第31卷 第5期
2005年10月四川建筑科学研究Sichuan Building Science 139
关于合理布置井字梁楼盖的探讨
王 平
(深圳市建筑设计研究总院, 广东深圳 518000)
摘 要:在建筑物大开间的情况下, 井字梁楼盖是较常用的形式之一。本文通过工程实例, 介绍了井字梁的合理布置, 并阐明其优点。
关键词:井字梁楼盖; 结构布置; 大开间
中图分类号:TU318 文献标识码:B 文章编号:1008-1933(2005) 05-00139-02
1 工程概况
本工程为广东省深圳市某综合办公楼, 圳市中心。m 约15. 7m 。高均为3. 5m , 6, 总建筑面积约6400m 2。采用框剪结构体系, 抗震设防烈度6度。采用天然地基筏板基础, 持力层为中密卵石土层, 地基承载力标准值f k =200kPa 。由于该工程使用功能比较多, 使用单位和部门的要求不一, 要求建筑平面要考虑有一定使用功能修改的余度。因此, 为满足上述要求, 结构选用井字梁楼盖作为主要楼盖形式。2 结构布置的选用及比较
以该工程顶层多功能大厅顶板为例, 其下层为报告大厅, 上层为屋面花园(设30cm 覆土) 。由于要满足建筑大空间的要求, 原报告大厅中的2根柱子在此层取消, 形成13. 8m ×23. 4m 的大空间。若按传统的交梁楼盖设计, 如图1所示, 并进行试算。这种结构布置受力清楚, 传力简单明确, 传力路线短且直接。
但采用交梁楼盖的同时, 亦带来一些不利影响, 主要有以下几个方面。
(1) 屋面花园荷载较大, 由于板跨及梁跨相对较大, 若以主次梁传递内力, 较大的跨度使梁的截面尺寸普遍偏大, 配筋偏多。对于大跨度, 大荷载的交梁楼盖结构, 以往的解决办法常用有2种, 即加大相关构件尺寸和改用密肋梁。前者虽能解决受力问题, 但因结构梁高偏大, 对建筑功能所要求的大空间影响较大, 不吊天花板时的美观性较差; 而后者虽则减少板跨度, 但对整体经济性没什么改善。因此, 从适用和经济的角度分析, 以上的方法都稍显笨拙。另外, 按交梁楼盖布置, 其传荷路线由板—次梁—框梁—柱。由次梁传给框梁的荷载过于集中, 致使框梁的弯矩产生过大的峰值, 弯矩分布不均匀, 不符合
。而限。
(2) 在交梁楼盖布置中, 由于框梁集中承受较大荷载, 其截面和刚度较大。另外, 顶层大厅取消了中间2柱子, 建筑物整体刚度在该层受到削弱, 而被取消的柱子所应承担的荷载改由周边的边柱承受。遵循受力按刚度分配原则, 在柱截面受到限制而不可能加大的前提下, 若支承其上的框梁刚度较大, 抵抗荷载作用时, 梁柱节点成为受力薄弱点而必先破坏, 不符合“强柱弱梁”和“强节点弱杆件”的抗震原则。
(3) 此楼层结构采用交梁楼盖布置, 由于部分受力过于集中、不够合理而造成整体经济性下降, 而且因结构构件截面较大, 不能很好地满足甲方对建筑物日后的功能改变要求, 使功能变更的可能性减少, 灵活性降低。
为避免采用交梁楼盖布置所引起的上述不利影响, 结合建筑物柱网尺寸较规整的特点, 尽可能满足甲方对建筑功能的要求, 结构布置采用了井字梁楼盖布置。井字梁楼盖好比一块大跨度的双向板, 受力性能较好, 比一般的交梁楼盖性能更为优越。由于这种楼盖的2个方向的梁不分主次, 所以互相交叉形成井格。它们互相协同工作, 共同承受板上传来的荷载, 改善了大跨双向板的受力情况, 对于大跨度大空间楼面是一种很好的结构形式, 而且自身布置具有一定的建筑美感。
由双向板发展而来的井字梁结构, 其跨度远比双向板大得多, 所以长短跨度比值一般宜控制在1. 5
以内。而大于1. 5的井字梁格布置, 其受力特性随
收稿日期:2004208220作者简介:王 平(1966-) , 男, 湖北武汉人, 一级注册结构工程师, 主要从事建筑工程设计、监理工作。
