CN1044145A - 空间构架结构 - Google Patents

Abstract

一种主要用于楼层板的空间构架结构，它包括由顶层(11)、底层(12)和直立构件(14)组成的空间钢构架，其中顶层和底层分别由结构构件(15)和(16)所组成，直立构件将顶部构件和底部构件联接在一起。顶部混凝土层(50)浇铸在模板(41)上，这样顶部构件(15)的上部将嵌入混凝土中。

Description

本发明涉及一种可跨接在支承物之间的空间构架结构。空间构架特别适于跨接在跨度很大，但只在跨接边缘有支承的地方。在跨度之间，该结构具有自身支承能力，故不需加入直立的支承物。空间构架一般包括有由结构构件组成的顶部和底部框格，它们通过横向连接件联接在一起，组成一个三维刚性结构。

例如，空间构架可用作展览大厅或工厂的屋顶结构，在这些地方，重要的是要保证在较大的空间内不能有直立支承件的妨碍。此外，空间框架也可用作多层办公大楼的楼层和楼顶。

许多空间框架都有对角的横向连接件。在英国专利B2054694中已提出了一种结构，该结构上有一些直立的横向连接件，整个结构也是由多个积木式组件构成，而每个积木式组件都由一个直立的横向连接件和几个水平顶部结构构件和底部结构构件组成。一旦将几个积木式组件联接在一起，顶部和底部结构构件就分别构成了顶部和底部框格。

在美国专利4201023中也提供了一种结构，它包括一个顶部混凝土层、一个由底部结构构件构成的框格和一些位于底部框格与顶层之间的直立横向连接件。这种结构，其底部结构件的横截面高度很大，大到可使其具有足够的强度以保证底部的子构架在这些混凝土板联接成整块结构层之前，能承受住这些用作顶层的混凝土板的重量。底部框格的强度虽较大，但其重量也较重，因此，与组装过程中所受到的载荷相比，为承受作用在整体结构上的载荷，将需要更高的成本。

在前面提到的英国专利中也提供了一种铺在空间构架结构顶部的混凝土层。

本发明提供了一种空间构架结构，它包括一个由结构构件组成的顶部框格、一个由结构构件组成的底部框格、一些从顶部框格延伸到底部框格并将顶部和底部框格联接在一起，形成一个空间构架的横向连接件和由顶部框格支承的混凝土层，其特征在于，顶部框格的结构构件至少部分地嵌入混凝土中，以使结构构件在构造上与混凝土结合在一起，从而形成一个复合式的顶部结构层。由结构构件组成的底部框格的强度最好要比结构构件组成的顶部框格的强度大些。相对减小顶部结构构件的强度可以使其比具有同样尺寸的底部结构构件具有更轻重量和更低的成本。但顶部框格的强度至少应能使空间构架承受住将构架自身的重量与新铺放在其顶部的混凝土重量相加后的总重量，并能承受施工期间作用在其上的临时载荷。

每个底部结构构件的横截面面积最好大于与其对应的顶部结构构件的横截面面积，但作为一个可选择的方案，也可以使底部构件的数目多于顶部构件的数目。

用于浇铸混凝土的永久性模板最好支承在顶部结构件横截面高度范围内，混凝土则倾注在该模板上。每个顶部结构构件可以有一个下凸缘，模板就可以支撑在这些凸缘上。如果顶部结构构件有支承模板的下凸缘，它也可以设置嵌入混凝土中的上凸缘，其中下凸缘要较上凸缘宽些。

模板可以是永久型的，其上装有置入混凝土中的钢筋，这种模板可以用波纹钢板制成。

这种结构可以将钢筋与混凝土结合在一起。将一组钢筋横放在永久性模板的波纹上并将它们与模板焊接在一起，以便用这些钢筋加强模板并提供操纵模板的把手。

用顶部结构构件、底部结构构件和横向连接件构造成的空间构架也可以用多个积木式组件组装而成。每个积木式组件都包括一个直立的横向连接件、一组形成顶部框格的顶部结构构件和一组形成底部框格的底部结构构件。顶部和底部框格分别与横向连接件的顶端和底端联接在一起，通过将毗邻的积木式组件上的结构构件中未与横向连接件联接的一端相互对接起来，就构成了这种空间构架。这样连接，则顶部和底部构件各自都可以形成例如矩形的框格。

