CN101418603B - 以磷石膏为墙体材料的钢筋砼网格式框架结构及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以磷石膏为墙体材料的钢筋砼网格式框架结构及制作方法，在制作楼层数≤15层、楼层总高度≤45m的钢筋砼建筑结构时，将钢筋砼建筑结构整个承重墙体的钢筋砼部分采用钢筋砼网格式框架结构进行制作，同时将钢筋砼建筑结构每层楼的楼盖均制作成钢筋砼密肋井字大板楼盖结构，在钢筋砼网格式框架结构的所有钢筋砼受力构件之间的空间都用磷石膏填满作为墙体，并将所有钢筋砼受力构件部分都用磷石膏包裹住，这样即制作得到以磷石膏为墙体材料的钢筋砼建筑结构。本发明具有抗剪刚度好，抗震性能强，结构自重轻，节能、保温、隔热、隔音性能好，大开间，可灵活划分居室等优点。特别适合于低、中、小高层住宅建筑和写字楼建筑。

Description

以磷石膏为墙体材料的钢筋砼网格式框架结构及制作方法

技术领域

本发明涉及一种以磷石膏为墙体材料的钢筋砼网格式框架结构及制作方法，属于低、中、小高层建筑结构技术领域。

背景技术

我国磷矿资源较丰富，四川、贵州、云南、湖南等省制造磷酸排放的磷渣(二水石膏)每年约1亿m3以上，它的大片堆场不仅侵占了大量良田好土，且造成污染，破坏环境和生态，对“可持续性发展”不利。将磷渣通过焙烧后，改变水的结晶体，形成与天然熟石膏冈性的半水石膏，俗称“磷石膏”，按粘土砖550块/m³，计算，相当粘土砖550亿块，按一般粘土砖砌体结构250块/m²计算，每年可取代粘土砖建造两亿两仟万平方米住宅。目前国内以磷石膏制作框架填充墙、内隔墙的砌块已可批量生产。提高磷石膏强度的砌块研究工作也取得突破，其强度由现有的Mu7，提高到Mu10，但其不足仍然存在：其一，为了提高强度而掺入大量加工后的矿渣，磷石膏占有1/4，且容重增大，单价提高，磷石膏利用率低；其二，我国大、中、城市建造的住宅建筑，为了节约建筑用地已经不允许建造多层住宅，一般要求小高层(12层以上)，此时砌体结构已无能为力；其三，我国地震区分布较广，采用砌体结构对抗震防灾不利。基于上述原因，如何将磷石膏充分利用建造既具有保温隔热性能(节能)，又具有较好延性和抗震性能的大开间灵活划分居室的小高层和高层节能住宅建筑的需求已迫在眉睫。而现有的钢筋砼建筑结构一般都采用常规的大柱网钢筋砼框架结构，这种常规的钢筋砼框架结构每一层每面承重墙设一根大截面积的横梁(框架梁)和两根大截面积的柱(框架柱)，因此很不适合于以磷石膏或石膏材料作为墙体。所以现有的钢筋砼建筑结构对磷石膏或石膏材料的利用并不充分，还不能满足社会的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能较多地利用磷石膏、又具有较高强度、抗震性能强、结构自重轻、并且保温节能效果好的以磷石膏为墙体材料的钢筋砼网格式框架结构及制作方法，以有利于保护环境节约土地和克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的，本发明的一种以磷石膏为墙体材料的钢筋砼网格式框架结构制作方法为：在制作楼层数≤15层、并且每层楼的层高为3～5米、楼层总高度≤45m的建筑结构时，将该建筑结构的整个钢筋砼承重墙体部分都采用钢筋砼网格式框架结构进行制作，在钢筋砼网格式框架结构的所有钢筋砼受力构件之间的空间除窗口空间外都用磷石膏填满作为墙体，并将钢筋砼网格式框架结构的所有钢筋砼受力构件部分都用磷石膏包裹住，这样即制作得到以磷石膏为墙体材料的钢筋砼网格式框架结构。

