斜放井字梁應用實例

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摘 要　斜放井字梁雖然應用較少，但有自身的優(yōu)點；本文通過三個工程實例說明了該樓面結構的特點和設計方法。工程經(jīng)驗可供同類工程參考。 關鍵詞 斜放井字梁 結構效率  建筑效果  工程實例 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 一直以來井字梁因其受力合理，且具有良好的建筑效果在工程中被廣為應用。 在普通混凝土結構中井字梁的經(jīng)濟適用跨度一般在20米左右，廣泛適用于各類中小型的公共建筑；井字梁的結構的布置一般有如圖一所示的3種: 1)正放井字梁              2)斜放井字梁                  3)三向井字梁 圖一 其中正放井字梁應用較多，其它兩種應用較少，但在一些特定的建筑條件下斜放井字梁或三向井字梁都能起到較好的整體效果。本文擬就三個工程實例說明斜放井字梁的應用。 1   工程一： 某小學階梯教室，四層框架結構，7度0.10g，II類場地土，混凝土強度等級為C30，鋼筋用二級鋼HRB335；樓層恒載6.0kN/m²、活載3.0 kN/m²；無地下室，基礎為樁基采用柱下獨立樁承臺，雙向拉梁聯(lián)系。 首層層高5.0m，其它各層層高4.5m；每層兩間階梯教室，軸線尺寸13.2m*21.0m；矩形平面長短邊之比略大于1.5。原方案采用正放井字梁(圖二)；樓面井字梁間距2200mm，梁斷面300*750mm；樓板考慮埋管取110mm厚；計算發(fā)現(xiàn)井字梁中呈現(xiàn)主次梁關系，短方向與框架柱連接的梁配筋、撓度都偏大，在建筑不同意加大梁高的情況下，增加了梁的寬度，做成400*750，梁寬不均勻，影響了建筑效果。后改用斜放正交井字梁方案，板厚不變，梁斷面均為350*750mm，梁間距3000mm，梁寬均勻，且每根梁均為框架梁，增加了結構剛度；裂縫、撓度均滿足規(guī)范要求；混凝土和鋼筋用量明顯節(jié)約。 表-1給出兩種方案的技術特征，兩種方案中結構的各項指標均達到規(guī)范要求。采用斜放井字梁結構混凝土用量和結構第一周期都比原方案小，同時樓層位移比較原方案的小?？梢姴捎眯狈啪至悍桨覆粌H節(jié)約了造價，具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢；同時增加了樓層平面剛度，增加了結構整體剛度。                                         表-1

  T₁（s） T_t/T₁ Ratio-Dx 砼用量(m³) 梁下縱筋(cm²) 箍筋量(cm²) 最大撓度 原方案 1.284 0.89 1.08 48.24 3360 107 50.2 現(xiàn)方案 1.249 0.89 1.05 30.56 3060 111 40.5

說明：經(jīng)濟指標僅針對階梯教室范圍內；計算用SATWE-8 當矩形平面長短邊之比大于或接近1.5時正放井字梁難以發(fā)揮特點，整個體系受力不均勻，帶來一定的浪費，而此時斜放井字梁能適應這種平面，帶來結構效率的提高。本工程中四根KL1跨度小，成為其它梁的支座，截面抗彎能力也得到充分發(fā)揮。 圖二 2   工程二： 某小區(qū)會所，三層框架結構，7度0.10g，III類場地土，混凝土強度等級為C30，鋼筋用二級鋼HRB335；各層層高4.2m，樓層恒載5.7 kN/m²、活載3.5 kN/m²。