用于复合式空间构架结构中的积木式结构组件，可以包括有一个直立的横向连接件、一些其一端与直立横向连接件顶端联接在一起的顶部水平结构构件和一些其一端与直立横向连接件的底端联接在一起的底部水平结构构件，其中底部构件的强度和横截面面积均大于顶部构件的强度和横截面面积。

本发明也涉及制造空间构架的方法，该方法包括以下步骤，即组装完整的空间构架、设置用作浇铸混凝土的模板以及随后将混凝土浇铸在模板上，形成带有顶部结构构件的混凝土层，其中顶部结构构件至少应有一部分嵌入混凝土中。

以下将结合附图对本发明的实施例进行描述，其中：

图1是空间构架的立体图，示出了本发明的最佳实施例，为清楚起见，图中去掉了空间框架的某些部分;

图2是一组积木式组件的立体示意图，这些积木组件组装在一起就构成了图1所示结构的一部分;

图3是图1所示结构一部分的详细示意剖视图;

图4是图3中沿×-×截面的剖视图;和

图5和图6是与图4某部分对应的示意图，但其比例要比图4大，且示出了结构的改进型式。

图1所示的复合式的空间构架结构包括有用图2所示积木式组件组装成的空间钢构架。最好参见图2所示，一种典型的积木式组件22包括一个直立的空心方形截面结构构件14，该构件上有四个顶部构件15和四个底部构件16，四个顶部构件从构件14的顶端接头10处相互成90°沿水平方向伸出、四个底部构件从构件14的底端接头13处按顶部构件相应的水平方向伸出。每一个水平构件都是工字型梁，其中底部构件16的横截面面积要比顶部构件15的横截面面积大一些，因此，底部构件的强度也要比顶部构件的强度大些。积木式组件中的构件被焊接在一起。每个接头都用方形加强板20给予加强，方形加强板上有一个方形的中央开口，直立构件14从该孔穿过。加强板20与直立构件14焊接在一起，它的四个角则分别与四个水平构件15或四个水平构件16焊接在一起。加强板20加在所有的顶部和底部接头上，但图2为简化视图略去了某些加强板。图2也示出了两个位于构架边缘的积木式组件26和一个位于构架角部的积木式组件25。除了组件上只有三个或两个从组件上伸出的水平构件及加有截去了一部分的加强板外，位于框架边缘和角部的积木式组件与积木式组件22完全一致。每一个积木式组件都是在工厂的焊接夹具中用焊接的方法组装成的，随后被运送到施工场地，在那里与其它积木式组件装配在一起形成一个完整的结构。

毗邻的积木式组件通过将它们的水平结构构件的自由端对接在一起而联成一体。图3和图4很清楚地示出了顶部构件15具有腹板30，这些腹板通过平板31及螺栓37相互联接起来，有些平板则已在图2中示出。类似的平板32则联接底部构件16的底部腹板33。图1和图2因比例太小，故无法清楚地显示平板31和32。实际上，在组装积木式组件的过程中，这些平板的每一个都被焊接到准备对接在一起的构件中的一个构件的腹板的侧面上。将平板焊接在构件上的工作，最好作为积木式组件制造过程的一个工序在工厂内进行。一个积木式组件与另一个积木式组件的装配，是用螺栓穿过它们的腹板和连接平板将它们固紧在一起的。

由16个这样的积木式组件装配成的整体空间构架如图1所示，其中某些积木式组件因受到随后要描述的该结构的其它部分的遮盖，故在图中看不见它们。最后所得到的空间构架结构具有这样的形式，其顶部有一个由顶部结构构件15组成的顶部框格11，其底部有一个由底部结构构件16组成的底部框格12，和一些从顶部框格延伸到底部框格的垂直横向连接件14，这些横向连接件将顶部框格和底部框格联接在一起，最终形成一个空间构架。实际上，一种典型的空间构架结构可以由大量的积木式组件所组成，其积木式组件的数目有可能达到几百个。

