间距下的梁高参考取值。可见斜放井字梁能获得更好的空间感。斜放井字梁往往存在主次梁关系，梁的交点附加钢筋设置可参考剪力包络图。 现浇楼面楼板作为梁的有效翼缘形成T形截面，提高了楼面梁的刚度，结构计算时应予考虑。在SATWE中近似以梁刚度增大系数考虑时，取值宜小于一般结构，中梁（井字梁均为中梁）取1.3~1.6。梁的扭矩折减系数在计算井字梁边梁时建议取0.6~0.8。 井字梁间距在2m~3m之间，同时受边界条件的制约；因为现有计算软件能很方便的得到井字梁对整体结构的影响；在框架结构中井字梁设计可以不必避开框架柱；井字梁和框架柱相连，一定程度上形成框架，提高结构整体性和抗侧刚度，减少楼屋面板的挠度。斜放井字梁交角取90^o较方便施工，在不规则平面中可以通过柱网和建筑需要灵活调整。                                     表1确定井字梁高度值

梁间距(m) 正放井字梁高 斜放井字梁高 2 h/L=l/18 h/L=l/21 3 h/L=l/17 h/L=l/20 >3 h/L=l/16 h/L=l/19

注:表中L为短跨跨度   (3) 井字梁跨度较大，柱网稀，应避免形成单跨框架结构，同时要注意加强基础的整体性和刚度。井字梁设计应注意边梁的刚度，并采取相应的构造措施提高抗扭能力。边梁的截面高度不小于井字梁的截面高度。与边梁垂直相交的板面负筋应加强。采用有外伸悬挑的井字梁，可以减少梁的跨中弯矩和挠度。斜放井字梁系存在主次梁关系，并会随边界条件而变化，节点附加钢筋应通过剪力包络图计算得。 井字梁在屋面层时，要注意加强屋面的保温措施；屋面层梁板配筋适当放大或考虑温度应力配筋；注意采用轻质找坡材料减轻屋面重量，必要时采用结构找坡。 斜放井字梁在施工图中也可以用“平法”表示，但应注明上部纵筋的长度和锚固要求、井字梁交点处的附加钢筋设置要求等。当图面较密时宜单独放大绘图。