基于Sap2000的井字梁設計

　【摘要】根據工程經驗，確定構件截面及布置方式，使用軟件Sap2000快捷、準確的計算內力和彈性撓度，進而可以完成井字梁構件的設計。在施工過程中，應特別注意井字梁的配筋構造要求，確保建筑結構安全可靠。 

　　【關鍵詞】Sap2000；井字梁；布置；撓度 

　　The design of the square crossing girder based on Sap2000 

　　ZHANG qiu-min，PEI ya-tao 

　　Abstract The sections and the beam’s layout of a building can be given according to the usual engineering experience. Using the software， which is Sap2000， the internal forces and elasticity flexibility are quickly and accurately attained， then the design is completed after a series of computations . A particular attention should be paid to the general demand of the reinforcement in order to ensure the construction’s security. 

　　Keywords Sap2000； square crossing girder； layout； flexibility； 

　　在工業(yè)廠房多層辦公建筑中，為了獲得大空間，滿足建筑功能需求，并達到經濟、美觀的目標，設計人員經常采用的結構形式就是井字梁。井字梁較一般主次梁結構，具有較大的跨高比，在滿足凈空的要求下，可以降低層高。縱橫交錯的井字梁兩個方向梁截面尺寸相同，將樓蓋或屋蓋劃分成若干正方形或接近正方形的小區(qū)格，提供天然的頂棚，造型美觀。 

　　1、井字梁初步設計 

　　1.1井字梁的布置 

　　應盡量調整井字梁的間距，使井字梁避開與框架柱連接。若井字梁與框架柱相連，在荷載作用下，由于兩者的剛度相差懸殊，梁柱節(jié)點容易成為受力的薄弱點而導致首先破壞。當無法避開，或結構空間較大時，也可以把與框架柱相連的井字梁設計成大井字梁，其余小井字梁套在其中，形成大小井字梁相嵌的結構形式，樓面荷載從小井字梁傳到大井字梁，再從大井字梁傳到框架柱。 

　　井字梁樓蓋兩個方向的跨度比一般要求不大于1.5，當大于1.5時，宜將樓蓋設計成大小井字梁相嵌的形式。兩個方向井字梁的間距可以相等，也可以不等。如果不等，兩個方向的梁間距之比應滿足1.0～2.0。綜合考慮建筑和結構受力的要求，井字梁間距取值在2m～3m較為經濟，不宜超過3.5m。 

　　1.2井字梁的截面尺寸 

　　兩個方向的井字梁高度應相等，一般取為短跨跨度的1/20～1/15。井字梁寬度一般取為梁高的1/4～1/3，且不小于120mm。 

　　由邊主梁支撐的井字梁樓蓋，井字梁與邊梁的節(jié)點宜采用鉸接節(jié)點。邊梁按框架梁考慮，必須滿足承載力和正常使用極限狀態(tài)設計，以及相應的構造措施。邊梁的截面高度按單跨梁的規(guī)定執(zhí)行，取跨度的1/12～1/8。 

　　井字梁樓板按雙向板計算，不考慮井字梁的變形，假定雙向板支撐在不動支座上，最小厚度為80mm，且應大于等于較小邊長的1/40。 

　　井字梁、邊梁及樓板的截面尺寸確定以后，就可以進行計算分析，根據計算結果，可以對所選截面進行調整。 

　　2、井字梁計算 

　　井字梁的計算通常采用查表的方法進行，表格只能計算有限的m×n的井字梁形式，且每邊的井字梁的間隔必須相等，在實際工程中，往往很難達到，只能近似，并且井字梁布置也受到限制，這給計算帶來很大不便，直接影響計算結果的可靠性。 

　　Sap2000是一個集成化的通用結構分析與設計軟件，在世界范圍內廣泛應用，是土木結構工程最有效和最實用的軟件。它采用獨特的圖形操作界面，利用面向對象的操作方式建模，可以方便的建立各種復雜的結構模型，且集荷載計算、靜力分析、線性和非線性計算等所有計算分析于一體，容納了最新的靜力、動力、線性和非線性的分析技術，計算快捷，分析結果合理可靠，其權威性和可靠性得到了國際上業(yè)界的一致肯定。目前，Sap2000已將中國規(guī)范納入其中，給中國的結構設計提供了新平臺。它解決了查表計算方法存在的問題，井字梁布置方便靈活，計算速度快，計算結果可靠性高。 