140四川建筑科学研究第31卷
长短比值增大, 而开始倾向于单向受力, 井字梁的性能优越性亦趋下降。针对井字梁结构布置的优点, 结合本工程平面尺寸, 笔者提出2种井字梁结构布置方案进行比较分析, 如图2、图3所示。这2个结构布置方案的原则均为尽量减少井字梁与柱子相连所产生的受力不利影响; 尽量使井格控制在3m 以下, 使井字梁受力较为均匀合理, 降低井字梁截面高度。按井字梁的结构布置形式, 克服了采用交梁楼盖布置的不利因素, 较好地贯彻了“技术先进、安全适用、经济合理”的设计原则
。
2种井字梁结构布置的特点分述如下。
A 方案 井字梁与柱子采取“避”, 井字梁间距避开柱位, ; , 悬殊而成为受力薄弱点以致首先破坏。A 方案以整个多功能厅作为一块大的双向板, 但因其平面形状的长短跨比值大于1. 5, 所以, 其受力特性趋于单向板受力状态。根据此方案的计算结果反映, 短向井字梁的配筋量均比长向的要大; 而且因受力状况近似于单向板, 造成支承短向井字梁的边框梁受力相对加大, 为满足支承梁的抗扭刚度, 其框梁梁宽要作相应增加。由于井字梁避开了柱位, 靠近柱位的区格板需作另外的加强处理。
B 方案 井字梁与柱子采取“抗”的方法, 把与
究院开发的“多层及高层建筑结构空间分析程序”TBSA56. 0, 边框架梁截面为250mm ×800mm , 大
井字梁截面为400mm ×850mm , 小井字梁截面为250mm ×600mm 。计算中, 井字梁按简支端计算
考虑, 此时的跨中配筋量按计算结果取值, 不必再放松。小井字梁梁端支座配置构造面筋, 其数量约取跨中值的1/3; 而大井字梁的梁端支座配筋按计算结果取值。通过对计算结果的分析, 数据显示大部分梁的配筋率均在0. 7%～1. 5%之间, 与经济配筋率接近, 这表明构件受力趋于均匀并且材料的受力性能得到较充分的利用。4 心得体会
(1) 井字梁截面高度取值以刚度控制为主, 高度
柱子相连的井字梁设计成大井字梁, 而其它的井字
梁套嵌其中, 形成大井字梁套小井字梁的结构形式。楼面荷载经小井字梁传递给大井字梁, 再由大井字梁传递给柱子。在这种方案中, 由于存在大小井字梁的分格, 使板及小井字梁的截面取值可以更为经济合理; 而大井字梁将小井字梁传来的荷载向两向传递, 相应地减轻了短向大井字梁所承受的荷载压力。屋面荷载主要经由大井字梁直接传给柱子, 亦减少了对井字梁周边框梁的抗扭刚度要求, 使整层结构自重得以减轻, 配筋亦更趋合理。
经整体综合分析, 采用B 方案, 在安全性相同的前提下, 其经济性和适用性协调方面较为优胜。采取井字梁布置后, 楼盖受力较均匀, 整个楼盖的刚度亦得以加强, 有利于结构整体的稳定和构件协调受力。纵横两向的框梁和井字梁受力均匀, 弯矩分布变化平缓, 符合构件受力均匀和充分发挥材料受力性能的原则, 减少了土建方面的总投资, 有利于建
取值除考虑井字梁楼盖短向跨度和计算荷载大小外, 还应考虑其周边支承梁的抗扭刚度的影响
。
(2) 由于井字梁楼盖的受力及变形性质与双向板相似, 井字梁本身有受扭成分, 井字梁的梁距不宜太大, 控制在3m 以内为宜。
(3) 井字梁一般可按简支端计算。若按固端计算时, 适当加强边框梁的截面, 可提高抗扭刚度, 对井字梁的弯矩调幅有一定贡献。
(4) 井字梁周边有柱位时, 可采取调整井字梁梁间距避开柱位, 靠近柱位区格板需作加强; 若因故避不开, 可设计成大井字梁套小井字梁的结构形式。
(5) 由于目前建筑材料市场价格飙升, 在设计过程中, 设计者应积极引入限额设计概念。经过设计方案优选, 做好成本的事前控制, 可为业主及社会节约不少的投资。