采用钢筋砼密肋井字大板楼盖作为钢筋砼网格式框架结构的楼盖，并采用磷石膏预先制作成磷石膏浇注模板作为制作钢筋砼密肋井字大板楼盖的浇注模板，使该磷石膏浇注模板与浇注成型的钢筋砼密肋井字大板楼盖为一体作为楼层的吊顶。

所述磷石膏可用石膏或脱硫石膏代替。

按照本发明的方法制作的以磷石膏为墙体材料的钢筋砼网格式框架结构为：构成建筑结构整个钢筋砼承重墙体部分的钢筋砼网格式框架结构由网格横梁及立柱相互连接成网格形状，并且在由网格横梁及立柱组成的网格内(除窗口网格外)都填充有作为墙体的磷石膏，并且钢筋砼网格式框架结构的所有网格横梁和立柱都被磷石膏包裹住。

在由钢筋砼网格式框架结构构成的每层楼层中的每面墙体上都设有3～5根网格横梁，网格横梁与网格横梁之间通过立柱连接，立柱与立柱之间的中心间隔距离大于或等于900毫米、小于或等于2100毫米，立柱的截面形状为方形或矩形，并且该矩形每边长度为180～250毫米。

在钢筋砼网格式框架结构中连接有作为楼盖的钢筋砼密肋井字大板楼盖。

在钢筋砼网格式框架结构的拐角处设有截面形状为十字型、T字型或L字型的钢筋砼壁柱。

由于采用了上述技术方案，本发明将钢筋砼网格式框架结构作为整个钢筋砼建筑结构，并采用现有的磷石膏模板兼作吊顶的钢筋砼密肋井字大板楼盖作为钢筋砼建筑结构每层楼的楼盖，将此二者结合综合应用，可建造层数n≤15层的节能型、大开间并能灵活划分居室的以磷石膏为墙体材料的低、中、或小高层住宅建筑结构。

本发明所采用的钢筋砼网格式框架结构，每一层承重墙内钢筋砼网格横梁一般为四～五道，而竖向钢筋砼立柱之间的横向间距为Z＝(900～2100)，使每榀墙每一层形成由磷石膏填充和包裹的钢筋砼网格式框架结构，其抗侧刚度和延性优于常规钢筋砼框架结构，适用于(1～15)层的低、中或小高层的各种高度的住宅建筑，在(10～15)层范围内其砼用量(23～24)cm/m²，磷石膏用量在(21～23)cm/m²，每10万平方米砼用量(23000～24000)m³，磷石膏用量也达到(21000～23000)m³。本发明将具有节能性能、价格低、制造成型方便的磷石膏取代以往的粘土砖和其他砌块，使这种变废为宝的材料充分应用，由于其容重低，结构自重也大幅度下降，从而造价亦低。本发明这种钢筋砼网格式框架结构的新型结构体系在水平荷载作用，其变形特征为“剪切型”，最大高度不宜超过15层，即楼层n≤15层，总高H≤45m，建筑物高度过大，不仅导致层间位移超过高规允许值，高度过大时，底部总剪力亦大，底部网格式框架钢筋砼立柱难以承担总剪力。本发明的这种钢筋砼网格式框架结构比常规的钢筋砼框架结构的超静定次数大很多倍，从而其塑性铰出现的数量比常规的钢筋砼框架结构大很多倍，使结构的极限承载力及结构的延性大幅度地提高。本发明的所使用的磷石膏不仅作网格内的填充墙，同时也将砼立柱，砼网格横梁全部包裹住(一般磷石膏最薄的部分有50毫米厚)无冷桥，保温隔热效果优于常规作法。因此本发明所提供的以磷石膏为墙体材料的钢筋砼建筑结构与现有技术相比，本发明不仅具有较高抗剪刚度、抗震性能强、结构自重轻、节能、保温、隔热、隔音性能好等优点，而且本发明为大开间(井字大板)，还具有能灵活划分居室的优点。本发明将工业废渣加工处理后形成的磷石膏、脱硫石膏大量应用于节能型住宅建筑，对发展循环经济具有一定的帮助。本发明特别适合于低、中、小高层住宅建筑和写字楼建筑。

