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【摘 要】井字梁结构是一种空间受力体系，在工业与民用建筑中有着较为广泛的应用，这种结构为交叉梁系，受力合理，能够满足大柱网、大跨度的设计要求。同时，这种结构形式能给人一种美观、舒适的感觉，较容易满足建筑装修和装饰的要求。下面本文对井字梁的结构设计进行了要点分析。
【关键词】井字梁；结构设计；截面
一、前言
井字梁是由同一平面内相互正交或斜交的梁所组成的结构构件，井字梁是不分主次、高度相当、同位相交、呈井字型布置的梁。一般用在单跨较大的正方形楼、屋面板或者长宽比小于1.5 的矩形楼、屋面板中。当楼、屋面板单跨跨度较大时，板厚相应也随之变大。但是，由于板厚的增加导致自重加大，而板下部受拉区域的混凝土往往被拉裂不能参与工作，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，一般称这种双向梁为井字梁。
二、井字梁结构设计中的要点
1、井字梁的截面设计
井字梁的截面选择是设计的关键问题之一。在井字梁结构的设计和计算中，梁截面的选择是设计人员首先要解决的问题，即使上机计算，也要先确定梁的截面。众所周知，梁截面选择的合适与否，直接关系到结构本身的安全性、经济性。所以寻找一种简便、适用的选择梁截面的方法是必要的。由于井字梁结构的跨度一般较大，承受的板面荷载较大，而梁的弯矩相对于一般的独立梁较小，截面配筋量较同跨度的简支梁也要小，截面尺寸往往由挠度来控制。以往参考单跨梁的计算方法，尺寸难以掌握，而且对结构挠度也缺乏量的概念。所以，设计人员仅从配筋率的大小，凭经验确定截面，自然会出现不满足挠度要求或梁截面过大的现象，这也是井字梁的特点之一。由于混凝土结构所用材料相对于钢材强度较低，故构件截面尺寸较大，使用阶段的应变较小。因而，混凝土结构的总体刚度较大，绝对变形小，难于考虑到的有利因素较多，对挠度形成一定的储备，使得因刚度不足引起事故的现象相对较少，也使一些设计人员麻痹大意，注重配筋量与承载力极限状态，而忽略刚度、正常使用极限状态。当井字梁的两跨尺寸确定后，梁的截面尺寸不仅与荷载、而且与梁格的间距、跨度，以及边界条件等多个设计因素有关，所以应综合考虑各种因素，确定安全、经济、合理的截面。
2、井字梁结构的布置
井字梁结构的布置不仅体现井字梁楼盖体系在两个方向的传力关系，也影响周边结构的受力大小。通常梁系布置时应遵从以下布置原则：①优先采用偶数布置：周边环梁受力大小与井字梁的布置关系密切，当井字梁采用偶数布置时，周边支撑环梁受力较合理；②优先采用双向相同的井字布置：双向相同的井字布置是指两方向的梁格间距布置相同和两方向井字梁线刚度相同。井字楼、屋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。
井字梁结构的布置一般有以下五种：①正向井字梁：井字梁的方向与楼、屋盖板矩形平面两边相平行。正向井字梁宜用于长边与短边之比≤1.5的平面，且长边与短边尺寸越接近越好；②斜向井字梁：当楼、屋盖矩形平面长边与短边之比>1.5≤2时，为提高各项梁承受荷载的效率，宜将井字梁斜向布置。该布置的结构平面中部双向梁均为等长度等效率，与矩形平面的长度无关。当斜向网格梁用于长边与短边尺寸较接近的情况，平面四角的梁短而刚度大，对长梁起到弹性支承的作用，有利于长边受力。为构造及计算方便，斜向梁的布置应与矩形平面的纵横轴对称，可以是正交或斜交，因此斜向矩形网格对不规则平面有较好的适应性。③三向井字梁：当楼盖或屋盖的平面为三角形或六边形时，可采用三向网字梁。这种布置方式具有空间作用好、刚度大、受力合理、可减小结构高度等优点。④设内柱的井字梁：当楼、屋盖采用设内柱的井字梁时，一般情况沿柱网双向布置主梁，再在主梁网格内布置次梁，主次梁高度可以相等也可以不等。⑤有外伸悬挑的井字梁：单跨简支或多跨连续的井字梁板有时可采用有外伸悬挑的井字梁，这种布置方式可减少网格梁的跨中弯矩和挠度。
