CN104727491B - 一种波浪状屋面建筑及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波浪状屋面建筑，同时还涉及其建筑施工方法，属于建筑工程技术领域。该波浪状屋面建筑包括支撑系统和屋顶曲面，支撑系统的肋梁支撑在间隔分布的横跨拱形支撑上，肋梁的两端分别与两侧拱状支撑连接，拱状支撑由拱顶以及拱门构成；屋顶曲面支撑在支撑系统上，具有中线以及两侧的边缘起伏曲线，中线两侧分别虚拟沿对称中线方向延伸且相位差180°的两条正弦曲线，两条正弦曲线对应点之间的连接线垂直且相交于中线，边缘起伏曲线由叶形两侧边的垂向投影与延续连接线形成的矩形初始屋顶面的截交线构成。本发明将美学与力学完美结合，设计巧妙，结构合理，施工方便。

Description

一种波浪状屋面建筑及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种屋面建筑，尤其是一种波浪状屋面建筑，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

众所周知，混凝土在使用过程中极易出现影响观感甚至安全性能的裂缝，其生成的原因主要是热胀冷缩及内部应力。

随着造型艺术和建筑技术的不断发展，丰富多彩的几何曲线被越来越多应用于建筑设计。例如，正弦曲线由于不仅具有理想的美学效果，而且合理利用还有助于承受载荷，尤其是在其基础上形成的波浪起伏曲面，因其表面张力最小，所形成的屋面表面不易产生裂缝，受力状态良好，在施工时不需要设置后浇带，因此避免了渗水。

为了满足客户要求，申请人设计了俯视为叶形、两叶边分别由以相位差180°正弦曲线为基础构成的波浪状屋面。当付诸实施时，单纯曲线进行拉伸之类的变换，不仅得到的屋面形象变得呆板、不生动，且建筑施工十分困难，并且与之匹配的曲面状屋面支撑系统也显得繁琐和难以实现。

因此，如何才能使上述曲面波浪状屋面的建造尽可能简捷易行，成为有待解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种具有简捷稳定支撑并且屋面便于施工建造的波浪状屋面建筑，同时给出相应的建筑施工方法，从而使其切实可行。

为了达到以上目的，本发明的波浪状屋面建筑包括支撑系统和垂向投影为叶形的屋顶曲面，其特征在于：

所述支撑系统包括作为中轴的肋梁，所述肋梁支撑在间隔分布的横跨拱形支撑上，所述肋梁的两端分别与对应所述屋顶曲面边缘的两侧拱状支撑连接，所述拱状支撑由与所述屋顶曲面两侧边缘起伏曲线相配的拱顶以及位于所述起伏曲线上拱段下方的拱门构成；

所述屋顶曲面支撑在所述支撑系统上，具有支撑在所述肋梁上的中线以及两侧的边缘起伏曲线，所述中线两侧分别虚拟沿对称中线方向延伸的一条正弦曲线，且两条正弦曲线相位差180°，所述两条正弦曲线对应点之间的连接线垂直且相交于中线，所述边缘起伏曲线由所述叶形两侧边的垂向投影与延续连接线形成的矩形初始屋顶面的截交线构成。

进一步，相邻拱门之间设有镂空的拱洞。

进一步，所述拱形的轮廓为二次曲线。

进一步，所述拱门的轮廓为正弦曲线。

基于以上建筑设计结构，本发明波浪状屋面建筑的建筑施工方法包括以下步骤：

步骤一、借助计算机设计放样

步骤一之一、构建初始屋顶面——在以所述叶形长度和宽度确定的矩形水平面两长边位置分别形成预定起伏高度和起伏频率的两条相位差180°的正弦曲线，再将所述两条正弦曲线对应点之间用垂直且相交于矩形水平面宽度方向中线的连接线逐一连接，构建出由延续连接线形成的矩形初始屋顶面；

步骤一之二、形成边缘起伏曲线——将所述叶形的两侧边垂向投影到矩形初始屋顶面，以所形成的截交线作为屋顶曲面的边缘起伏曲线。

步骤二、建造支撑系统

步骤二之一、构建拱形支撑模板——按预定间隔将一组拱形支撑浇筑模板分别横跨固定在对应待建屋顶曲面中线之下，各拱形支撑模板的拱顶留出肋梁模板凹槽；

步骤二之二、构建肋梁模板——将长槽状的肋梁模板嵌入支撑在各拱形支撑模板的拱顶凹槽中固定；

步骤二之三、构建拱状支撑模板——在对应待建屋顶曲面两侧边缘位置分别固定两端与肋梁两端连接的拱状支撑模板，所述拱状支撑模板主要由与所述屋顶曲面两侧边缘起伏曲线相配的拱顶模板以及对应所述起伏曲线上拱段下方的拱门模板构成；

