CN104314220B - 一种扇形仿贝壳屋面及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扇形仿贝壳屋面，同时还涉及其建筑施工方法，属于建筑工程技术领域。该屋面包括竖立在下层楼板上的一组沿扇形圆弧间隔分布的Y形分叉支柱，支柱上支撑沿分叉方向延伸的下凹叶状双曲面叶面，各叶面中部朝扇形圆弧圆心方向渐缩至抵达同一直边的内尖端，且朝远离扇形圆弧圆心方向渐缩抵达外尖端；相邻叶面之间通过具有通风孔的过渡面连接，相邻外尖端之间通过圆弧边连接；各过渡面上方覆盖形成通风管道的隆起曲面，隆起曲面的外端与对应圆弧边之间的区域形成中部具有通风百叶窗的通风端面。本发明外形美观，具有理想的承力能力，其施工切实可行，从而为现代化建筑及其施工开辟了全新的途径。

Description

一种扇形仿贝壳屋面及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种屋面，尤其是一种扇形仿贝壳屋面，同时还涉及其建筑施工方法，属于建筑工程技术领域。

背景技术

海洋生物中形态各异的贝壳不仅外观美丽，而且结构构造也非常符合力学原理。尤其是深海贝类，由于生活在几百米甚至上千米深的海洋中,其外壳始终承受着很大的水压,与浅海光滑的贝壳不同，它们的外壳呈波浪起伏，其几何表面构成的壳体在同等厚度下的抗压强度大幅度提高。

这种生物在自然界亿万年进化的结果使依据贝壳的外形及其结构仿生建造出来的屋面受力性能良好，能够承受从各个方向的大荷载。但是扇形仿贝壳屋面各节点的构成处理及施工并非易事。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种将仿生理论转化为实际的扇形仿贝壳屋面，同时给出相应的建筑施工方法，从而使扇形仿贝壳屋面成为具有理想承力结构的现实建筑物。

为了达到以上目的，本发明的扇形仿贝壳屋面包括竖立在下层楼板上的一组沿扇形圆弧间隔分布的Y形分叉支柱，所述支柱上支撑沿分叉方向延伸的下凹叶状双曲面叶面，各叶面中部朝扇形圆弧圆心方向渐缩至抵达同一直边的内尖端，且朝远离扇形圆弧圆心方向渐缩抵达外尖端；相邻叶面之间通过具有通风孔的过渡面连接，相邻外尖端之间通过圆弧边连接；各过渡面上方覆盖形成通风管道的隆起曲面，所述隆起曲面的外端与对应圆弧边之间的区域形成中部具有通风百叶窗的通风端面。

本发明进一步的完善是：所述Y形分叉支柱的竖直部分为混凝土柱体结构，分叉后的斜向部分为钢结构，所述钢结构的下部预埋在混凝土柱体结构。

本发明的扇形仿贝壳屋面施工方法包括以下步骤：

第一步、竖立支柱——将一组Y形分叉支柱沿圆弧扇形分布竖立在下层楼板上；

第二步、搭设杆架——以圆弧扇形的对称中心线为纵向，在下层楼板上以预定的纵向和横向间隔搭设与屋面对应位置高度相配的立杆，并在各立杆之间辅助支撑；

第三步、架设横梁——将与屋面对应位置形状相配的波浪状弯曲横梁架设在对应的立杆上；

第四步、架主次楞——安置连接各弯曲横梁对应叶面与过渡面交接位置的木方，形成朝扇形圆弧圆心方向渐缩呈内尖端且朝远离扇形圆弧圆心方向渐缩成外尖端的双曲面叶面边界次楞，并在成对的两边界次楞中间设置固定于横梁之上的主楞；

第五步、构造模板——在主、次楞之间对应叶面部位沿双曲面构造线方向间隔固定楞条，进而在楞条上固定板条，构成双曲面叶面模板；在对应过渡面的部位铺设两端分别以直边和圆弧边为边界且留出通风孔的过渡面模板；模板整体周边设置挡边；