第31卷 第5期
2005年10月四川建筑科学研究Sichuan Building Science 139
关于合理布置井字梁楼盖的探讨
王 平
(深圳市建筑设计研究总院, 广东深圳 518000)
摘 要:在建筑物大开间的情况下, 井字梁楼盖是较常用的形式之一。本文通过工程实例, 介绍了井字梁的合理布置, 并阐明其优点。
关键词:井字梁楼盖; 结构布置; 大开间
中图分类号:TU318 文献标识码:B 文章编号:1008-1933(2005) 05-00139-02
1 工程概况
本工程为广东省深圳市某综合办公楼, 圳市中心。m 约15. 7m 。高均为3. 5m , 6, 总建筑面积约6400m 2。采用框剪结构体系, 抗震设防烈度6度。采用天然地基筏板基础, 持力层为中密卵石土层, 地基承载力标准值f k =200kPa 。由于该工程使用功能比较多, 使用单位和部门的要求不一, 要求建筑平面要考虑有一定使用功能修改的余度。因此, 为满足上述要求, 结构选用井字梁楼盖作为主要楼盖形式。2 结构布置的选用及比较
以该工程顶层多功能大厅顶板为例, 其下层为报告大厅, 上层为屋面花园(设30cm 覆土) 。由于要满足建筑大空间的要求, 原报告大厅中的2根柱子在此层取消, 形成13. 8m ×23. 4m 的大空间。若按传统的交梁楼盖设计, 如图1所示, 并进行试算。这种结构布置受力清楚, 传力简单明确, 传力路线短且直接。
但采用交梁楼盖的同时, 亦带来一些不利影响, 主要有以下几个方面。
(1) 屋面花园荷载较大, 由于板跨及梁跨相对较大, 若以主次梁传递内力, 较大的跨度使梁的截面尺寸普遍偏大, 配筋偏多。对于大跨度, 大荷载的交梁楼盖结构, 以往的解决办法常用有2种, 即加大相关构件尺寸和改用密肋梁。前者虽能解决受力问题, 但因结构梁高偏大, 对建筑功能所要求的大空间影响较大, 不吊天花板时的美观性较差; 而后者虽则减少板跨度, 但对整体经济性没什么改善。因此, 从适用和经济的角度分析, 以上的方法都稍显笨拙。另外, 按交梁楼盖布置, 其传荷路线由板—次梁—框梁—柱。由次梁传给框梁的荷载过于集中, 致使框梁的弯矩产生过大的峰值, 弯矩分布不均匀, 不符合
。而限。
(2) 在交梁楼盖布置中, 由于框梁集中承受较大荷载, 其截面和刚度较大。另外, 顶层大厅取消了中间2柱子, 建筑物整体刚度在该层受到削弱, 而被取消的柱子所应承担的荷载改由周边的边柱承受。遵循受力按刚度分配原则, 在柱截面受到限制而不可能加大的前提下, 若支承其上的框梁刚度较大, 抵抗荷载作用时, 梁柱节点成为受力薄弱点而必先破坏, 不符合“强柱弱梁”和“强节点弱杆件”的抗震原则。
(3) 此楼层结构采用交梁楼盖布置, 由于部分受力过于集中、不够合理而造成整体经济性下降, 而且因结构构件截面较大, 不能很好地满足甲方对建筑物日后的功能改变要求, 使功能变更的可能性减少, 灵活性降低。
为避免采用交梁楼盖布置所引起的上述不利影响, 结合建筑物柱网尺寸较规整的特点, 尽可能满足甲方对建筑功能的要求, 结构布置采用了井字梁楼盖布置。井字梁楼盖好比一块大跨度的双向板, 受力性能较好, 比一般的交梁楼盖性能更为优越。由于这种楼盖的2个方向的梁不分主次, 所以互相交叉形成井格。它们互相协同工作, 共同承受板上传来的荷载, 改善了大跨双向板的受力情况, 对于大跨度大空间楼面是一种很好的结构形式, 而且自身布置具有一定的建筑美感。
由双向板发展而来的井字梁结构, 其跨度远比双向板大得多, 所以长短跨度比值一般宜控制在1. 5
以内。而大于1. 5的井字梁格布置, 其受力特性随
收稿日期:2004208220作者简介:王 平(1966-) , 男, 湖北武汉人, 一级注册结构工程师, 主要从事建筑工程设计、监理工作。