步骤二之四、浇筑支撑系统——完成内部钢筋绑扎后进行混凝土浇筑，养护固化后建成支撑系统。

步骤三、建造屋顶曲面

步骤三之一、构建立杆支架——在对应屋顶曲面投影位置按预定间隔建立相交直线构成的平面网格，所述平面网格的交点一一搭设顶部标高等于屋顶曲面对应点高度的立杆，并与其辅助支撑构成立杆支架；

步骤三之二、构建屋面楞架——在立杆支架顶部固定沿屋顶曲面长度方向间隔分布与屋顶曲面相配的起伏主楞，在各主楞之间按预定间隔固定对应相应连接线位置的直线次楞，构成屋面楞架；

步骤三之三、铺设屋面模板——在次楞之间固定密布的模板条，形成屋面底模板，并在此基础上绑扎钢筋、固定周边模板挡边，再于钢筋层之上构建周边搭在模板挡边之上并留出浇注口的模板盖板，形成屋面浇筑模板；

步骤三之四、浇筑屋顶曲面——从浇注口向屋面模板的空腔内浇筑混凝土，养护固化，建成屋顶曲面。

归纳起来，本发明具有如下显著优点：

1）屋面的波浪状不仅外形美观自然，而且纵向与横向均能够适应温度变化引起的热胀冷缩变形，有效避免裂纹及后浇带常出现的渗漏水现象；

2）纵横双向有机结合的拱形及拱状支撑结构，在基本不采用梁类构件的情况下，仍能够满足屋面传力的需求，具有足够的支撑强度；

3）屋面中线下设置无需弯曲的肋梁作为中间支撑，而屋面的连接线设置直条的次楞，因此大大简化了建筑结构，方便了建筑施工；

4）屋面下方空间开敞，通风透光。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明实施例一的初始屋顶面构建立体示意图。

图2为本发明实施例一的屋顶曲面投影边缘起伏曲线示意图。

图3为本发明实施例一的拱形支撑模板立体结构示意图之一。

图4为本发明实施例一的拱形支撑模板立体结构示意图之二。

图5为本发明实施例一的拱形支撑模板立体结构示意图之三。

图6为本发明实施例一的肋梁模板构建立体结构示意图之一。

图7为本发明实施例一的肋梁模板构建立体结构示意图之二。

图8为本发明实施例一的拱状支撑模板构建结构示意图之一。

图9为本发明实施例一的拱状支撑模板构建结构示意图之二。

图10为本发明实施例一的拱状支撑模板构建结构示意图之三。

图11为本发明实施例一的拱状支撑模板构建结构示意图之四。图12为本发明实施例一的支撑系统立体结构示意图。

图13为本发明实施例一的立杆支架构建立体结构示意图。

图14为本发明实施例一的楞架构建立体结构示意图。

图15为本发明实施例一的模板条构建立体结构示意图。

图16为本发明实施例一完工后的结构示意图。

图17为图16的E-E剖面放大结构示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的叶形波浪状屋面建筑如图16、17所示，包括支撑系统1和垂向投影为叶形的屋顶曲面2。支撑系统1如图12所示，包括作为中轴的肋梁1-1，肋梁1-1支撑在间隔分布的横跨拱形支撑1-2上，肋梁1-1的两端分别与对应屋顶曲面2边缘的两侧拱状支撑1-3连接。拱状支撑1-3由与屋顶曲面2两侧边缘起伏曲线相配的拱顶1-4以及位于起伏曲线上拱段下方的拱门1-5构成。相邻拱门1-5上部之间设有镂空的拱洞1-6。屋顶曲面2支撑在支撑系统1上，具有支撑在肋梁1-1上的中线C以及两侧的边缘起伏曲线2-1，如图1所示，中线C两侧虚拟沿对称中线方向延伸且相位差180°的两条正弦曲线Z=±Asin（Bx），两条正弦曲线上x相等对应点之间的连接线ln垂直且相交于中线C，边缘起伏曲线2-1由屋顶曲面2的叶形两侧边如图2所示的垂向投影与延续连接线形成的矩形初始屋顶面D的截交线构成。