组件结构对在施工现场，如在楼层上或屋顶上装配构架结构特别方便。几组积木式组件可以在地面或在其它方便的地方，如事先已造好的楼层上，装配成一个子结构。子结构的大小部分地取决于所用吊车的起重能力。装配好的子结构接着被吊到安装处并永久性地固定安装在钢架或类似的基础建筑结构上。然后，一个接一个地将其它子结构吊起，并将它们与建筑构架或与毗邻的子结构或同时与建筑构架和毗邻的子结构联接。一种可行的施工方式是从楼层或屋顶的一个角部或多个角部开始，向其中部延伸。另一种可选择的作业方式是一次只在结构上装配一个积木式组件。组件结构便于空间构架的装配。

由结构件组成的空间构架只是整体空间构架结构的一部分。如图1、图3和图4所示，永久波纹钢模板41安放在由结构构件15构成的顶层。该模板支承在工字型截面构件15的下凸缘35上（图4），这样该模板就平放在顶部构件的截面高度范围内，而顶部构件的腹板30的截面高度远大于模板的高度，具体地说，上凸缘36位于该模板上方较高的位置。

图1所示的加强钢筋42，沿模板的波纹横向平放，用作混凝土层的加强件。这些钢筋可以焊接到模板上，这样将有助于模板的毗邻部位形成一整体从而增加模板的刚度。钢筋42也可作为把手用来搬运操纵该模板。同样地，加强筋42也位于构件15的顶部边缘下方很低的位置。焊接成普通焊网形式的加强钢筋43则支承在构件15的上凸缘上。

然后，将混凝土50浇铸在模板上，浇铸的厚度控制在能将结构构件15的顶部和加强筋43的上层盖住。这样，构件15部分地嵌入混凝土中，其上凸缘成为构件15和混凝土间的楔键

当混凝土凝固后，得到加强的混凝土层增加了空间框架顶部结构构件15的强度，以便为空间构架提供一个其强度远较单独由构件15构成的顶部层面的强度大的顶部层面。

结构构件15的选择应能使空间构架结构的顶部框格具有足够的强度，以便提供一个具有自身支承能力的空间钢构架，并能用来承受模板、加强件和浇铸的混凝土的总重量以及其它的施工载荷，其中包括施工人员的重量。在典型的情况下，这种载荷要求的大小约为结构使用载荷所需强度的1/4或1/3倍。凝固后的混凝土可以增加结构的强度。其中顶部构件15嵌入混凝土中这点特别重要，因为混凝土有助于增强顶部构件的抗弯能力，因此，相应提高了顶部构件对增强结构整体强度的作用。

混凝土的上表面可用作楼层的地板面，而构架结构的下表面经包盖后则可作为天花板。

整体结构的一个优点是，由于与底部构件16相比，顶部构件15的横截面面积减小了，使整个结构的钢材总重量也相应地减轻。在混凝土凝固收缩的过程中，重量较轻的顶部结构也易于相应地产生一定的收缩量，这样就减小了混凝土产生开裂的趋势，从而进一步加强整个结构的强度。整体结构的另一个优点是，由于混凝土铺层和顶部构件15大体上位于同一垂直空间范围内，故下一楼层的天花板到上一楼层地板面所需的高度要较其它型式结构的相应高度小，因此，对于一给定建筑高度的多层建筑物，采用这种结构就可以建筑更多的楼层。强度大、重量轻的有效结构可以在设计阶段进一步降低楼层板的厚度。空间构架结构的这种特殊方案也可以在构架结构高度范围内用作辅助设施，如为管道布置、导管和电缆，提供敞通的通道。由于不需要在空间构架结构下再增加安装其它设施的空间，有助于进一步降低楼层地板面、天花板和辅助设施空间所需要的总高度。

当空间构架结构用作屋顶时，整个结构可以略为拱起，或将顶层与水平面保持一个很小的角度安装架设，以便于排泄雨水。对于一个要架设的屋顶，可以用可调焊接夹具来达到稍稍改变积木式组件高度的目的。

这种空间构架结构的一种改进方案如图5所示。顶部结构构件15的下凸缘35a沿横向加宽了一些，以便于支承模板41。图6示出了另一种改进方案，其中构件15是用工字型材和角钢型材制造装配的。平伸下凸缘35a要比斜角上凸缘36b更向外伸出。

