鋼井字梁在大跨結構中的設計探討及應用

汲小娟

【摘要】現代施工中加入井字梁的設計技術，可以為建筑提供較大的空間，使建筑空間布局更加靈活，所以在建筑結構設計中，大多數的鋼框架結構都會采用井字梁技術來獲取樓層處的大空間，屋頂的大空間可采用空間網架、桁架等結構形式。本文通過對井字梁結構的特點、設計、計算分析、注意事項等方面的研究，以確保設計的鋼結構井字梁結構更加經濟合理。

【關鍵詞】建筑結構設計;井字梁結構;設計技術;應用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

21.

井字梁是由鋼筋混凝土雙向板演化而來的新型結構形式。針對雙向板下部受拉區混凝土抗壓能力低、自重較大等缺點，將板下部受拉區混凝土挖去一部分，同時將受拉鋼筋布置在雙向相交線上，并對其進行適當增高，形成梁結構，也就成為鋼筋混凝土井字梁。鋼結構井字梁受力同鋼筋混凝土井字梁，主要適用于鋼網結構大空間建筑的樓蓋結構，可以有效降低梁高，增大建筑內部的凈空間，提高空間的利用率，而且可以使得建筑結構更加美觀。

1、鋼井字梁的概述

鋼結構井字梁以鋼材制作為主的結構形式，鋼材的特點是強度高、自重輕、整體剛性好、變形能力強，故適用于建造大跨度的承重結構;材料勻質性和各向同性好，屬理想彈性體，最符合一般工程力學的基本假定;材料塑性、韌性好，可有較大變形，能很好地承受動力荷載;建筑工期短;其工業化程度高，可進行機械化程度高的專業化生產。鋼結構今后應研究高強度鋼材，大大提高其屈服點強度;此外要軋制新品種的型鋼以適應大跨度結構和超高層建筑的需要。

2、鋼井字梁結構的設計原則

2.1井字梁樓蓋根據柱網、網格和跨度可分為：方形網格、矩形網格、雙向跨度相等、雙向跨度不相等。井字梁樓蓋的梁布置根據建筑或美觀要求，也可布置為斜交。常用形式為以下兩種：

（1）正交井字梁

網格梁的方向與屋蓋或樓板矩形平面兩邊相平行。盡量控制長跨與短跨之比值不大于1.5，選用正交井字梁為最好。

（2）斜交井字梁

若設計確實需要屋蓋或樓蓋平面長跨與短跨之比大于1.5時，選用斜交井字梁較為合適，這樣可以提高各向梁承受荷載的效率。當斜向網格梁用于長邊與短邊尺寸較接近的情況，平面四角的梁短而剛度大，對長梁起到彈性支承的作用，有利于長邊受力。為構造及計算方便，斜向梁的布置應與矩形平面的縱橫軸對稱，兩向梁的交角可以是正交也可以是斜交。此外斜向矩形網格也適用于不規則平面。

2.2在對井字梁進行設計時，要熟悉其基本受力規律。通常情況下，通過對邊梁剛度的改變，可以對連接在框架柱上以及支撐在邊梁上的井字梁的內力分配關系進行調整，可以設計成全部等高的井字梁，而當井字梁無法避開框架柱時，也可將與柱相連的井字梁設計成大井字梁，形成大小井字梁相嵌的結構形式。

3、鋼井字梁在大跨結構中應用分析實例

3.1 工程簡介

某飯店由主樓和裙房組成，主樓采用鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結構，基礎形式為樁筏基礎。地下二層，地上二十二層，室內外高差為0.45米。層高為：地下負二層3.8m，負一層5.8m，一～四層5.4m，五層及以上3.9m。建筑主要屋面板高度為91.8m。主樓房屋高度為91.8m，單元長度為39.4m，單元寬度為30.1m，高寬比為2.33，長寬比為1.31。工程建筑結構設計使用年限為50年，安全等級為二級，抗震設防分類為丙類，抗震設防烈度為7度，基本地震加速度值0.15g，建筑場地類別為Ⅲ類，鋼筋混凝土核心筒及負二、負一層抗震等級為一級（負二層二級），抗震構造措施為特一級（負二層一級），地上鋼框架抗震等級為三級，抗震構造措施等級為二級，嵌固端位于負一層頂，樓蓋采用鋼筋桁架樓承板。

3.2 大跨結構鋼井字梁截面選擇

（1）本工程裙房部分大空間處結構方案比對。裙房二層為大空間多功能廳，層高5.4m，網格長寬為22mX20m，為滿足建筑功能使用的凈高要求，梁高有限，且設備管道均需穿梁才能滿足，根據甲方要求，梁底凈高4.5m，設計在必選過程中做了三種方案：

方案一是做單向次梁，箱型截面高700mm，壁厚40mm，梁寬500mm，每2.1m設一道。梁撓度、強度、樓板舒適度經計算方可滿足結構規范要求，若做H截面需做到H750X500X30X40，方能滿足結構各項要求。但不滿足甲方對凈高的要求，而且此方案難點是梁柱連接節點，必須確保此節點施工質量。

方案二是做鋼井字梁，截面形式均為H700X500X25X40，梁格橫向是3.2～3.4m，縱向是2.8m，四周主梁截面為H800X400X25X40，均采用Q345C，梁撓度、強度、樓板舒適度經計算可滿足結構規范要求，若利用結構梁進行裝修體現結構美，此方案可實現，中間網格處梁梁之間均為剛接，井字梁與四周主梁為鉸接，左側有部分懸挑處與主梁剛接。梁與梁連接節點多，施工難度較大，結構安全性非常好。

方案三是做主次梁，主梁做到H800X400X25X40，次梁做到H650X350X18X35，方才能滿足強度及穩定要求，但不能滿足凈高要求。

（2）經方案比選，各方一致確定采用方案二，布置平面如下圖1所示：

4、鋼井字梁結構在施工上的相關問題

4.1按《建筑設計防火規范》（GB50016-2014）（2018年版）及《建筑鋼結構防火技術規范》（GB51249-2017）相關規定，鋼結構構件須刷防火涂料，并滿足耐火極限一級要求。防火涂料由業主另行確定并由專業廠家施工。（1）鋼柱耐火極限為3.0h，鋼梁耐火極限為2.0h，非組合樓板耐火極限為2.0h，鋼樓梯耐火極限為2.0h;型鋼混凝土構件中的內置型鋼不需要做防火處理。（2）防火涂料必須經國家檢測機關檢測合格及消防部門認可，防火涂料與鋼結構防銹漆必須相容與適應，應選擇絕熱性好，具有一定抗沖擊能力，能牢固地附著在構件上，有不腐蝕鋼材的防火涂料。

4.2 鋼井字梁施工技術

鋼井字梁可先在地面或一層裙房頂（須經設計驗算合格）將散件拼裝成整體，周圍設置吊點，一次吊裝就位。此過程需要由專門設計人員經過吊裝驗算，分析吊點，并對吊點附近應力進行分析，使其滿足強度要求。在提升過程中應先考慮吊點設置，將提升力及相對位移控制在允許范圍內。通過整體提升既可以節約費用，又能保證拼裝的質量。

結語：

井字梁結構設計技術在大空間建筑中的應用十分廣泛，比如商場、倉庫、食堂等。不僅能擴大建筑室內空間，還能在一定程度上增加建筑的美觀度，充分滿足大空間設計要求。在設計井字梁結構時，務必要重視井字梁的受力規律，弄清楚井字梁的內部構造，處理好梁和柱之間的關系，以確保井字梁設計的合理性。

參考文獻：

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