本实施例的叶形波浪状屋面建筑建造过程按如下具体步骤进行：

步骤一、借助计算机设计放样

步骤一之一、构建初始屋顶面——如图1所示，在以待建叶形波浪状屋面曲面长度L和宽度W确定的矩形水平面P两长边位置分别形成预定系数A、B决定起伏高度和起伏频率且相位差180°的两条正弦曲线Z=±Asin（Bx），再将两条正弦曲线上x相等对应点之间用垂直且相交于矩形水平面P宽度方向中线C的连接线ln逐一连接，构建出由延续连接线形成的矩形初始屋顶面D，对于此后的支撑系统而言，中线C可以设置一条不需要弯曲的肋梁作为中间支撑，而连接线ln可以设置直条的次楞，因此大大方便了建筑施工。

步骤一之二、形成边缘起伏曲线——将图2所示波浪状屋面曲面的叶形两侧边垂向投影到矩形初始屋顶面D，以所形成的截交线作为屋顶曲面的边缘起伏曲线。

步骤二、建造支撑系统

步骤二之一、构建拱形支撑模板——按预定间隔将一组拱形支撑浇筑模板分别横跨固定在对应待建屋顶曲面中线之下（参见图12），所述拱形支撑浇筑模板如图3、4、5所示，先在两根弯成拱形的钢管A-1之间固定间隔分布的木方A-2作为底撑，接着在木方A-2上铺设截面为开口朝上槽状的拱形下模A-3，再在拱形下模A-3上方固定形状相仿开口朝下槽状的拱形上模A-4，并在拱形上模A-4外用三根弯成拱形的钢管A-5及其之间固定间隔分布的木方A-6加固；支撑模板的拱顶留出肋梁模板凹槽A-7；拱形选择二次曲线为宜；

步骤二之二、构建肋梁模板——如图6、7所示，搭建由柱撑B-1、梯状梁撑B-2构成的辅助支撑，将长槽状的肋梁模板B-3嵌入支撑在各拱形支撑模板的拱顶凹槽A-7中固定。

步骤二之三、构建拱状支撑模板——在对应待建屋顶曲面两侧边缘位置分别固定两端与肋梁两端连接的拱状支撑模板，如图8、9所示，主要由与屋顶曲面两侧边缘起伏曲线相配的拱顶模板C-1以及对应所述起伏曲线上拱段下方的拱门模板C-2构成，拱门的轮廓选择正弦曲线为宜；制作与拱形支撑类似，先在两根弯成拱形的钢管之间固定间隔分布的木方作为底撑，接着在木方上铺设截面为开口朝上槽状的拱形下模，再在拱形下模上方固定形状相仿开口朝下槽状的拱形上模，并在拱形上模外用弯成拱形的钢管及其之间固定间隔分布的木方加固；不同的是，需要制作图10、11所示的镂空拱洞模板C-3，并将其嵌入相邻拱门模板C-2上部之间，未来形成的镂空拱洞不仅通风透光，增加建筑美感，而且受力合理。

步骤二之四、浇筑支撑系统——在模板完成内部钢筋绑扎后进行混凝土浇筑，养护固化后建成图12所示的支撑系统。

步骤三、建造屋顶曲面

步骤三之一、构建立杆支架——在对应屋顶曲面投影位置按预定间隔建立相交直线构成的平面网格，如图13所示，在平面网格的交点一一搭设顶部标高等于屋顶曲面对应点高度的立杆，并与常规的横杆、扫地杆、剪刀撑等辅助支撑构成立杆支架。

步骤三之二、构建屋面楞架——如图14所示，在立杆支架顶部固定沿屋顶曲面长度方向间隔分布与屋顶曲面相配的起伏钢管弯制的主楞D-1，在各主楞D-1之间按预定间隔固定对应相应连接线位置的木方直线次楞D-2，构成屋面楞架。

步骤三之三、铺设屋面模板——如图15所示，在木方次楞之间固定密布的模板条，形成屋面底模板，并在此基础上绑扎钢筋、固定周边模板挡边，再于钢筋层之上构建周边搭在模板挡边之上并留出浇注口的模板盖板，形成屋面浇筑模板（如需了解进一步的具体操作，可以参见申请号为201310139510.2的中国专利文献）。

