井字梁结构设计简要分析

井字梁结构设计简要分析
【摘要】井字梁就是不分主次，高度相当的梁，同位相交，呈井字型。

又称交叉梁或格形梁。

本文从井字梁的截面尺寸选择、计算以及构造等方面对井字梁进行了总结和阐述，希望能对
相关工程设计人员提供一些参考。

【关键词】井字梁；结构布置；计算与配筋
Brief analysis on the design of well shaped beam Structure
Sun Qing-lin
【Abstract】The beam is the beam is not divided into primary and secondary,the height of the beam,with the intersection,was a font.Cross beam or lattice beam.In this paper,the character of
the beam is summarized and expounded from the aspects of the selection,calculation and construction of the section of the beam.
【Keywords】Steel beam; Structural arrangement; Calculation and reinforcement
【中图分类号】TU318【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）08-0006-02
1.采用井字梁结构的条件
井字梁跨度一般不大于20m，用于建筑需要大空间且结构高度受限制或者建筑外观有该要求
的情况，且两个方的向跨度应相等或相近。

如果两个方向的跨度不相等，则一般需控制其长
短跨度之比≤1.5，如＞1.5且≤2，那就需要在长向跨度中部设大梁，从而形成两个井字梁体系
或采用斜向布置的井字梁，斜向布置的井字梁可严格遵守45°对角线原则。

2.井字梁的初步设计
2.1 布置原则
井字梁梁系布置是十分关键的一项内容，它可以充分体现出井字梁楼盖体系在两个方向之间
存在的传力关系，且对周边结构的受力情况也有明显影响。

需要对井字梁的间距进行科学的
调整，让其避开和框架柱的连接部位。

如果井字梁与框架柱进行连接，受荷载作用的影响，
再加上两者的刚度相差较大，在受力过大情况下，梁柱节点的薄弱环节可被破坏。

当不能避
开或者结构空间大时，可将和框架柱连接的井字梁设计成大井字梁，并套入小井字梁，从而
呈现出大、小井字梁镶嵌的一种形式，楼面荷载作用可以从小井字梁传递于大井字梁，之后
再传递到框架柱。

井字楼盖的荷载能较均匀分配于四周，使周边支撑体系受力均匀，井字结
构受力也较合理。

井字梁楼盖的受力情况、变形情况和双向板具有明显的相似性，井字梁自
身也有受扭成分，故宜将梁距控制在3m以内（一般取值在1.2m～3ｍ较为经济）。

2.2 布置方式
优先采用偶数以及双向相同的布置方案。

井式梁板结构的布置有以下几种：①正向网格梁
网格梁方向需要和屋盖或楼板矩形平面两边保持平行关系。

正向网格梁最好是选择长边：短
边≤1.5的平面，且长边和短边的尺寸越接近就越理想。

②斜向网格梁当屋盖或楼盖矩形平面长边：短边＞1.5时，为了进一步提高各项梁承受荷载作用的能力，需要将井式梁进行斜向
布置。

采用斜向布置方案可以使结构平面中部双向梁的长度及效率相同，和矩形平面的长度
无明显关系。

斜向网格梁在长边与短边尺寸接近的井式梁板结构中应用，平面四角的梁短，
其刚度大，对长梁的弹性支承作用较为明显，长边受力状态良好。

为了方便设计构造及计算，布置斜向梁时需要和矩形平面的纵横轴保持对称，两向梁的交角可以为正交或斜交，除此之外，斜向矩形网格对不规则平面也的适应性也较为明显。

④存在内柱的网格梁当楼盖或屋盖
进行设计时，可采用设内柱的井式梁方式，沿着柱网双向对主梁进行布置，再由主梁网格向
内进行次梁的布置工作，主次梁的高度可以设置为相等或者设置为不等。

