大型汽车荷载下主次梁与井字梁的经济性比较

张国顺

湖南省交通规划勘察设计院

大型汽车荷载下主次梁与井字梁的经济性比较

张国顺

湖南省交通规划勘察设计院

当前，随着各种大型商厦、停车楼、物流集散中心的兴建，要求设计人员必须根据建筑功能、环境条件有目的地选择梁板结构。本文首先论述了主次梁与井字梁的结构特点、设计要点，其后就具体实例分析了大型汽车荷载下主次梁与井字梁的经济性比较，以保证建筑结构设计的合理性。

主次梁；井字梁；汽车荷载

1 前言

随着城市的发展，建筑形式的变化，对于能承受大型汽车荷载作用的结构需求逐渐增多，梁板不仅是建筑结构中重要的组成部分，而且其费用占建设工程总费用的比例很高。同时，梁高度越小，房屋的净高就越高，在有限的高度内使建筑的层数增多，带来很大的经济效益。因此，基于经济分析的主次梁与井字梁的结构选型具有重要的实际意义。

2 主次梁与井字梁的结构特点

2.1 井字梁结构的特点；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拉裂不能参加工作，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，合理的共同工作。这样双向板就变成为在两个方向形成井字梁的区格梁，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，因此井字梁没有明确的传力路径，其受力及变形性质与双向板相似，能形成规则的梁格，顶棚较美观，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。

2.2 主次梁结构的特点；从受力特点上来考虑；荷载从板传到次梁再从次梁传到主梁，再由主梁传到柱子上，受力合理、有明确的传力路径，主梁是承担整个建筑物的结构安全的主要骨架，是满足强度和稳定性要求的必须构件，它更侧重强度要求，当跨度较大时，一般主梁梁高会比较高。次梁则是为了满足建筑要求（如功能区划分）及主梁、柱等的有效连接而设的次要骨架，它更侧重构造要求。

3 主次梁与井字梁结构设计要点

3.1 主次梁结构设计要点

从广义上看来，主次梁传力途径如下：楼面荷载通过较薄单向板传至次梁→次梁通过受弯传至主梁→主梁传至柱。支承、荷载传递过程中，主、次梁弯曲变形Δi均与其各自所承担弯矩Mi、自身跨度平方l2i呈正比关系，与弹性模量E、弯曲平面内截面惯性矩Ii呈反比关系。

主次梁结构设计要求如下：（1）建筑功能方面，要求主次梁所占结构空间高度越小越好，即通过合理调整主、次梁跨度，最大限度地实现主、次梁所需截面高度一致；（2）结构性能方面，要求主梁弯曲变形满足规范允许挠度，以次梁弯曲变形的1/2～1/3范围内为宜，同时需具备足够抗扭刚度。

基于上述分析可知，主次梁结构设计要点包括：（1）柱网以矩形为宜，以短跨为主梁、长跨为次梁，短跨、长跨比例小于0.75较为经济，通常取值为0.65～0.7，如此设计出来的主、次梁截面高度能协调一致，楼盖结构高度最小；（2）主、次梁底取平，既经济又美观，一般情况下可不加吊顶。

3.2 井字梁结构设计要点

井字梁结构设计要点包括：（1）若是柱位在井字梁的四周林立，需对井字梁的间距进行适度调整，有效避开柱位，避免影响美观。靠近柱位区格板必须进行加强处理，若是无法避开，可采取大小井字梁相嵌结构。（2）当井字梁两个方向跨度不等时，必须合理控制长、短跨度比不超过1.5，若是跨度比为1.5～2，需在长向跨度的中部布设大梁，形成2个井字梁体系，井字梁可采取45°对角线斜向布置的方式，现浇板、井字梁相连，梁扭转变形得到约束，以计算机程序对井字梁结构进行计算。（3）根据建筑要求、结构的平面尺寸确定梁格间距，一般取跨度1/12～1/6，不宜超过4m，综合考虑刚度、经济指标相关要求。（4）与柱相连的井字梁、边梁需按框架梁进行考虑，达到抗震受力要求、相关构造要求。若是梁截面的尺寸不够，在梁高不变的情况下，适当增加梁宽。

4 工程概况

本次分析比较主要是根据一个实际工程展开，工程为；海逸智能物流中心一期建设项目4#仓储配载楼，建筑高度27.6m，层高2*7.8m+2*6m，建筑面积13763m2。采用框架结构体系，基础形式：桩基础。本建筑柱网尺寸为9m×12m，其中配载楼二层允许大型汽车驶入进行装载及卸货，车辆行驶与短跨平行。柱网布置如下图所示：

5 模型计算

主次梁与井字梁两种结构布置形式均采用SATWE软件进行计算，盈建科软件进行复核，采用空间杆单元模拟梁、柱杆件，楼板的假定为刚性楼板考虑（即不考虑平面内和平面外的刚度），与楼层梁常规计算方法相同。

其中配载楼二层进大型汽车部分;输入模型时，分恒载、活载输入，楼面恒荷载3.0kPa，输入活荷载时，计算板时的等效活载取60 kPa，计算次梁时的等效活载取26KPa，计算主梁以及柱子时的等效活载取20KPa，

混凝土强度；C40，钢筋级别为HPB300、HRB400。

6 主次梁与井字梁经济性比较；

主次梁与井字梁截面参数表；

表1 主次梁与井字梁截面参数

主次梁井字梁9m×12m 9m×12m 500×1000 500×1300 500×1500 3m 150mm 500×1300 500×1000 400×800 3m×4m 130mm

主次梁与井字梁经济性比较结果：

表2 主次梁与井字梁截面参数

7 结论

从表中可知，井字梁结构布置形式每平米材料总造价比主次梁结构布置形式高百分之1.6%，差别不大。本工程配载楼首层层高7.8m，梁高对净空影响相对较小，因此井字梁梁高较小的优势得不到发挥，并且次梁较多，模板支设加多，工期有所增长，而在主次梁的布置上，次梁搭在短跨主梁上，结构受力合理、传力明确、结合施工方面主次梁布置更有优势，综合造价减少，故本工程最终采用了主次梁的结构布置。

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[2]张连国,赵焱,张忠明.既有建筑屋盖改造与综合对比分析[J].低温建筑技术,2013,35(7):90～92.

[3]赖岩松,袁桂泉,朱玲玲.浅谈不同楼盖方案对多层标准厂房造价的影响[J].常州工学院学报,2007,20(6):7～9.

张国顺（1984.11-），男，本科，工程师，主要从事建筑结构方面设计工作。