步骤三之四、浇筑屋顶曲面——从浇注口向屋面模板的空腔内浇筑混凝土，养护固化，建成屋顶曲面，拆除浇筑模板，即完成图16、17所示的叶形波浪状屋面建筑。

实践证明，本实施例将美学与力学完美结合，设计巧妙，结构合理，施工方便。

Claims (6)

1.一种波浪状屋面建筑，包括支撑系统和垂向投影为叶形的屋顶曲面，其特征在于：

所述支撑系统包括作为中轴的肋梁，所述肋梁支撑在间隔分布的横跨拱形支撑上，所述肋梁的两端分别与对应所述屋顶曲面边缘的两侧拱状支撑连接，所述拱状支撑由与所述屋顶曲面两侧边缘起伏曲线相配的拱顶以及位于所述起伏曲线上拱段下方的拱门构成；

所述屋顶曲面支撑在所述支撑系统上，具有支撑在所述肋梁上的中线以及两侧的边缘起伏曲线，所述中线两侧分别虚拟沿对称中线方向延伸的一条正弦曲线，且两条正弦曲线相位差180°，所述两条正弦曲线对应点之间的连接线垂直且相交于中线，所述边缘起伏曲线由所述叶形两侧边的垂向投影与延续连接线形成的矩形初始屋顶面的截交线构成。

2.根据权利要求1所述的波浪状屋面建筑，其特征在于：相邻拱门之间设有镂空的拱洞。

3.根据权利要求2所述的波浪状屋面建筑，其特征在于：所述拱形的轮廓为二次曲线。

4.根据权利要求3所述的波浪状屋面建筑，其特征在于：所述拱门的轮廓为正弦曲线。

5.根据权利要求1至4任一所述波浪状屋面建筑的施工方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、借助计算机设计放样

步骤一之一、构建初始屋顶面——在以所述叶形长度和宽度确定的矩形水平面两长边位置分别形成预定起伏高度和起伏频率的两条相位差180°的正弦曲线，再将所述两条正弦曲线对应点之间用垂直且相交于矩形水平面宽度方向中线的连接线逐一连接，构建出由延续连接线形成的矩形初始屋顶面；

步骤一之二、形成边缘起伏曲线——将所述叶形的两侧边垂向投影到矩形初始屋顶面，以所形成的截交线作为屋顶曲面的边缘起伏曲线；

步骤二、建造支撑系统

步骤二之一、构建拱形支撑模板——按预定间隔将一组拱形支撑浇筑模板分别横跨固定在对应待建屋顶曲面中线之下，各拱形支撑模板的拱顶留出肋梁模板凹槽；

步骤二之二、构建肋梁模板——将长槽状的肋梁模板嵌入支撑在各拱形支撑模板的拱顶凹槽中固定；

步骤二之三、构建拱状支撑模板——在对应待建屋顶曲面两侧边缘位置分别固定两端与肋梁两端连接的拱状支撑模板，所述拱状支撑模板主要由与所述屋顶曲面两侧边缘起伏曲线相配的拱顶模板以及对应所述起伏曲线上拱段下方的拱门模板构成；

步骤二之四、浇筑支撑系统——完成内部钢筋绑扎后进行混凝土浇筑，养护固化后建成支撑系统；

步骤三、建造屋顶曲面

步骤三之一、构建立杆支架——在对应屋顶曲面投影位置按预定间隔建立相交直线构成的平面网格，所述平面网格的交点一一搭设顶部标高等于屋顶曲面对应点高度的立杆，并与其辅助支撑构成立杆支架；

步骤三之二、构建屋面楞架——在立杆支架顶部固定沿屋顶曲面长度方向间隔分布与屋顶曲面相配的起伏主楞，在各主楞之间按预定间隔固定对应相应连接线位置的直线次楞，构成屋面楞架；

步骤三之三、铺设屋面模板——在次楞之间固定密布的模板条，形成屋面底模板，并在此基础上绑扎钢筋、固定周边模板挡边，再于钢筋层之上构建周边搭在模板挡边之上并留出浇注口的模板盖板，形成屋面浇筑模板；

步骤三之四、浇筑屋顶曲面——从浇注口向屋面模板的空腔内浇筑混凝土，养护固化，建成屋顶曲面。

6.根据权利要求5所述的波浪状屋面建筑施工方法，其特征在于：所述步骤二之三中，还包括制作镂空拱洞模板，并将其嵌入相邻拱门模板上部之间；浇筑之后形成相邻拱门之间的镂空拱洞。