3、井字梁结构的构造设计
井字楼、屋盖板应根据梁间距大小而采用不同方法进行计算，当梁间距≤1.25m时，可近似地按双向板计算，将梁高折算成板的厚度；而当梁间距 >1.25m时，则应按井字梁计算。建筑物采用井字梁楼、屋盖时其平面结构跨度宜为8～24m，并且应尽量保证两向跨度相等或相近，对于正向井字梁楼、屋盖其长短向跨度比应≤1.5，当不能保证该比值时则应在跨中部分加设大梁或采用斜向井字梁体系；为了尽量避免或减小井字梁楼、屋盖混凝土产生收缩裂缝，楼、屋盖混凝土强度不宜过高，但为了保证其强度，混凝土强度等级也不应低于C20，当跨度较大时应采用C30。井字梁与结构支撑体系边梁的节点宜采用铰接节点，同时要保证边梁有足够的刚度，设计中若必须采用刚接节点，则必须计算边梁的抗扭强度和刚度，同时最好使边梁高度比井字梁高度高出20%～30%；与柱连接的井字梁应按照框架结构考虑，若计算中梁截面不足，则应适当增大梁宽而保证梁高不变；井字梁设计时应按照弹性方法计算，并保证其挠度值控制在L/300～L/400以内。
4、井字梁结构的计算
井字梁结构是一种高次超静定结构，使用结构力学中严密的数学解法遇到的困难较大，一般采用数值法和近似法进行分析计算。在实际的工程设计中，对于超静定次数较少或具有对称性的井字梁结构，可用力法求解；当井字梁结构中梁的布置以及边界条件和手册中一致时，可用查表法进行设计；当不满足上述条件时，一般需用计算机程序进行计算。在井字梁结构设计中，困扰设计人员最主要的问题是对井字梁结构的传力过程不清楚，计算内力困难；另外，对井字梁结构的截面尺寸选择感觉无规律可循，凭经验的居多。一些设计人员参照简支梁的做法，取跨度的某一值作为井字梁的高度，这显然不够合理。某些设计人员计算井字梁支座处反力时往往仅将该梁最大剪力作为井字梁支座处反力，而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相比是不能忽略的，在基础设计中特别是采用浅基时这部分荷载对基础的影响更大，并在很大程度上影响基础的安全性。再有，在井字梁交叉点处没有必要设置吊筋来承担井字梁之间所传递的集中荷载，但应保证在井字梁交叉处外梁侧设置箍筋。
5、井字梁结构设计中的注意事项
井字梁的配筋方式与一般梁的配筋方式相同，但在设计中必须注意以下几点：①在两个方向梁交点的格点处，短跨度方向梁下面的纵向受拉钢筋应放在长跨度方向梁下面的纵向受拉钢筋的下面，这与双向板的配筋方向相同。②在两个方向梁交点的格点处不能看成是梁的一般支座，而是梁的弹性支座，梁只有在两端支承处的两个支座。当箍筋不能满足端部剪力的前提下，把端部最大剪力值减去箍筋承担的剪力。余下的剪力，采用增加弯起鸭筋来解决，对鸭筋的构造要求，由端部支座内边到第一排钢筋弯起点的距离不应小于50mm。③由于两个方向的梁并非主、次梁结构，所以两个方向的梁在格点处不必设附加横向钢筋。但是在格点处，两个方向的梁在其上部应配置适量的构造负钢筋，不宜少于2 根Ф12，以防止在荷载不均匀分布时可能产生的负弯矩，这种负钢筋一般相当于其下部纵向受拉钢主筋截面积的 1/4～1/5。
三、结语
总之，井字梁能给建筑提供较大空间，在工业与民用建筑中被广泛应用。井字梁结构属于复杂的空间受力体系，并且一般其跨度较大，由于其结构复杂，所以在设计过程中对于经常出现的问题应谨慎对待，确保设计的合理性和安全性。
参考文献：
[1]中国有色工程设计研究总院.混凝土构造手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.
