CN104831850A - 正交斜放u型钢、混凝土组合空腹楼盖及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖，建筑物楼盖周边为等腰三角形网格，中间沿周边45⁰夹角为正方形空腹网格；周边等腰三角形直角边尺寸a与等腰三角形斜边长a1为a=a1×sin45⁰关系；建筑物楼盖由下弦和上弦通过钢筋混凝土剪力键连接而成，下弦由兼作模板和受力钢板的U型钢构件和U型钢构件槽内的钢筋混凝土层组合构成，能够使窄长形平面的多层大跨度楼盖钢筋混凝土无裂缝开展问题出现，当此类新型楼盖结构体系用于多层大跨度的窄长形平面时，可达到降低楼盖的混凝土和钢材用量；当跨度大于30米以后，可以有效控制下弦混凝土裂缝开展；减小楼盖的厚度。

Description

正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖及制作方法

技术领域

本发明涉及一种楼盖及制作方法，具体地说，涉及一种正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖及制作方法，尤其用于多层（2层-4层）大跨度（L_y=30m-36m），长边尺寸L_x=（60m-72m）以上的窄长形平面（L_x/L_y≥2）U形钢、混凝土组合空腹楼盖的制作方法，属于多层大跨度建筑技术领域。

背景技术

改革开放36年来，我国经济建设高速发展，其中建筑工程的发展令世界瞩目，而建筑工程中的大跨度（Ly=30m-36m）的公共与工业建筑，受传统结构体系（框架）的制约，其中99%均为单层，极小部分为多层大跨度公共建筑，如体育运动中心等，只好采用预应力混凝土框架结构。造成肥梁胖柱，这是制约此类建筑工程向多层大跨度发展的根本原因。这种情况的出现，亦是不得以而为之。此类单层大跨度建筑，30多年以来全国按35亿平方米计算，已占去良田好土达683.2万亩，长此以往将导致耕地面积大幅度减少的同时，严重影响“生态文明建设”的实施。

近几年全国各省、市相继出台相关节约公共与工业建筑用地政策，大跨度工业厂房要由单层改为多层（三层）。从上世纪90年代中期起，研制者就提出混凝土、钢、钢、混凝土组合的多层大跨度空腹楼盖多项专利技术，相继建成各类多层大跨度公共与工业建筑，约250万平方米。对35亿平方面而言，这仅是“杯水车薪”。很多公共与工业建筑，因功能和工艺需要，其楼盖平面为窄长形，其楼盖平面如图1所示，多层（3层）大跨度（Ly=31.2m）公共建筑窄长形（Lx/Ly=62.4/31.2=2＞1.5）楼盖平面图楼盖面积62.4m×31.2m=1947m²，三层面积5841m²（坐标x,y）；即其楼盖平面长度方向（Lx）与跨度（Ly）尺寸之比Lx/Ly＞1.5后，楼面荷载主要是由短跨方向传给两侧支承柱，长度方向的两端山墙柱承受楼面荷载极小，这是楼盖窄长形平面（Lx/Ly＞1.5）以后，楼盖受力不均匀造成的，此时其沿跨度方向内力是沿楼盖长向内力的（5-50倍）形成单向受力即长向完全按构造配杆和配筋，从而造成材料上的浪费。当窄长形平面楼盖跨度当Ly＞30m以后，正交正放钢筋混凝土网格空腹梁下弦出现裂缝，而采用U型截面钢板时，另一个方面（长向）内力极小，无需U型截面钢板，按构造设置（δ=6mm）亦是浪费，如图2所示，为U型钢、混凝土正交正放组合空腹夹层板楼盖，网格a×a=2.4m×2.4m=5.76m²，共338网格，即338×2.4m×2.4m=1947m²，按照申请号200610200188X的结构布置方法，楼面荷载90%以上由跨度方向空腹梁传递，形成单向受力，长向只传递荷载12.5%，跨度方向传递荷载87.5%，受力极不均匀，其刚度及舒适度亦降低。

发明内容

本发明要解决的问题是针对以上不足，提供一种正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖及制作方法，实现以下目的：