無地下室，基礎為梁筏天然地基。 入口門廳處為橢圓型柱網(wǎng)(圖三)，短軸長12000mm，長軸長240120mm；全玻璃幕墻，每層橢圓形平面外挑尺寸線性放大，形成通透的船型空間(圖三)。原方案采用短軸方向框架主梁加外環(huán)梁結構體系，短軸方向柱網(wǎng)等間距(4000mm)布置，主框架梁軸線跨度分別為12.00m、11.60m、8.95m；由于層高限制，建筑要求梁高最多做到600，經(jīng)計算五根主梁撓度、裂縫均難滿足，擬采用預應力。后改用斜放斜交井字梁加外環(huán)梁體系；圓柱直徑500mm，斜交井字梁及挑出部分斷面均為300X550，環(huán)梁斷面350x600?？蚣芰鹤?yōu)?0根(其中四根為半框架梁)，主框架梁軸線跨度最大為14.12m；僅使用普通混凝土結構，裂縫、撓度均能滿足規(guī)范要求。 在橢圓形平面區(qū)格中正放井字梁一般不便使用，斜放井字梁的引入給橢圓型區(qū)格帶來一種新的設計方案，斜交井字梁系中最長的梁比原方案大的不多，而受力性能明顯優(yōu)于原方案。在橢圓范圍內梁的長短不一，本工程因為井字梁斜交角取值，合理互相之間受力協(xié)調，從彎矩、剪力圖中看出整個井字梁中沒有明顯的主次梁關系；但考慮工程特點井字梁交點處均設置了附加箍筋。 井字梁斜交角度的取值一般在60^o~90^o間，它關系到結構效率和美觀，同時受柱網(wǎng)的限制；本工程經(jīng)反復推敲，僅略微調整柱網(wǎng)間距，使井字梁互相平行，呈75^o度角斜交，取得良好的視覺效應。 井字梁在環(huán)梁處僅挑出一根滿足建筑要求，構造簡單，受力明確；同時在室內形成良好的視覺效果。   原方案二層平面                              現(xiàn)方案三層平面 圖三 圖四 斜交后的樓板受力特點接近2500mm*2500mm的雙向板，樓層板厚取110mm，屋面取120.為方便施工,樓板鋼筋平行于斜交井字梁雙層雙向設置，外挑部分鋼筋平行于環(huán)梁。 橢圓平面區(qū)格內各層最大撓度為： 二層：47.3mm、三層：32.5mm、屋面29.6mm； 撓度逐層減小是因為每層橢圓形區(qū)域外挑尺寸線性放大；說明采用有外伸懸挑的井字梁，可以減少梁的跨中彎矩和撓度。 3   工程三： 某中學綜合樓(圖五)，二層框架結構，7度0.10g，III類場地土，混凝土強度等級為C30，鋼筋用三級鋼HRB400；無地下室，基礎為樁基，采用柱下獨立樁承臺，雙向拉梁聯(lián)系。一層為圖書館，層高3.900m，局部柱網(wǎng)6000mm*6000mm，二層抽去中間四根柱形成18000mm*18000mm的階梯多功能會議廳，層高5.4m。 甲方原擬用網(wǎng)架屋面，考慮到18米不是網(wǎng)架的經(jīng)濟跨度，且較影響建筑凈高，考慮到建筑方案階梯呈45^o斜放的特點，按領導指示采用斜放正交井字梁屋面，與建筑布置相應，取得良好的建筑空間感。 井字梁間距2120mm，因梁間距較小，取梁斷面200mm*800mm；邊框梁跨度6000mm，斷面300mm*900mm； 井字梁跨高比：h/L=1/22.5，因為跨高比小，要求施工時跨中起拱60mm。經(jīng)計算井字梁裂縫、撓度均滿足規(guī)范要求。屋面板取120mm厚，配筋平行于井字梁雙層雙向。                      