附图说明

图1为本发明钢筋砼网格式框架结构为三层楼时的结构示意图；

图2为本发明钢筋砼网格式框架结构一层楼的立面结构示意图；

图3为图2有窗口部位的A-A剖视结构示意图；

图4为图2无窗口部位的B-B剖视结构示意图；

图5是现有技术的层高为3.2m、跨度为9m的三层钢筋砼框架结构节点出现塑性铰，结构为几何可变体系的结构计算简图；

图6是本发明的层高为3.2m、跨度为9m的三层钢筋砼网格式框架结构节点部份出现塑性铰，但结构仍为几何不变体系的结构计算简图；

图7是现有技术的层高为3.2m、跨度为9m的三层钢筋砼框架结构在水平荷载作用下的弯矩图；

图8是本发明的层高为3.2m、跨度为9m的三层钢筋砼网格式框架结构在水平荷载作用下的弯矩图；

图9为本发明采用的钢筋砼密肋井字大板楼盖结构示意图；

图10为本发明实施例的标准层平面结构示意图。

附图中的标记为：1-钢筋砼网格式框架结构，2-网格横梁，3-立柱，4-钢筋砼壁柱，5-钢筋砼密肋井字大板楼盖，6-磷石膏，Z-立柱与立柱之间的中心间隔距离。

图中箭头所指方向为水平荷载P的力作用方向。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的限制。

本发明的实施例1：在制作楼层数小于或等于15层、并且每层的层高为3～5米、楼层的总高度≤45m的钢筋砼建筑结构时，将该钢筋砼建筑结构整个承重墙体的钢筋砼部分采用钢筋砼网格式框架结构进行制作，同时将钢筋砼建筑结构每层楼的楼盖均制作成钢筋砼密肋井字大板楼盖结构，在钢筋砼网格式框架结构的所有钢筋砼受力构件之间的空间(除窗口空间外)都用磷石膏填满作为墙体，并将钢筋砼网格式框架结构的所有钢筋砼受力构件部分都用磷石膏包裹住，其包裹厚度控制在50毫米左右，这样即制作得到以磷石膏为墙体材料的钢筋砼建筑结构。

具体制作时，将钢筋砼建筑结构整个承重墙体的钢筋砼结构部分都制作成钢筋砼网格式框架结构1(如图1所示)，并且在钢筋砼网格式框架结构1中每层楼的楼盖都采用钢筋砼密肋井字大板楼盖5，在制作钢筋砼密肋井字大板楼盖5时，采用磷石膏预先制作成磷石膏浇注模板作为制作钢筋砼密肋井字大板楼盖5的浇注模板，并使该磷石膏浇注模板与浇注成型的钢筋砼密肋井字大板楼盖为一体作为高层建筑结构楼层的吊顶，钢筋砼密肋井字大板楼盖5的制作方法也可按照中国专利文献公布的申请号为：CN200610200092.3、发明名称为：“钢筋混凝土密肋井字大板楼盖及其制作方法”的技术方案进行实施；将钢筋砼网格式框架结构1由网格横梁2及立柱3相互连接成网格形状，在由钢筋砼网格式框架结构1构成的每层楼层中的每面墙体上都设置3～5根网格横梁2，网格横梁2与网格横梁2之间通过立柱3连接，使立柱3与立柱3之间的中心间隔距离Z大于或等于900毫米、小于或等于2100毫米，将立柱3的截面形状制作成方形或矩形，并使该矩形每边长度控制在180～250毫米的范围；制作时，为了制作拐角墙方便，可将钢筋砼网格式框架结构1的拐角处的立柱3用截面形状为十字型、T字型或L型的钢筋砼壁柱4替代；将钢筋砼网格式框架结构1的楼层数控制在≤15层的范围，其楼层总高度≤45m；同时在组成钢筋砼网格式框架结构1的网格横梁2及立柱3形成的网格内(除窗口网格外)都填充满作为墙体的磷石膏6，并且用磷石膏6将钢筋砼网格式框架结构1的网格横梁2和立柱3及所有裸露的钢筋砼受力构件都包裹住即成。所用的磷石膏也可用石膏或脱硫石膏代替。