第六步、构造风管——在过渡面模板上间隔固定与对应位置通风管道截面形状相配的卡槽模板，进而在各卡槽模板外固定模板条，形成隆起曲面模板；

第七步、构建盖板——在模板上按预定间距绑扎钢筋后，在钢筋层外构建周边搭在对应模板挡边之上并留出浇注口的盖板，形成屋面浇筑空腔；

第八步、浇混凝土——从浇注口向模板和盖板之间的浇筑空腔内浇筑混凝土，并养护固化后，拆去所有模板和盖板，形成扇形仿贝壳屋面。

本发明的扇形仿贝壳屋面不仅外形美观，而且由于采用仿生学原理，因此具有理想的承力能力，其施工切实可行，从而为现代化建筑及其施工开辟了全新的途径。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为图1中扇形仿贝壳屋面的仰视图。

图3为图2的A-A剖视图。

图4为图1实施例施工过程的搭设杆架示意图。

图5为图1实施例施工过程的架设横梁示意图。

图6为图1实施例施工过程的架设横梁简化图。

图7为图1实施例施工过程的架主次楞示意图。

图8为图1实施例施工过程的构造叶面模板示意图。

图9为图1实施例施工过程的构造过渡面模板示意图。

图10为图1实施例施工过程的设置卡槽模板示意图。

图11为图1实施例施工过程的构造风管模板示意图。

图12为图1实施例施工过程浇混凝土后示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的扇形仿贝壳屋面如图1、2、3所示，在混凝土柱1支撑的下层楼板2上，竖立一组Y形分叉支柱3沿扇形圆弧间隔分布。各Y形分叉支柱3的竖直部分为混凝土柱体结构，分叉后的斜向部分为钢结构，钢结构部分的下部预埋在混凝土柱体结构内。

Y形分叉支柱3上支撑沿分叉方向延伸的下凹叶状双曲面叶面4，各叶面4中部朝扇形圆弧圆心方向渐缩至抵达同一直边6的内尖端4-1，且朝远离扇形圆弧圆心方向渐缩抵达外尖端4-2。相邻叶面之间通过具有通风孔5-1的过渡面5连接(为方便建筑施工，本实施例的过渡面5为平面，当然也可以采用其它平滑曲面)。相邻外尖端4-2之间通过圆弧边5-2连接。各过渡面5上方覆盖形成通风管道8-2的隆起圆弧曲面7(为方便建筑施工，本实施例采取圆弧曲面，当然也可以采用其它平滑曲面作为隆起曲面)，通风管道8-2内安装通风机。该隆起圆弧曲面7的外端与对应圆弧边5-2之间的区域形成中部具有通风百叶窗8-1的通风端面8。

本实施例的扇形仿贝壳屋面施工方法按以下步骤进行：

第一步、参见图4，将分叉斜向钢结构预埋在混凝土柱体结构中，制成Y形分叉支柱3，并将一组Y形分叉支柱3沿圆弧扇形分布竖立在支撑于一组混凝土柱1的下层楼板2上(下层楼板2的建筑按常规施工进行，不另赘述)；

第二步、如图4所示，以圆弧扇形的对称中心线9(参见图2)为纵向，在下层楼板2上以预定的纵向和横向间隔800mm搭设与屋面对应位置高度相配的钢管立杆11，并在各钢管立杆11之间固定水平杆、扫地杆与剪刀撑等常规辅助支撑；

第三步、如图5所示，将与屋面对应位置形状相配的波浪状弯曲横梁12架设固定在对应的立杆11上，该波浪状弯曲横梁12具有相间的对应双曲面叶面的曲线段12-1和对应过渡面的直线段12-2；图6为了清楚表示横梁12的分布情况，隐去了立杆11；

第四步、如图7所示，安置连接各弯曲横梁12对应叶面与过渡面交接位置的木方，形成朝扇形圆弧圆心方向渐缩呈内尖端且朝远离扇形圆弧圆心方向渐缩成外尖端的双曲面叶面边界次楞13-1，并在成对的两边界次楞13-1中间设置固定于横梁12直线段之上的钢管主楞13；

第五步、如图8所示，利用双曲面具有其上任一点均可延伸出位于双曲面上两条相交直线(构造线)的几何特性，在主楞13、次楞13-1之间对应叶面部位沿双曲面同一构造线方向间隔固定楞条14，进而如图9所示，在对应叶面部位的楞条14上以另一构造线方向固定板条15，构成双曲面叶面模板；在对应过渡面5的部位铺设两端分别以直边6和圆弧边5-2为边界且留出通风孔5-1的过渡面模板；模板整体周边设置挡边；

