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
1 工程概况
本工程为山东省烟台市某食堂，位于开发区。建筑高度13.8m，建筑层数地上三层，层高4.5m，总建筑面积5800m2。采用框架结构体系，柱下独立基础，强风化花岗岩层作为持力层，承载力特征值为Ra=600KN。
2 结构布置的选用及比较
由于该工程顶层多功能大厅要求大空间，二层厨房操作间中的两根柱子在此层取消，形成26.8m×16m的大空间。若按传统的交梁楼盖设计(图1所示)进行计算，此结构布置受力清楚，传力简单明确，传力路线短而直接。
图1
若采用交梁楼盖设计会带来一些不利影响，主要有以下几点:
(1) 由于板和梁的跨度相对较大，按交梁楼盖布置，其传力路线由板→次梁→框架梁→柱，次梁→框架梁的荷载属于集中力，框架梁的弯矩会产生过大峰值，弯矩分布不均匀，不符合构件受力均匀和充分发挥材料受力性能的原则。而为保证正截面受弯及斜截面受剪承载力计算不超限，不得不采用较大的梁截面和配置较多钢筋。另外，传力方式由板→次梁→框架梁，梁的截面尺寸受较大跨度的影响普遍偏大且配筋较多。对于这种大跨度、大空间的交梁楼盖结构，传统的解决办法通常有两种，即改用密肋梁或者加大构件截面尺寸。其中加大构件截面尺寸虽能解决受力问题，但因梁高偏大，一会影响美观，二会对建筑功能有要求的大空间有一定影响。因此，从适用和经济的角度分析以上方法都捉襟见肘。
(2) 在交梁楼盖布置中，由于框架梁承受较大集中荷载，导致其截面和刚度较大。另外，顶层大厅取消了中间两个柱子，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边柱承受。在柱截面受限制而不能加大的前提下，若支承其上的框架梁刚度较大，抵抗荷载作用时，梁柱节点成为受力薄弱点而先行破坏，不符合”强柱弱梁”的抗震原则。
(3) 此楼层结构采用交梁楼盖布置，由于部分构件受力过于集中，荷载传递不够合理而致使结构构件截面较大，不能很好地满足使用方对建筑物日后的功能改变要求，使功能变更的灵活性降低，造成整体经济性下降。
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，尽可能满足对建筑功能的要求，故采用了井字梁楼盖布置。井字梁楼盖是肋形梁板的一种，它是由双向板和交叉梁系组成的空间受力结构体系。这种受力体系能满足建筑物较大使用空间的要求，受力合理，其截面高度明显低于单跨梁，技术经济效益显著。该楼盖两个方向的梁不分主次且交叉形成井格，相互协同工作，共同承受板上的荷载，改善了大跨双向板的受力情况，对大跨度大空间楼面是一种很好的结构形式，且自身布置具有一定的建筑美感。
这种井字梁结构由双向板发展而来，但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。而长短跨度比值大于1.5的井字梁布置，其受力特性随长短比值增大，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，笔者对两种井字梁结构布置方案进行比较分析(图2、图3所示)。这两种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，较好的贯彻了”技术先进、安全适用、经济合理”的设计原则。
图2
图3
两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”的方式，调整井字梁间距避开柱位。避免井字梁与柱相连处井字梁的支座配筋计算结果容易出现的超限情况，减少梁柱节点在受荷载作用时，由于两者刚度相差悬殊而成为薄弱点以致首先破坏。A方案以整个大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较大，为满足支承梁的抗扭刚度，其框架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相应的加强处理。
B方案井字梁与柱子采取”抗”的方法，把与柱子相连的井字梁设计成大井字梁，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架梁的抗扭刚度要求，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到加强，有利于结构整体的稳定和构件协调受力。纵横两向的框架梁和井字梁受力均匀，弯矩分析变化平稳，符合构件受力均匀和充分发挥材料受力性能的原则，减少了土建方面的投资，建筑物经济性得到提高。
3 结构设计和计算控制
本工程的结构设计和分析采用中国建筑科学研究院开发的PKPM系列软件2010年5月版，边框架梁截面为300mm×800mm，大井字梁截面为450mm×1450mm，小井字梁截面为250mm×650mm。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。小井字梁梁端支座配置构造钢筋，其数值约取跨中值的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为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 结语
(1) 井字梁一般可按简支端计算。若按固端计算，应适当加强边框架梁的截面，可提高抗扭刚度，对井字梁的弯矩调幅有一定贡献。
(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，故梁距不宜太大，控制在3m以内为宜。
(3) 井字梁截面高度取值以刚度控制为主，高度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抗扭刚度的影响。
(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) 由于目前建材市场价格飙升，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投资。
参考文献：
[1] 混凝土结构设计规范，GB50010-2002.
[2] 简明建筑结构设计手册，中国建筑工业出版社，1992.
[3] 建筑结构构造资料集， 中国建筑工业出版社，1990.
[4] 混凝土结构计算手册， 中国建筑工业出版社，1991.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。