大跨度井字梁的挠度
设计
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大跨度井字梁的挠度设计
摘要:
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
建设中，因钢筋混凝土挠度难以满足相关
规范
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要求，从而使其在大跨度井字梁结构设计中应用较少。因此，如何控制好大跨度井字梁结构设计中的挠度问题，一直是结构设计人员关注的话题。文章结合笔者的工作实践，阐述了大跨度井字梁结构的特点，并结合工程实例针对大跨度钢筋混凝土井字梁结构挠度设计问题进行了探讨，以供大家参考。
关键词:大跨度;钢筋混凝土;井字梁;挠度计算
1 引言
一般大型项目中，均存在有较大空间的使用要求，如民用房屋的门厅、餐厅、会议室和展览大厅等。由于井字梁结构在横纵两个方向都有较大的刚度，使其在该类建筑中广泛应用。工程上，为了满足挠度要求，常采用预应力混凝土井字梁结构，但其费用较高，而且施工组织复杂、施工技术要求高。因此，迫切需要探索一种更为经济、简单的结构形式。
本文结合笔者的工作实践，探讨当采用大跨度普通钢筋混凝土时，挠度设计应注意的事项及措施，并与应用后的效果对比分析，以供大家参考。
2 井字梁结构的特点
(1)钢筋混凝土井字梁是从双向板演变而来的一种结构形式。当其跨度增加时，板厚相应也随之加大。但是，由于板厚而自重加大，而板下部受拉区域的混凝土往往被拉裂不能参见工作。因此，在双向板的跨度较大时，为了减轻板的自重，我们可以把板的下部受拉区的混凝土挖掉一部
分，让受拉钢筋适当集中在几条线上，使钢筋与混凝土更加经济、合理地共同工作。这样双向板就变成为在两个方向形成井字式的区格梁，这两个方向的梁通常是等高的，不分主次梁，一般称这种双向梁为井字梁。
(2)能形成规则的梁格，顶棚较美观。常用的梁格布置形式有:正交正放、正交斜放、斜交斜放等。
(3)比一般梁板结构具有较大跨高比，较适用于受层高限制且要求大跨度的建筑。
3 大跨度井字梁结构挠度设计
3.1工程概况
某220kV室内变电站，建筑高度28.5m，采用框架结构，其主变室为单层20×20m的大空间，不允许设任何墙柱。为此初设时考虑无粘结部分预应力混凝土井字梁结构，但因费用相对较高，施工复杂，且施工总承包单位没有能力施工，故要求改为普通钢筋混凝土井字梁结构。
3.2 挠度控制及计算
大跨普通钢筋混凝土井字梁结构设计的一个突出问题就是挠度问题。
《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010规定L0>9m 时，无论屋盖楼盖，挠度应?L0/300，但使用上对挠度有较高要求的构件应?L0/400(L0为计算跨度)。
本工程若按L0/300 控制，其容许挠度值[v]=66mm;若按L0/400控制，其容许挠度值[v]=50mm。这么大的挠度，作为屋盖，将来要靠面层来找平，既不经济，又增加了板面自重，自重增加又增大了梁的挠度;还可能导致屋面积水，积水的重力增大挠度，挠度的增大又增加了积水，形成恶性循
环。因此大跨结构必须严格控制挠度，考虑起拱后的挠度应该是零或反拱。在目前计算方法尚不准确的情况下，设计思想应该是宁肯起拱过大造成反拱，也不能出现下挠，尤其是对屋面，只要结合找坡与排水使用允许起拱尽量大一些。
大跨度结构一般都采取预先起拱措施，以解决挠度过大的问题，过去由于施工时使用木架支撑，木架竖向变形较大，造成模扳下挠而削减了一部分反拱，所以起拱值往往考虑比设计值偏大。这给地面找平施工带来困难。现施工单位一般使用钢管支模，模扳变形小，按设计要求起拱能得到保证。本工程井字屋盖的长期计算挠度控制在跨度的1/800以内，要求施工起拱值65mm，挠度控制为-L0/800(即上拱25mm)，这样既利于屋面施工及排水，又不影响使用。
目前在一些结构设计资料中谈到计算的挠度与实际工程实测的挠度相差很大，如文献[2]中井字梁考虑了翼缘的作用，挠度计算与实验数据符合较好，而文献[2]中，井字梁在挠度计算中梁刚度的取值均没有考虑现浇板作为梁的翼缘的作用，其计算挠度8.87mm，实测4.30mm，比计算小一半。文献[3]中采取梁先浇板后浇的作法，其浇板前的挠度实测值与计算值基本相符。因此，本设计将现浇板作为梁的上翼缘，分别按《混凝土结构设计规范》和《混凝土密肋及井式楼盖设计手册》介绍的方法计算并与未考虑翼缘的TBSA的结果比较，其中楼面井字梁的计算结果见表1。
3.3 边框架梁刚度对挠度影响
井字梁和边框架梁的节点习惯上采用铰接处理，释放了井字梁支座弯矩，使跨中弯矩增大，从而增大挠度;而边梁的竖向位移也对井字梁产生
影响。因此边框架梁的刚度仍要足够大，并采取相应的构造措施。若采用刚接节点，边框架梁需进行抗扭强度和刚度 计算。边框架梁的截面高度大于或等于井字梁的截面高度，并最好大于井字梁高度的 20%,30%。对于边梁截面高度的选取，应按单跨梁的规定执行，一般可取h=L/8,L/12(L为边梁跨度)。边框架梁截面的增大，可提高其抗扭刚度，对井字梁弯矩调幅有一定贡献。
4结论
综上所述，通过对大跨度井字梁结构设计中挠度问题进行分析，得到以下几个方面的结论:
(1)井字梁挠度计算时，为减小误差，应考虑板作为梁的翼缘，按T形截面计算，否则误差太大。
(2)井字梁挠度设计时，应适当增大边框架梁的刚度，其对挠度设计有一定贡献。
(3)普通钢筋混凝土井字梁的起拱与预应力梁因张拉力引起的反拱有很大的区别，应引起足够的注意。
对于预应力梁，因张拉力引起的反拱与因竖向荷载引起的下挠都随时间同步增长，若短期基本相抵，长期也基本相抵;对于普通钢筋混凝土梁，仅竖向荷载引起的下挠随时间增长(约为短期的3倍)，而起拱一旦浇灌混凝土即不能再调大，导致拆模时即使上拱很大，几年后则仍可能下挠明显。因此，靠起拱解决混凝土梁的挠度问题时，模板的起拱，只要容许即应尽可能大。梁高也不宜过小。
(3)大跨结构仅按规范控制挠度与跨度之比是不够的。目前规范仅
对挠度与跨度之比有一个限值1/ 300或1/400，这对于一般跨度是合适的，而对大跨结构，建议以控制其下挠值为主。
(4)按目前资料，实测挠度都小于计算挠度，故只要计算挠度满足要求，实际工程不会出现刚度问题。
参考文献:
[1] 殷雪华.阐述预应力混凝土结构设计存在的问题[J].城市建设理论研究，2013(39)
[2] 程琛，柳炳康. 预应力混凝土框架梁拱度计算与实测分析[J].工程与建设，2008(06).
[3] 霍焕德，马玉珍.《后张预应力混凝土设计手册》.
[4] 李培林，吴学敏.《混凝土密肋及井式楼盖设计手册》.
[5]《混凝土结构设计规范》GB50010-2010.
浙公网安备 33021202002483