第六步、如图10所示，在过渡面模板上间隔固定与对应位置通风管道截面形状相配的卡槽模板16-1，进而如图11所示，在各卡槽模板外固定模板条，形成隆起圆弧曲面模板16,；

第七步、在模板上按预定间距绑扎钢筋后，在钢筋层外构建周边搭在对应模板挡边之上并留出浇注口的盖板，形成屋面浇筑空腔；

第八步、从浇注口向模板和盖板之间的浇筑空腔内浇筑混凝土，并养护固化后，拆去所有模板和盖板，形成图12所示的扇形仿贝壳屋面。

建筑施工完成后，安装好通风机、通风百叶窗，再接电，即可使整个扇形仿贝壳屋面完工。

实践证明，本实施例具有如下显著优点：

1、仅采用常用的钢管、木方即可完成复杂贝壳状屋面的施工，节约了大量成本，而且保证了施工质量。

2、对屋面模型每隔800mm合理搭设支撑，可有效保证建筑施工完成后的曲率与理论曲率基本一致，外观完全符合要求。

3、双曲叶面周边边界分明，不仅有助于工程观感，而且立体感强。

4、通风管道与屋面结构有机结合起来，既提高了美感，又保证了受力，同时保证了建筑的使用功能。

5、施工方法工序合理，切实可行，建成的屋面具有十分理想的承压能力，坚固牢靠。

Claims (4)

1.一种扇形仿贝壳屋面，其特征在于：包括竖立在下层楼板上的一组沿扇形圆弧间隔分布的Y形分叉支柱，所述支柱上支撑沿分叉方向延伸的下凹叶状双曲面叶面，各叶面中部朝扇形圆弧圆心方向渐缩至抵达同一直边的内尖端，且朝远离扇形圆弧圆心方向渐缩抵达外尖端；相邻叶面之间通过具有通风孔的过渡面连接，相邻外尖端之间通过圆弧边连接；各过渡面上方覆盖形成通风管道的隆起曲面，所述隆起曲面的外端与对应圆弧边之间的区域形成中部具有通风百叶窗的通风端面。

2.根据权利要求1所述的扇形仿贝壳屋面，其特征在于：所述Y形分叉支柱的竖直部分为混凝土柱体结构，分叉后的斜向部分为钢结构，所述钢结构的下部预埋在混凝土柱体结构。

3.根据权利要求1所述的扇形仿贝壳屋面施工方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步、竖立支柱——将一组Y形分叉支柱沿圆弧扇形分布竖立在下层楼板上；

第二步、搭设杆架——以圆弧扇形的对称中心线为纵向，在下层楼板上以预定的纵向和横向间隔搭设与屋面对应位置高度相配的立杆，并在各立杆之间辅助支撑；

第三步、架设横梁——将与屋面对应位置形状相配的波浪状弯曲横梁架设在对应的立杆上；

第四步、架主次楞——安置连接各弯曲横梁对应叶面与过渡面交接位置的木方，形成朝扇形圆弧圆心方向渐缩呈内尖端且朝远离扇形圆弧圆心方向渐缩成外尖端的双曲面叶面边界次楞，并在成对的两边界次楞中间设置固定于横梁之上的主楞；

第五步、构造模板——在主、次楞之间对应叶面部位沿双曲面构造线方向间隔固定楞条，进而在楞条上固定板条，构成双曲面叶面模板；在对应过渡面的部位铺设两端分别以直边和圆弧边为边界且留出通风孔的过渡面模板；模板整体周边设置挡边；

第六步、构造风管——在过渡面模板上间隔固定与对应位置通风管道截面形状相配的卡槽模板，进而在各卡槽模板外固定模板条，形成隆起曲面模板；

第七步、构建盖板——在模板上按预定间距绑扎钢筋后，在钢筋层外构建周边搭在对应模板挡边之上并留出浇注口的盖板，形成屋面浇筑空腔；

第八步、浇混凝土——从浇注口向模板和盖板之间的浇筑空腔内浇筑混凝土，并养护固化后，拆去所有模板和盖板，形成扇形仿贝壳屋面。

4.根据权利要求3所述的扇形仿贝壳屋面施工方法，其特征在于：所述第五步，在主、次楞之间对应叶面部位沿双曲面同一构造线方向间隔固定楞条，进而在所述对应叶面部位上以另一构造线方向固定板条，构成双曲面叶面模板。