在进一步的改进方案中，可以采用不同型式的空间钢构架。例如，不需要具有组件结构，可用带有一定角度的横向连接件代替直立的横向连接件。同样地，也可以采用与由顶部和底部构件组成的矩形框格不同的其它型式的框格。钢构件的横截面形状并不是很严格的。直立构件可以使用圆管。也可以采用其它可供选择的模板型式，且模板不必要成为整体结构的组成部分。模板可以置于顶部构件的下方以便使顶部构件全部嵌入混凝土中。对某些特殊的应用场合，空间构架的结构构件可以使用钢以外的其它材料，例如象铝这样比较轻的材料。加强板20可以略去或用其它不同型式的板件代替，或者每一个水平构件用一块单独的加强板。底部和顶部水平结构构件没有必要都采用同样的规格。例如，某个方向的构件可以比其它方向的构件重些。对于完全由立柱支承的结构，可以将强度较大的积木式组件排直接架设在各立柱之间。

Claims (13)

1、一种空间构架结构，它包括一个由结构构件(15)组成的顶部框格(11)、一个由结构构件(16)组成的底部框格(12)，一些从顶部框格延伸到底部框格并将顶部和底部框格联接在一起形成一个空间构架的横向连接件(14)、和由顶部框格支承的混凝土层(50)，其特征在于顶部框格的结构构件至少应部分地嵌入混凝土中，使结构构件在构造上与混凝土结合在一起，从而形成一个复合式的顶部结构层。

2、如权利要求1所述的空间构架结构，其特征在于由结构构件组成的底部框格（12）的固有强度要大于由结构构件组成的顶部框格（11）的固有强度。

3、如权利要求2所述的空间构架结构，其特征在于每一个底部结构构件（16）的横截面面积要大于相对应的顶部结构构件（15）的横截面面积。

4、如前述任一权利要求所述的空间构架结构，还包括支承在顶部结构构件（15）截面高度范围内的永久模板（41），混凝土就浇铸在该模板上。

5、如权利要求4所述的空间构架结构，其特征在于每个顶部结构构件都有一个下凸缘（35），模板就支承在这些凸缘上。

6、如权利要求5所述的空间构架结构，其特征在于顶部结构构件（15）也都有一个嵌入混凝土中的上凸缘，其特征还在于所述下凸缘（35a）要比上凸缘宽。

7、如权利要求4或5所述的空间构架结构，其特征在于模板是永久性的，并用于加强混凝土。

8、如权利要求4至7中任一项所述的空间构架结构，其特征在于模板是用波纹钢板制造的。

9、如前述任一项权利要求所述的空间构架结构，包括置于混凝土中的加强钢筋（42，43）。

10、如权利要求9所述的空间构架结构，包括波纹板永久模板，其特征在于加强钢筋（42）横放在模板波纹上，并与模板焊接在一起。

11、如前述任一项权利要求所述的空间构架结构，其特征在于由顶部结构构件（15）、底部结构构件（16）和横向连接件（14）构成的空间构架是用多个积木式组件（22，25，26组装成的，每一个积木式组件都包括一个直立的横向连接件（14）、一组与横向连接件顶端相联接并形成顶部框格一部分的顶部结构构件（15）、和一组与横向连接件底端相联接并形成底部框格一部分的底部构件（16），通过将毗邻的积木式组件上的结构构件中未与横向连接件联接的那端相互对接起来，就构成这种空间构架。

12、一种用于权利要求10所述复合式空间构架结构的积木式结构组件，包括一个直立的横向连接件（14）、几个其一端与横向连接件顶端联接的顶部水平结构构件（15）和几个其一端与横向连接件底端联接的底部水平结构构件（16），其特征在于底部构件的强度和横截面面积均大于顶部构件的强度和横截面面积。

13、一种用于制造如前述任一项权利要求所述的空间构架结构的方法，该方法包括组装完整的空间构架（11，12，14），设置用作浇铸混凝土的模板（41）以及随后将混凝土浇铸在模板上，形成带有顶部结构构件的混凝土层，其中顶部结构构件至少应有一部分嵌入混凝土中。

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