⑤具有外伸悬挑的
网格梁单跨简支，或多跨连续的井式梁板可选择网格梁，具有明显的外伸悬挑作用。

选择科
学的井式梁板结构的布置方式可有效减少网格梁的跨中弯矩与挠度。

2.3 截面尺寸的确定
梁截面宽度取值与普通梁宽度取值一样，一般的混凝土框架梁截面宽度不宜小于200mm，
但由于井字梁间距不是很大，所以剪力也不是很大，从而为减小梁截面宽度创造了良好的条件，井字梁井格越大，梁的侧向约束力就越小，其截面宽度就越大；井格越小，梁的侧向约
束力就越大，井字梁截面宽度也就越小。

一般情况下梁宽度b取1/3（h较小时）~1/4（h较
大时），但梁宽宜大于120mm。

两个方向的井字梁高度需要保持相等状态，一般常用的井字梁截面高度为跨度的1/20~1/15，结构在两个方向的跨度不同时，需要选取短跨跨度。

井字梁的挠度f具有明确要求，一般要
求下，f≤1/250，但部分要求较高时，f≤1/400。

若楼盖跨度相对较大，在施工时可按施工规范要求预先起拱，以减小其挠度。

井字梁、边梁的节点在进行选择时，一般选择铰接节点，并
且需要根据相关计算方法对其边梁刚度及抗扭强度进行计算。

通常要求边梁的截面高度需要
≥井字梁截面高度（大于范围最好保持在20%-30%范围内）。

在选取边梁截面高度时，需要
按照单跨梁的相关规定进行，通常情况下，h=L/8～L/12，其中L表示的是边梁跨度。

3.井字梁的计算与配筋
3.1 查表法的算法
3.1.1 井字梁结构静力计算手册
根据井字梁结构静力计算手册得知，荷载分配法是井字梁结构静力计算、图表编制常用的方法。

其原理就是结构力学中的一种力法现象。

可以首先将荷载化为梁交叉结点上集中荷载，
该荷载不一定相等，随后再将横向梁分配荷载设置为一项未知量，与静力平衡及竖向变形协
调原理保持一致，先不考虑转角变形问题的影响，再根据该手册上单跨梁挠度计算公式生成
柔度矩阵，从而井字梁网格点的线性方程组建立起来。

再利用编制的电算程序得出每根梁所
承受的分配荷载及其相应的内力和挠度。

3.1.2 建筑结构静力计算手册（第二版）
在钢筋混凝土结构中，经常采用井式梁，井式梁是一个空间杆件系统。

当有现浇板与井式梁
相连时，梁的扭转变形实际上已经被约束。

此时可以用两种方法计算。

第一种方法是，按扭
转位移为零的条件用空间杆系程序计算。

第二种方法是，用没有扭转的普通交叉梁组成井式梁，假定仅在垂直与井式梁平面上有线位移，协调条件为，在每一交点处交叉梁的线位移相等。

3.2 井字梁的内力计算
井字梁的计算较为复杂，一般作如下假定：（1）不考虑剪力和扭矩的作用；（2）两个方向
的梁刚度相等。

在实际工程设计中，利用各种结构设计计算手册查用相关计算图表，就能获
取到井字梁的最大弯矩、剪力和挠度等数值。

但在实际运用中要充分了解和SATWE计算软件之间的差异性，例如当井字梁端部简支在剪力墙上时，两种计算结果的差异就特别小。

出现
这种现象是由于混凝土剪力墙具有较大的竖向刚度，竖向产生的位移很小。

当井字梁端部简
支在框架主梁上时，查静力计算手册的结果和SATWE软件结果就存在明显的差异性，出现这种情况主要是因为SATWE软件对主框架梁竖向产生的移位进行了充分考虑。

井字梁内力受其端部支座竖向刚度的影响作用比较明显，选择查静力计算手册法进行计算时，需要将本次项
目与其计算假定情况是否完全符合进行全面考虑。

3.3 井字梁计算简图选取分析
井字梁楼盖周围一般为主梁支承或墙体支承。

当其周围为主梁支承时，主梁需要具备良好的
刚度，从而确保其不会出现变形情况，当支承主梁刚度和井字梁刚度相近时，井字梁四周可
进行简支处理；当支承主梁刚度较大，可采用刚接节点，但同时还是要计算支承主梁的刚度
及抗扭强度。