　　在Sap2000建模過程中，使用線單元中的框架單元來模擬梁柱，使用面單元中的殼—薄殼單元模擬樓板。本工程中樓板平面布置規(guī)則，樓板沒有過大面積的開洞，指定不同隔板束縛到每個不同的Z高度處，實現(xiàn)規(guī)范中的樓板平面內無限剛性的假定。釋放井字梁梁端彎矩33實現(xiàn)井字梁與邊梁的鉸接。 

　　根據《混凝土結構設計規(guī)范》，混凝土受彎構件的最大撓度應按準永久值組合，并應考慮荷載的長期作用的影響進行計算。計算值不超過規(guī)定的撓度限制。根據《建筑結構荷載規(guī)范》可得到各可變荷載的準永久值系數(shù)。 

　　根據Sap2000計算分析結果，可以進行井字梁的承載力極限狀態(tài)設計，同時根據構件彈性撓度、塑性撓度、考慮荷載長期作用影響的長期剛度B和梁截面抗彎剛度的關系，即可求得井字梁的塑性撓度。 

　　3、井字梁配筋構造要求 

　　井字梁上、下部縱筋均短跨在下，長跨在上；短跨梁箍筋在兩個方向梁相交范圍內通常設置；相交處兩側各附加3道箍筋，間距50mm，箍筋直徑和根數(shù)同梁內箍筋。 

　　兩個方向梁相交的格點處是梁的彈性支座，每邊梁下面的縱向受拉鋼筋不能在格點處斷開，應直通兩端支座。當鋼筋不夠長時，梁下部鋼筋連接位置宜位于支座ln/4范圍內，且在同一連接區(qū)段內鋼筋接頭面積百分率不宜大于50%。 　　4、工程實例 

　　重慶某化驗樓頂層有10.8m×14.7m的大空間結構，功能為大會議室。根據井字梁布置原則和截面尺寸要求，確定：井字梁截面為200mm×700mm，邊梁截面為300mm×900mm，井字梁布置避開柱位詳見圖1。井字梁區(qū)格為4×6，橫向井字梁間距為2400mm×3+2500 mm×3。這種井字梁布置方式合理，但是通過查表無法計算其內力和撓度值。而Sap2000模型中構件布置方便靈活，且計算結果合理可靠。 

　　根據《混凝土結構設計規(guī)范》允許撓度值[f]=ln/400 =10800/400=27mm，允許裂縫寬度0.30mm。根據Sap2000計算分析結果，彎矩M=102kN*m，彈性撓度fE=8.86mm。在彎矩和彈性撓度相同下，配筋方式的不同，對正常使用極限狀態(tài)的影響詳見表1： 

　　從上表可知： 

　　1）井字梁的配筋面積主要由塑性撓度控制。 

　　2）由情況3和5得知上部鋼筋取下部鋼筋面積的1/3，或上下部鋼筋面積相同，這兩種配筋方式都能滿足結構設計要求。 

　　5、總結 

　　根據以往經驗，確定井字梁、邊梁和樓板截面并合理布置井字梁，使用有限元結構設計軟件Sap2000計算桿件內力和彈性撓度，進而可以完成井字梁設計。在施工過程中，應特別注意井字梁的配筋構造要求，確保建筑結構安全可靠。 

　　參考文獻 

　　[1]歐國華.井字梁設計施工中的常見問題探討[J].新疆有色金屬，2009，5：99-102. 

　　[2]吳吉亭，苑大欣.淺談井字梁的設計[J].房材與應用，2006，2：18-19. 

　　[3]侯曉寧，朱寶貴，魏振華，杜會柱.鋼筋混凝土井字梁設計中的常見問題[J].河南建材用，2010，3：42-43. 

　　[4]于洪波.井字梁設計的一些體會[J].林業(yè)科技情報，2010，13：74-76. 

　　[5]北京金土木軟件技術有限公司，中國建筑標準設計研究院.SAP2000中文版使用指南[M].人民交通出版社，2006. 

　　[6]11G101-1，混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構造詳圖[S]. 

　　[7]GB 50009-2012，建筑結構荷載規(guī)范[S]. 

　　[8]GB 50010-2010，混凝土結構設計規(guī)范[S].