[2]陈增开.关于井字梁机构设计中的几个问题[J].浙江水利水电专科学报，2001，13（3）.
[3]徐归玉.钢筋混凝土井字梁楼盖设计的几点体会[J].科技资讯，2008，（27）.
【关键词】井字梁；结构设计；截面
一、前言
井字梁是由同一平面内相互正交或斜交的梁所组成的结构构件，井字梁是不分主次、高度相当、同位相交、呈井字型布置的梁。一般用在单跨较大的正方形楼、屋面板或者长宽比小于1.5 的矩形楼、屋面板中。当楼、屋面板单跨跨度较大时，板厚相应也随之变大。但是，由于板厚的增加导致自重加大，而板下部受拉区域的混凝土往往被拉裂不能参与工作，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，一般称这种双向梁为井字梁。
二、井字梁结构设计中的要点
1、井字梁的截面设计
井字梁的截面选择是设计的关键问题之一。在井字梁结构的设计和计算中，梁截面的选择是设计人员首先要解决的问题，即使上机计算，也要先确定梁的截面。众所周知，梁截面选择的合适与否，直接关系到结构本身的安全性、经济性。所以寻找一种简便、适用的选择梁截面的方法是必要的。由于井字梁结构的跨度一般较大，承受的板面荷载较大，而梁的弯矩相对于一般的独立梁较小，截面配筋量较同跨度的简支梁也要小，截面尺寸往往由挠度来控制。以往参考单跨梁的计算方法，尺寸难以掌握，而且对结构挠度也缺乏量的概念。所以，设计人员仅从配筋率的大小，凭经验确定截面，自然会出现不满足挠度要求或梁截面过大的现象，这也是井字梁的特点之一。由于混凝土结构所用材料相对于钢材强度较低，故构件截面尺寸较大，使用阶段的应变较小。因而，混凝土结构的总体刚度较大，绝对变形小，难于考虑到的有利因素较多，对挠度形成一定的储备，使得因刚度不足引起事故的现象相对较少，也使一些设计人员麻痹大意，注重配筋量与承载力极限状态，而忽略刚度、正常使用极限状态。当井字梁的两跨尺寸确定后，梁的截面尺寸不仅与荷载、而且与梁格的间距、跨度，以及边界条件等多个设计因素有关，所以应综合考虑各种因素，确定安全、经济、合理的截面。
2、井字梁结构的布置
井字梁结构的布置不仅体现井字梁楼盖体系在两个方向的传力关系，也影响周边结构的受力大小。通常梁系布置时应遵从以下布置原则：①优先采用偶数布置：周边环梁受力大小与井字梁的布置关系密切，当井字梁采用偶数布置时，周边支撑环梁受力较合理；②优先采用双向相同的井字布置：双向相同的井字布置是指两方向的梁格间距布置相同和两方向井字梁线刚度相同。井字楼、屋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。
井字梁结构的布置一般有以下五种：①正向井字梁：井字梁的方向与楼、屋盖板矩形平面两边相平行。正向井字梁宜用于长边与短边之比≤1.5的平面，且长边与短边尺寸越接近越好；②斜向井字梁：当楼、屋盖矩形平面长边与短边之比>1.5≤2时，为提高各项梁承受荷载的效率，宜将井字梁斜向布置。该布置的结构平面中部双向梁均为等长度等效率，与矩形平面的长度无关。当斜向网格梁用于长边与短边尺寸较接近的情况，平面四角的梁短而刚度大，对长梁起到弹性支承的作用，有利于长边受力。为构造及计算方便，斜向梁的布置应与矩形平面的纵横轴对称，可以是正交或斜交，因此斜向矩形网格对不规则平面有较好的适应性。③三向井字梁：当楼盖或屋盖的平面为三角形或六边形时，可采用三向网字梁。这种布置方式具有空间作用好、刚度大、受力合理、可减小结构高度等优点。④设内柱的井字梁：当楼、屋盖采用设内柱的井字梁时，一般情况沿柱网双向布置主梁，再在主梁网格内布置次梁，主次梁高度可以相等也可以不等。⑤有外伸悬挑的井字梁：单跨简支或多跨连续的井字梁板有时可采用有外伸悬挑的井字梁，这种布置方式可减少网格梁的跨中弯矩和挠度。