井字梁支座无论铰接还是刚接，其支承主梁的截面高度均要≥井字梁的截面高度，且超过井字梁截面高度的20%～30%。

若只存在墙体支承时，墙体支承的情况需要和计
算图标的假定条件保持一致，就是要求井字梁四周均为简支。

除此之外，部分设计人员在进
行井字梁支座处反力计算时，常常将该梁最大剪力作为井字梁支座处反力，忽略了周边板的
三角形或梯形荷载。

实践证明，周边板的三角形或梯形荷载引起的反力与梁最大剪力之间的
比值是十分重要的，因此是不能将其忽略的，在基础设计环节，尤其是选择浅基时这部分荷
载对基础的影响力更为明显，可一定程度对基础的安全性构成威胁。

3.4 井字梁的配筋
井字梁的配筋要求与普通受力梁基本相同，但在具体设计工作中还需注意以下内容：a.两个
方向梁交点的格点部位，短跨度方向梁下部纵向受拉钢筋需要位于长跨方向梁下部纵向受拉
钢筋之下，该项要求同双向板的配筋方式相同；b.两个方向梁交点的格点部位不能将其视为
梁的一般支座，需要将其看作是梁的弹性支座。

这主要是由于两个方向的梁在进行布筋过程中，梁下部纵向受拉钢筋不能在格点部位出现断开现象，应该是直通两端支座。

当钢筋的长
度不够时，必须采用机械连接，连接过程中还要按照按照相关规范进行，保证连接质量。

若
箍筋不能满足端部剪力，就需要将端部最大剪力值减去箍筋承担的剪力，剩下的采用弯起鸭
筋来承担。

在这一环节，对鸭筋的构造也有明确要求，要求鸭筋端部支座内边到第一排钢筋
弯起点的距离在50mm以上；c.由于两个方向的梁并非主、次梁结构，所以不同方向的梁在
格点部位也没必要附加横向钢筋，但是在格点处两个方向的梁在其上部需要配置构造负筋，
通常要求在2Ф12以上，以免出现在荷载分布不均匀时有负弯矩现象产生，且这环节的构造
负筋通常是其下部纵向受拉钢筋的1/3。

4.井字梁的构造要求
井字梁的构造要求基本上和一般梁的构造要求一致。

但在具体实践中仍需要注意以下内容：
①要求井字梁楼盖混凝土强度恰当，其强度等级不应低于C20，采用强度等级400MPa及以
上钢筋时，混凝土强度等级不应低于C25。

在操作过程中，为了预防楼盖混凝土出现收缩裂
缝现象，也需要严重控制混凝土强度等级，其等级不宜太高。

②井字梁的支撑边梁内应按计
算配置附加的抗扭纵筋和箍筋，以满足边梁的延性和裂缝宽度限制要求。

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在节点两边，支撑边梁需要分别设计吊筋或吊箍，将交叉梁的全部支座
反力传到边梁的受压区；在楼面梁端部（一倍梁高的范围）需加密箍筋，且不少于Φ8@100。

⑤井字梁现浇楼板通常是按照双向板计算，不对井字梁的变形情况进行考虑，也就是说，假
设双向板支承在不动支座上，其最小板厚应该为80mm，且≥板较小边长的1/40。

5.结语
由于井字梁结构体系能够为建筑物创造出更大的空间，其合理的设布置方式及受力方式也让
其广泛的在民用建筑、工业建筑中应用、推广，所以合理的对井字梁进行设计，对该项功能
具有十分重要的价值。

我们结构设计工程师也应该对井字梁的受力情况进行充分分析，不断
完善设计方案，从而确保建筑项目的安全性。

参考文献
[1]GB50010-2010（2015年版）混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2015.
[2]简明钢筋混凝土结构构造手册.第2版.北京：机械工业出版社.
[3]井字梁结构静力计算手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1989.。