基于Sap2000的井字梁设计.doc

基于Sap2000的井字梁设计【摘要】根据工程经验，确定构件截面及布置方式，使用软件Sap2000快捷、准确的计算内力和弹性挠度，进而可以完成井字梁构件的设计。在施工过程中，应特别注意井字梁的配筋构造要求，确保建筑结构安全可靠。 【关键词】Sap2000；井字梁；布置；挠度 在工业厂房多层办公建筑中，为了获得大空间，满足建筑功能需求，并达到经济、美观的目标，设计人员经常采用的结构形式就是井字梁。井字梁较一般主次梁结构，具有较大的跨高比，在满足净空的要求下，可以降低层高。纵横交错的井字梁两个方向梁截面尺寸相同，将楼盖或屋盖划分成若干正方形或接近正方形的小区格，提供天然的顶棚，造型美观。 1、井字梁初步设计 1.1井字梁的布置 应尽量调整井字梁的间距，使井字梁避开与框架柱连接。若井字梁与框架柱相连，在荷载作用下，由于两者的刚度相差悬殊，梁柱节点容易成为受力的薄弱点而导致首先破坏。当无法避开，或结构空间较大时，也可以把与框架柱相连的井字梁设计成大井字梁，其余小井字梁套在其中，形成大小井字梁相嵌的结构形式，楼面荷载从小井字梁传到大井字梁，再从大井字梁传到框架柱。 井字梁楼盖两个方向的跨度比一般要求不大于1.5，当大于1.5时，宜将楼盖设计成大小井字梁相嵌的形式。两个方向井字梁的间距可以相等，也可以不等。如果不等，两个方向的梁间距之比应满足1.02.0。综合考虑建筑和结构受力的要求，井字梁间距取值在2m3m较为经济，不宜超过3.5m。 1.2井字梁的截面尺寸 两个方向的井字梁高度应相等，一般取为短跨跨度的1/201/15。井字梁宽度一般取为梁高的1/41/3，且不小于120mm。 由边主梁支撑的井字梁楼盖，井字梁与边梁的节点宜采用铰接节点。边梁按框架梁考虑，必须满足承载力和正常使用极限状态设计，以及相应的构造措施。边梁的截面高度按单跨梁的规定执行，取跨度的1/121/8。 井字梁楼板按双向板计算，不考虑井字梁的变形，假定双向板支撑在不动支座上，最小厚度为80mm，且应大于等于较小边长的1/40。 井字梁、边梁及楼板的截面尺寸确定以后，就可以进行计算分析，根据计算结果，可以对所选截面进行调整。 2、井字梁计算 井字梁的计算通常采用查表的方法进行，表格只能计算有限的m×n的井字梁形式，且每边的井字梁的间隔必须相等，在实际工程中，往往很难达到，只能近似，并且井字梁布置也受到限制，这给计算带来很大不便，直接影响计算结果的可靠性。 Sap2000是一个集成化的通用结构分析与设计软件，在世界范围内广泛应用，是土木结构工程最有效和最实用的软件。它采用独特的图形操作界面，利用面向对象的操作方式建模，可以方便的建立各种复杂的结构模型，且集荷载计算、静力分析、线性和非线性计算等所有计算分析于一体，容纳了最新的静力、动力、线性和非线性的分析技术，计算快捷，分析结果合理可靠，其权威性和可靠性得到了国际上业界的一致肯定。目前，Sap2000已将中国规范纳入其中，给中国的结构设计提供了新平台。它解决了查表计算方法存在的问题，井字梁布置方便灵活，计算速度快，计算结果可靠性高。 在Sap2000建模过程中，使用线单元中的框架单元来模拟梁柱，使用面单元中的壳薄壳单元模拟楼板。本工程中楼板平面布置规则，楼板没有过大面积的开洞，指定不同隔板束缚到每个不同的Z高度处，实现规范中的楼板平面内无限刚性的假定。释放井字梁梁端弯矩33实现井字梁与边梁的铰接。 根据混凝土结构设计规范，混凝土受弯构件的最大挠度应按准永久值组合，并应考虑荷载的长期作用的影响进行计算。计算值不超过规定的挠度限制。根据建筑结构荷载规范可得到各可变荷载的准永久值系数。 根据Sap2000计算分析结果，可以进行井字梁的承载力极限状态设计，同时根据构件弹性挠度、塑性挠度、考虑荷载长期作用影响的长期刚度B和梁截面抗弯刚度的关系，即可求得井字梁的塑性挠度。 3、井字梁配筋构造要求 井字梁上、下部纵筋均短跨在下，长跨在上；短跨梁箍筋在两个方向梁相交范围内通常设置；相交处两侧各附加3道箍筋，间距50mm，箍筋直径和根数同梁内箍筋。 两个方向梁相交的格点处是梁的弹性支座，每边梁下面的纵向受拉钢筋不能在格点处断开，应直通两端支座。当钢筋不够长时，梁下部钢筋连接位置宜位于支座ln/4范围内，且在同一连接区段内钢筋接头面积百分率不宜大于50%。 4、工程实例 重庆某化验楼顶层有10.8m×14.7m的大空间结构，功能为大会议室。根据井字梁布置原则和截面尺寸要求，确定：井字梁截面为200mm×700mm，边梁截面为300mm×900mm，井字梁布置避开柱位详见图1。井字梁区格为4×6，横向井字梁间距为2400mm×3+2500 mm×3。这种井字梁布置方式合理，但是通过查表无法计算其内力和挠度值。而Sap2000模型中构件布置方便灵活，且计算结果合理可靠。 根据混凝土结构设计规范允许挠度值f=ln/400 =10800/400=27mm，允许裂缝宽度0.30mm。根据Sap2000计算分析结果，弯矩M=102kN*m，弹性挠度fE=8.86mm。在弯矩和弹性挠度相同下，配筋方式的不同，对正常使用极限状态的影响详见表1： 从上表可知： 1）井字梁的配筋面积主要由塑性挠度控制。 2）由情况3和5得知上部钢筋取下部钢筋面积的1/3，或上下部钢筋面积相同，这两种配筋方式都能满足结构设计要求。 5、总结 根据以往经验，确定井字梁、边梁和楼板截面并合理布置井字梁，使用有限元结构设计软件Sap2000计算杆件内力和弹性挠度，进而可以完成井字梁设计。在施工过程中，应特别注意井字梁的配筋构造要求，确保建筑结构安全可靠。 参考文献 1欧国华.井字梁设计施工中的常见问题探讨J.新疆有色金属，2009，5：99-102. 2吴吉亭，苑大欣.浅谈井字梁的设计J.房材与应用，2006，2：18-19. 3侯晓宁，朱宝贵，魏振华，杜会柱.钢筋混凝土井字梁设计中的常见问题J.河南建材用，2010，3：42-43. 4于洪波.井字梁设计的一些体会J.林业科技情报，2010，13：74-76. 5北京金土木软件技术有限公司，中国建筑标准设计研究院.SAP2000中文版使用指南M.人民交通出版社，2006. 611G101-1，混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图S. 7GB 50009-2012，建筑结构荷载规范S. 8GB 50010-2010，混凝土结构设计规范S.5