1、能够使窄长形平面（Lx/Ly＞1.5）的多层大跨度楼盖两个方向受力均匀和框架结构比，降低楼盖的混凝土和钢材用量，混凝土量减少40%，钢量减少48%。

2、当跨度大于30米以后，可以控制下弦混凝土裂缝开展，满足现行的国家混凝土规范要求。

3、提高结构刚度和舒适度，并节约建筑用材。

4、减小楼盖的厚度，h=Ly/(25-30)。

5、楼盖空腹内可作空调管线设备层使用，进一步降低楼层厚度，从而降低建筑层高。

6、提供一种正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖及制作方法。

为解决以上问题，本发明采用的技术方案为：正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖，其特征在于：建筑物楼盖周边为等腰三角形网格，中间沿周边45⁰夹角为正方形空腹网格；

周边等腰三角形直角边尺寸a与等腰三角形斜边长a1为a=a1×sin45⁰关系，即周边网格a1确定后，内部沿45⁰方向方形网格a尺寸确定；

所述建筑物楼盖由下弦和上弦通过钢筋混凝土剪力键连接而成，下弦由兼作模板和受力钢板的U型钢构件和U型钢构件槽内的钢筋混凝土层组合构成。

一种优化方案，建筑物楼盖为长边（L_x）与短边（L_y即跨度）之比L_x/L_y＞1.5的窄长形平面，跨度Ly＞30m。

进一步地，所述U型钢构件由U型截面钢板连接而成，U型截面钢板两端底部具有延长部，该延长部为等腰三角形。

进一步地，在下弦的网格交叉点处U型钢构件的上下两边设有上连接板和下连接板，并且上连接板和下连接板通过高强度螺栓与该网格交叉点处的四个U型截面钢板连接为一体。

进一步地，在下弦网格交叉点处四个U型截面钢板的槽内设置有十字形剪力钢筋。

进一步地，在下弦网格交叉点处四个U型截面钢板的槽内设置有下弦受力钢筋及箍筋。

基于以上所述正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖，该正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖的制作方法包括以下步骤：

首先将钢板弯成U型截面钢板；

再在U型截面钢板两端底部切割出等腰三角形状的延长部，打孔；

将U型截面钢板的延长部连接成网格状，网格交叉点处U型截面钢板通过上连接板和下连接板用高强螺栓等强连接成U型钢构件。

进一步地，在楼盖的U型钢槽内绑扎下弦受力钢筋及箍筋，并设置剪力钢筋；扎钢筋后现场浇制混凝土，再架设钢筋混凝土上弦模板，扎钢筋后二次浇制混凝土，即形成U型钢、混凝土正交斜放组合空腹楼盖结构整体。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有以下优点：能够使窄长形平面（Lx/Ly＞1.5）的多层大跨度楼盖两个方向受力均匀和框架结构比，降低楼盖的混凝土和钢材用量，混凝土量减少40%，钢量减少48%；当跨度大于30米以后，下弦网格使内力分布均匀，U型钢包裹下弦与混凝土一起参加工作，下弦在拉力作用下由U型钢板承担拉力，可以有效控制下弦混凝土裂缝开展问题；提高结构刚度和舒适度，并节约建筑用材；减小楼盖的厚度，h=L _y /(25-30)；楼盖空腹内可作空调管线设备层使用，进一步降低楼层厚度，从而降低建筑层高。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