本发明的实施例2：以某磷酸制造基地即将兴建的职工住宅建筑群(51240m²、十幢)为例：说明其建成后的结构形式和特点。

图10为该建筑群中一幢的标准层平面结构示意图，其结构组成的竖向结构为每一户的外承重墙和分户承重墙，如图2、3、4所示；其横向楼盖结构如图9所示，为每户一块用磷石膏作永久模板的钢筋砼密肋井字大板楼盖(8.4m×9.6m、8.4m×13.2m)；每幢12层一梯四户每层总面积427m²，每幢5124m²。按实施例1的方式进行实施。其结构计算简图如图6所示，结构总高度12×3.2m＝38.4m(小高层范围)，宽度(8.4m、9.6m和12.3m)从墙面宽8.4m(后侧墙及两侧墙)分析，该结构地上部份有343个节点。而相同尺寸的常规钢筋砼框架结构(如图5所示)13×2＝26个节点，仅前者的1/14，从计算简图和图7、图8所示的弯矩图可知，本发明的节能型钢筋砼网格式框架结构(图6)其抗侧刚度、极限承载力、内力分布的均匀性、延性和抗震性均优于常规的钢筋砼框架结构。

Claims (7)

1.一种以磷石膏为墙体材料的钢筋砼网格式框架结构制作方法，其特征在于：在制作楼层数≤15层、并且每层楼的层高为3～5米、楼层总高度≤45m的建筑结构时，将该建筑结构的整个钢筋砼承重墙体部分都采用钢筋砼网格式框架结构进行制作，在钢筋砼网格式框架结构的所有钢筋砼受力构件之间的空间处除窗口空间外都用磷石膏填满作为墙体，并将钢筋砼网格式框架结构的所有钢筋砼受力构件部分都用磷石膏包裹住，这样即制作得到以磷石膏为墙体材料的钢筋砼网格式框架结构。

2.根据权利要求1所述的以磷石膏为墙体材料的钢筋砼网格式框架结构制作方法，其特征在于：采用钢筋砼密肋井字大板楼盖作为钢筋砼网格式框架结构的楼盖，并采用磷石膏预先制作成磷石膏浇注模板作为制作钢筋砼密肋井字大板楼盖的浇注模板，使该磷石膏浇注模板与浇注成型的钢筋砼密肋井字大板楼盖连为一体，作为楼层的永久性模板和吊顶。

3.根据权利要求1或2所述的以磷石膏为墙体材料的钢筋砼网格式框架结构制作方法，其特征在于：所述磷石膏可用脱硫石膏代替。

4.一种以磷石膏为墙体材料的钢筋砼网格式框架结构，其特征在于：构成建筑结构整个钢筋砼承重墙体部分的钢筋砼网格式框架结构(1)由网格横梁(2)及立柱(3)相互连接成网格形状，并且在由网格横梁(2)及立柱(3)组成的网格内除窗口网格外都填充有作为墙体的磷石膏(6)，并且钢筋砼网格式框架结构(1)的所有网格横梁(2)和立柱(3)都被磷石膏(6)包裹住。

5.根据权利要求4所述的以磷石膏为墙体材料的钢筋砼网格式框架结构，其特征在于：在由钢筋砼网格式框架结构(1)构成的每层楼层中的每面墙体上都设有3～5根网格横梁(2)，网格横梁(2)与网格横梁(2)之间通过立柱(3)连接，立柱(3)与立柱(3)之间的中心间隔距离(Z)大于或等于900毫米、小于或等于2100毫米，立柱(3)的截面形状为方形或矩形，并且该矩形每边长度为180～250毫米。

6.根据权利要求4或5所述的以磷石膏为墙体材料的钢筋砼网格式框架结构，其特征在于：在钢筋砼网格式框架结构(1)中连接有作为楼盖的钢筋砼密肋井字大板楼盖(5)。 

7.根据权利要求4或5所述的以磷石膏为墙体材料的钢筋砼网格式框架结构，其特征在于：在钢筋砼网格式框架结构(1)的拐角处和墙中设有截面形状为十字型、T字型或L字型的钢筋砼壁柱(4)。 

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