140四川建筑科学研究第31卷
长短比值增大, 而开始倾向于单向受力, 井字梁的性能优越性亦趋下降。针对井字梁结构布置的优点, 结合本工程平面尺寸, 笔者提出2种井字梁结构布置方案进行比较分析, 如图2、图3所示。这2个结构布置方案的原则均为尽量减少井字梁与柱子相连所产生的受力不利影响; 尽量使井格控制在3m 以下, 使井字梁受力较为均匀合理, 降低井字梁截面高度。按井字梁的结构布置形式, 克服了采用交梁楼盖布置的不利因素, 较好地贯彻了“技术先进、安全适用、经济合理”的设计原则
。
2种井字梁结构布置的特点分述如下。
A 方案 井字梁与柱子采取“避”, 井字梁间距避开柱位, ; , 悬殊而成为受力薄弱点以致首先破坏。A 方案以整个多功能厅作为一块大的双向板, 但因其平面形状的长短跨比值大于1. 5, 所以, 其受力特性趋于单向板受力状态。根据此方案的计算结果反映, 短向井字梁的配筋量均比长向的要大; 而且因受力状况近似于单向板, 造成支承短向井字梁的边框梁受力相对加大, 为满足支承梁的抗扭刚度, 其框梁梁宽要作相应增加。由于井字梁避开了柱位, 靠近柱位的区格板需作另外的加强处理。
B 方案 井字梁与柱子采取“抗”的方法, 把与
究院开发的“多层及高层建筑结构空间分析程序”TBSA56. 0, 边框架梁截面为250mm ×800mm , 大
井字梁截面为400mm ×850mm , 小井字梁截面为250mm ×600mm 。计算中, 井字梁按简支端计算
考虑, 此时的跨中配筋量按计算结果取值, 不必再放松。小井字梁梁端支座配置构造面筋, 其数量约取跨中值的1/3; 而大井字梁的梁端支座配筋按计算结果取值。通过对计算结果的分析, 数据显示大部分梁的配筋率均在0. 7%～1. 5%之间, 与经济配筋率接近, 这表明构件受力趋于均匀并且材料的受力性能得到较充分的利用。4 心得体会
(1) 井字梁截面高度取值以刚度控制为主, 高度
柱子相连的井字梁设计成大井字梁, 而其它的井字
梁套嵌其中, 形成大井字梁套小井字梁的结构形式。楼面荷载经小井字梁传递给大井字梁, 再由大井字梁传递给柱子。在这种方案中, 由于存在大小井字梁的分格, 使板及小井字梁的截面取值可以更为经济合理; 而大井字梁将小井字梁传来的荷载向两向传递, 相应地减轻了短向大井字梁所承受的荷载压力。屋面荷载主要经由大井字梁直接传给柱子, 亦减少了对井字梁周边框梁的抗扭刚度要求, 使整层结构自重得以减轻, 配筋亦更趋合理。
经整体综合分析, 采用B 方案, 在安全性相同的前提下, 其经济性和适用性协调方面较为优胜。采取井字梁布置后, 楼盖受力较均匀, 整个楼盖的刚度亦得以加强, 有利于结构整体的稳定和构件协调受力。纵横两向的框梁和井字梁受力均匀, 弯矩分布变化平缓, 符合构件受力均匀和充分发挥材料受力性能的原则, 减少了土建方面的总投资, 有利于建
取值除考虑井字梁楼盖短向跨度和计算荷载大小外, 还应考虑其周边支承梁的抗扭刚度的影响
。
(2) 由于井字梁楼盖的受力及变形性质与双向板相似, 井字梁本身有受扭成分, 井字梁的梁距不宜太大, 控制在3m 以内为宜。
(3) 井字梁一般可按简支端计算。若按固端计算时, 适当加强边框梁的截面, 可提高抗扭刚度, 对井字梁的弯矩调幅有一定贡献。
(4) 井字梁周边有柱位时, 可采取调整井字梁梁间距避开柱位, 靠近柱位区格板需作加强; 若因故避不开, 可设计成大井字梁套小井字梁的结构形式。
(5) 由于目前建筑材料市场价格飙升, 在设计过程中, 设计者应积极引入限额设计概念。经过设计方案优选, 做好成本的事前控制, 可为业主及社会节约不少的投资。