一層平面圖                                 二層平面圖 圖五     一般認為井字梁的兩個方向梁并非主次梁關系，所以兩個方向梁在交點處可不設附加箍筋；但斜放井字梁則不同，尤其當斜放井字梁用于長邊與短邊尺寸較接近的情況(如本工程)平面四角的梁(JZL5和JZL7)短而剛度大，對長梁起到彈性支承的作用，有利于長邊受力（與JZL5、JZL7平行相鄰的梁因為不是框架梁，剛度反而不如比它們跨度大的框架梁）。圖七、圖八充分反應了這一點。所以設計中特別說明JZL5,JZL7在交點處，縱向鋼筋在其它梁鋼筋之下，并在JZL5,JZL7與其它梁交點處設置附加吊筋2ф20 (圖六)。與JZL5,JZL7相交的井 字梁，上部負彎矩縱筋的計算長度從JZL5或JZL7邊起算。所有井字梁交點處均雙向設附加箍筋。     框架柱頂是井字梁交匯的節(jié)點，鋼筋多而密，工程中對各梁鋼筋的擺放次序做了說明， 并畫了節(jié)點鋼筋錨固大樣。作為結構的安全保障措施，非框架井字梁縱向鋼筋伸入邊框梁內也要求滿足40d錨固。邊框梁做了加強，箍筋ф10@100(2)全長加密，抗扭腰筋6ф16。  圖六                          圖七（恒+活）                      圖八    4           結語 (1)當屋蓋或樓蓋矩形平面長邊與短邊之比大于1.5時，為提高梁承受荷載的效率，可將井字梁斜向布置。兩向梁的交角可以是正交也可以是斜交。斜放井字梁對橢圓區(qū)格等不規(guī)則平面有較大的適應能力，能產(chǎn)生較高的結構效率。在公共建筑中建筑平面往往別出心裁，斜放井字梁與建筑方案對應設置，能取得較好的建筑效果。 (2)斜放井字梁的梁高取值可以按正放的跨度計算，一般取正放短跨的1/20左右，在工程中往往根據(jù)荷載、梁距等做適當調整。表-1給出了不同梁間距下的梁高參考取值。可見斜放井字梁能獲得更好的空間感。斜放井字梁往往存在主次梁關系，梁的交點附加鋼筋設置可參考剪力包絡圖。 現(xiàn)澆樓面樓板作為梁的有效翼緣形成T形截面，提高了樓面梁的剛度，結構計算時應予考慮。在SATWE中近似以梁剛度增大系數(shù)考慮時，取值宜小于一般結構，中梁（井字梁均為中梁）取1.3~1.6。梁的扭矩折減系數(shù)在計算井字梁邊梁時建議取0.6~0.8。 井字梁間距在2m~3m之間，同時受邊界條件的制約；因為現(xiàn)有計算軟件能很方便的得到井字梁對整體結構的影響；在框架結構中井字梁設計可以不必避開框架柱；井字梁和框架柱相連，一定程度上形成框架，提高結構整體性和抗側剛度，減少樓屋面板的撓度。斜放井字梁交角取90^o較方便施工，在不規(guī)則平面中可以通過柱網(wǎng)和建筑需要靈活調整。                                     表1確定井字梁高度值

梁間距(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為短跨跨度   (3) 井字梁跨度較大，柱網(wǎng)稀，應避免形成單跨框架結構，同時要注意加強基礎的整體性和剛度。井字梁設計應注意邊梁的剛度，并采取相應的構造措施提高抗扭能力。邊梁的截面高度不小于井字梁的截面高度。與邊梁垂直相交的板面負筋應加強。采用有外伸懸挑的井字梁，可以減少梁的跨中彎矩和撓度。斜放井字梁系存在主次梁關系，并會隨邊界條件而變化，節(jié)點附加鋼筋應通過剪力包絡圖計算得。 井字梁在屋面層時，要注意加強屋面的保溫措施；屋面層梁板配筋適當放大或考慮溫度應力配筋；注意采用輕質找坡材料減輕屋面重量，必要時采用結構找坡。 斜放井字梁在施工圖中也可以用“平法”表示，但應注明上部縱筋的長度和錨固要求、井字梁交點處的附加鋼筋設置要求等。當圖面較密時宜單獨放大繪圖。