雒成焱

（甘肅省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

隨著社會的發(fā)展，對建筑無柱大空間的需求越來越多，而實現(xiàn)這種大空間的結(jié)構(gòu)方法也是多種多樣，如網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、型鋼混凝土主次梁結(jié)構(gòu)、預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、普通混凝土井字梁結(jié)構(gòu)等。這些豐富多樣的大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)形式各有優(yōu)缺點，其中普通混凝土井字梁結(jié)構(gòu)是一種施工難度小、且能承擔較大屋面荷載的最常見的屋蓋形式[1]。位于高烈度區(qū)（8 度0.3g）的井字梁結(jié)構(gòu)一般抗震等級高、截面及配筋也比較大，跨度大于20m 的較少。本文結(jié)合25m×25m 的井字梁屋蓋，通過對井字梁的不同布置方式、計算參數(shù)的選取進行分析調(diào)整，通過減輕自重的方式減小配筋，使得結(jié)構(gòu)更加安全可靠、經(jīng)濟合理，對位于高烈度區(qū)的類似工程提供一定的借鑒作用。

1 工程概況

本項目位于甘肅省天水市麥積區(qū)全國養(yǎng)老示范基地，為基地內(nèi)一地上2 層地下1 層的結(jié)構(gòu)單元，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。內(nèi)設(shè)25m×25m 的方形宴會廳，層高7.8m；25m×25m 的八角形多功能教室，層高5.1m。宴會廳屋面為種植屋面，上有約0.5m 厚覆土；多功能教室屋面為上人屋面，且人員集聚的可能性較大。計算模型如圖1 所示。

圖1 結(jié)構(gòu)單元空間模型示意圖

該結(jié)構(gòu)單元抗震設(shè)防分類標準為重點設(shè)防類，結(jié)構(gòu)安全等級為一級，設(shè)計使用年限50 年?？拐鹪O(shè)防烈度為8 度，地震加速度為0.30g，地震分組為第二組，特征周期0.40s，場地類別Ⅱ類，基本雪壓0.20kN/m2，基本風壓為0.35kN/m2?？拐鸬燃墳榭蚣芤患墸罂臻g部位局部單跨的抗震等級為框架特一級。

2 屋蓋井字梁設(shè)計

2.1 井字梁布置

常見的井字梁布置方式有正交正放井字梁、斜交斜放井字梁、三向井字梁等。

本工程宴會廳大屋蓋采用正交正放井字梁，分別采用一般井字梁（方案1）和大井字套小井字梁（方案2）布置對比，詳見圖2，圖3。一般井字梁方案梁截面均為0.40m×1.65m；大井字套小井字梁方案中大井字梁為0.60m×1.65m，小井字梁為0.25m×0.60m；板厚均0.2m；梁格尺寸均為2.8m×2.8m；大屋蓋周邊柱截面為1.2m×1.2m；混凝土強度等級采用C40。

圖2 一般井字梁（方案1）示意圖

圖3 大井字套小井字梁（方案1）示意圖

2.2 結(jié)構(gòu)計算與分析

結(jié)構(gòu)計算采用YJK 軟件進行計算[2]。因本工程屋蓋跨度大，局部有錯層且平面布置不規(guī)則，故兩種方案計算時均考慮偶然偏心（偏心率為0.05），考慮雙向地震作用，考慮豎向地震作用并計算最不利地震方向的地震作用。由于梁柱尺寸較大，計算時考慮梁端剛域的有利影響。兩種方案的計算結(jié)果見表1。

表1 結(jié)構(gòu)計算對比表

計算結(jié)果表明，兩種方案均能滿足結(jié)構(gòu)安全要求，方案1 底部剪力明顯大于方案二，這是由于方案1 樓蓋自重較大引起的。方案1 優(yōu)點：無明顯主次梁關(guān)系，各網(wǎng)格梁相互約束作用明顯，受力較均勻，樓蓋整體性好，剛度大，撓度及裂縫較??；方案1缺點：結(jié)構(gòu)自重大，混凝土用量及鋼筋用量大，屋蓋邊梁受力大，截面及配筋很大。方案2 優(yōu)點：自重較小，小井字梁截面及配筋小，屋蓋邊梁受力小，截面配筋也小，施工簡便，造價低；方案2 缺點：大井字梁與小井字梁形成明顯的主次梁關(guān)系，導致大井字梁受力大，縱筋配筋很大，且在不對稱荷載作用下大井字梁受扭明顯，撓度及裂縫相對方案1 大。各方案建材用量（僅為屋蓋層）對比見表2。綜合分析后，最終采用方案2，結(jié)構(gòu)自重小，造價低，小井字梁范圍內(nèi)建筑凈空大，適用性好。

表2 方案1 與方案2 屋蓋層建材用量對比表

2.3 屋蓋中震下不屈服復核計算

本工程為乙類建筑，結(jié)構(gòu)計算時對井字梁及相鄰的支撐構(gòu)件按中震下正截面和斜截面均不屈服進行復核計算，荷載效應(yīng)采用標準組合，材料強度取標準值[3-5]。經(jīng)復核，截面尺寸滿足要求，配筋有所增大，其中大井字梁配筋增大明顯，小井字梁配筋增幅很小，總體配筋增大約8%，施工圖設(shè)計時按小震彈性和中震不屈服包絡(luò)設(shè)計。

3 屋蓋井字梁加強措施

大跨度屋蓋由于其力學性能所限，其對地震作用敏感，內(nèi)部多余約束較少，抗豎向荷載和水平作用的能力較差，抗連續(xù)倒塌能力差，個別構(gòu)件有缺陷會導致嚴重安全事故，甚至屋蓋垮塌，而在計算中很難全面考慮這些不利因素，因此在施工圖設(shè)計時對一些關(guān)鍵構(gòu)件要采取必要的加強措施[6]。本工程采用的加強措施如下：

（1）對單跨部位的大井字梁，適當增大梁底配筋，箍筋全長加密加粗，以增大梁的延性和抗剪能力。

（2）對四周支撐屋蓋的框架柱，箍筋全高加密，并在柱中心設(shè)置芯柱。

（3）井字梁邊梁截面加寬，箍筋全長加密，以提高邊梁抗扭性能，增強屋蓋的整體性。

4 結(jié)論及建議

1）對于帶有覆土的大跨度屋蓋，充分考慮屋面荷載是結(jié)構(gòu)安全的首要保證。本工程覆土厚度0.5m，考慮使用過程中屋面因排水不暢導致積水的可能性很大，因此設(shè)計時屋面附加恒載按15kN/m2考慮，保證大屋蓋結(jié)構(gòu)安全。

2）大跨度混凝土屋蓋自重一般占比很大，梁內(nèi)很大一部分配筋是為了抵抗自重，因此在設(shè)計時選用的方案應(yīng)盡可能地減小自重，降低豎向地震作用。大井字梁套小井字梁是一種解決此問題的很好的方案，對本工程來講，混凝土用量可降低18.5%，鋼筋用量可降低17.8%。

3）采用大井字梁套小井字梁時，荷載通過小井字梁集中于大井字梁，因此設(shè)計要特別注意加強大井字梁的計算與構(gòu)造。

大跨度屋蓋的設(shè)計一般應(yīng)進行多方案比較，選擇相對合理的方案。一般井字梁和大井字套小井字梁各有優(yōu)缺點，選擇時要根據(jù)屋面跨度、荷載大小、地震烈度等因素選用，切不可一概而論。本文最終所采用的帶覆土的屋蓋井字梁布置形式綜合考慮了結(jié)構(gòu)的安全性、適用性，同時兼顧了經(jīng)濟性。