3、井字梁结构的构造设计
井字楼、屋盖板应根据梁间距大小而采用不同方法进行计算，当梁间距≤1.25m时，可近似地按双向板计算，将梁高折算成板的厚度；而当梁间距 >1.25m时，则应按井字梁计算。建筑物采用井字梁楼、屋盖时其平面结构跨度宜为8～24m，并且应尽量保证两向跨度相等或相近，对于正向井字梁楼、屋盖其长短向跨度比应≤1.5，当不能保证该比值时则应在跨中部分加设大梁或采用斜向井字梁体系；为了尽量避免或减小井字梁楼、屋盖混凝土产生收缩裂缝，楼、屋盖混凝土强度不宜过高，但为了保证其强度，混凝土强度等级也不应低于C20，当跨度较大时应采用C30。井字梁与结构支撑体系边梁的节点宜采用铰接节点，同时要保证边梁有足够的刚度，设计中若必须采用刚接节点，则必须计算边梁的抗扭强度和刚度，同时最好使边梁高度比井字梁高度高出20%～30%；与柱连接的井字梁应按照框架结构考虑，若计算中梁截面不足，则应适当增大梁宽而保证梁高不变；井字梁设计时应按照弹性方法计算，并保证其挠度值控制在L/300～L/400以内。
4、井字梁结构的计算
井字梁结构是一种高次超静定结构，使用结构力学中严密的数学解法遇到的困难较大，一般采用数值法和近似法进行分析计算。在实际的工程设计中，对于超静定次数较少或具有对称性的井字梁结构，可用力法求解；当井字梁结构中梁的布置以及边界条件和手册中一致时，可用查表法进行设计；当不满足上述条件时，一般需用计算机程序进行计算。在井字梁结构设计中，困扰设计人员最主要的问题是对井字梁结构的传力过程不清楚，计算内力困难；另外，对井字梁结构的截面尺寸选择感觉无规律可循，凭经验的居多。一些设计人员参照简支梁的做法，取跨度的某一值作为井字梁的高度，这显然不够合理。某些设计人员计算井字梁支座处反力时往往仅将该梁最大剪力作为井字梁支座处反力，而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相比是不能忽略的，在基础设计中特别是采用浅基时这部分荷载对基础的影响更大，并在很大程度上影响基础的安全性。再有，在井字梁交叉点处没有必要设置吊筋来承担井字梁之间所传递的集中荷载，但应保证在井字梁交叉处外梁侧设置箍筋。
5、井字梁结构设计中的注意事项
井字梁的配筋方式与一般梁的配筋方式相同，但在设计中必须注意以下几点：①在两个方向梁交点的格点处，短跨度方向梁下面的纵向受拉钢筋应放在长跨度方向梁下面的纵向受拉钢筋的下面，这与双向板的配筋方向相同。②在两个方向梁交点的格点处不能看成是梁的一般支座，而是梁的弹性支座，梁只有在两端支承处的两个支座。当箍筋不能满足端部剪力的前提下，把端部最大剪力值减去箍筋承担的剪力。余下的剪力，采用增加弯起鸭筋来解决，对鸭筋的构造要求，由端部支座内边到第一排钢筋弯起点的距离不应小于50mm。③由于两个方向的梁并非主、次梁结构，所以两个方向的梁在格点处不必设附加横向钢筋。但是在格点处，两个方向的梁在其上部应配置适量的构造负钢筋，不宜少于2 根Ф12，以防止在荷载不均匀分布时可能产生的负弯矩，这种负钢筋一般相当于其下部纵向受拉钢主筋截面积的 1/4～1/5。
三、结语
总之，井字梁能给建筑提供较大空间，在工业与民用建筑中被广泛应用。井字梁结构属于复杂的空间受力体系，并且一般其跨度较大，由于其结构复杂，所以在设计过程中对于经常出现的问题应谨慎对待，确保设计的合理性和安全性。
参考文献：
[1]中国有色工程设计研究总院.混凝土构造手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.
[2]陈增开.关于井字梁机构设计中的几个问题[J].浙江水利水电专科学报，2001，13（3）.
[3]徐归玉.钢筋混凝土井字梁楼盖设计的几点体会[J].科技资讯，2008，（27）.