附图说明

附图1为现有技术中正交正放U型钢、混凝土组合空腹楼盖平面图；

附图2为现有技术中正交正放U型钢、混凝土组合空腹楼盖网格布置图；

附图3为本发明实施例中正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖平面图；

附图4为本发明实施例中正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖网格布置图；

附图5为本发明实施例中一层含三个篮球场的体育馆平面图；

附图6为本发明实施例中U型截面钢板的结构示意图；

附图7为本发明实施例中U型钢、混凝土组合楼盖平面图；

附图8为本发明实施例中U型钢内部高强螺栓孔洞示意图；

附图9为本发明实施例中U型钢底部拼接板上螺栓的布置图；

附图10为本发明实施例中U型钢上部拼接板上螺栓的布置图；

附图11为本发明实施例中正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖剪力键的结构示意图；

附图12为本发明实施例中正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖的剖面图。

具体实施方式

本发明的技术方案针对图3、4的多层（3层）大跨度（Ly＞30m），其长边Lx＞60m，其Lx/Ly=2＞1.5的多层体育馆建筑来讨论。

实施例1，正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖，建筑物楼盖周边为等腰三角形网格，中间沿周边45⁰夹角为正方形空腹网格；周边等腰三角形直角边尺寸a与等腰三角形斜边长a1为a=a1×sin45⁰关系，即周边网格a1确定后，内部沿45⁰方向方形网格a尺寸确定；建筑物楼盖由下弦和上弦通过钢筋混凝土剪力键连接而成，下弦由兼作底模、侧模及受力钢板的U型钢构件以及U型钢构件槽内的钢筋混凝土层组合构成；建筑物楼盖为长边（L_x）与短边（L_y即跨度）之比L_x/L_y＞1.5的窄长形平面，跨度Ly＞30m；U型钢构件由U型截面钢板连接而成，U型截面钢板两端底部具有延长部，该延长部为等腰三角形；在下弦的网格交叉点处U型钢构件的上下两边设有上连接板和下连接板，并且上连接板和下连接板通过高强度螺栓与该网格交叉点处的四个U型截面钢板连接为一体；在下弦网格交叉点处四个U型截面钢板的槽内设置有十字形剪力钢筋；在下弦网格交叉点处四个U型截面钢板的槽内设置有下弦受力钢筋及箍筋。

如图3、图5所示，以多层体育馆说明：其楼盖长度Lx=62.4m，跨度Ly=31.2m，楼盖面积A=1947m²，一层楼盖设三个蓝、排球场，楼面设计活荷载为4.9kN/m²，采用如图4所示的正交斜放网格布置，周边网格3.6m，内部正方形网格a=2.545m，结构厚度h=1200是跨度Ly=31.2m的1/30。

施工方案，如图6所示，首先将钢板弯成U型；

再在U型截面钢板两端底部切割出等腰三角形状的延长部，并按设计要求打孔后，形成U型钢构件并成批运往施工现场；

在施工现场将U型钢构件按图7所示网格尺寸架设后，其节点的四个U型钢构件按照图8所示，通过图9、图10所示的上连接板、下连接板，采用高强螺栓等强连接，它代替空腹网格下弦的底模及侧模，形成整体后，U型钢又是承受拉力构件；此处高强螺栓伸出与销钉长度相等的尺寸，不再打销钉，确保混凝土与U型截面钢板共同工作。

将楼盖所有U型钢构件连接后，整个楼盖U型钢网格即形成如图7所示，再在楼盖U型钢槽内绑扎下弦受力钢筋及箍筋，并按图11所示钢筋混凝土剪力键要求设置剪力钢筋，U型钢构件形成的十字形，即是混凝土剪力键模板，扎钢筋后，现场浇制混凝土到如图12所示楼盖剖面的（h₁+h₀）高度范围，再架设钢筋混凝土上弦正交斜放模板，扎钢筋后二次浇制混凝土，即形成图12所示U型钢、混凝土正交斜放组合空腹楼盖结构整体。

以图5所示篮球馆（62.4m×31.2m=1947m²）具体说明如下：第一步划分楼盖正交斜放网格，两长边及两端网格a1=3.9m，则长边Lx=16×3.9m=62.4m，两山墙边Ly=8×3.9m=31.2m，内部正方形网格2.757×2.757=7.601m²，整个楼盖400个网格，亦为一层楼盖面积（A=3040m²），按上述施工方法完成施工后形成如图12所示整体；即形成造型美观大方的U型钢、混凝土正交斜放组合空腹楼盖结构。以图12所示具体说明如下，楼盖厚度h=1200，它是楼盖跨度（Ly）的1/30（1200/31200=1/30，比常规框架梁减少1/2(即1.2m)，空腹梁上、下弦截面均为400×300（h₁×b），剪力键均为十字形，且其净高（h₀）与净宽（B）之比，h₀/B=600/(2b₁+b)=600/(2×200+400)=0.75＜1，满足空腹夹层板基本要求，通过计算，其混凝土折算厚度27cm/m²，用钢量73kg/m²，三层楼盖混凝土用量w1=2099.5m³，钢材（含U型钢板）w2=568T；若采用现在流行的预应力混凝土框架结构，框架梁800×2400（L/15），仅楼盖混凝土用量44.5cm/m²，钢材用量138kg/m²，三层楼盖混凝土用量W3=3460m³，钢材（含预应力钢丝）=1073T，两者相差混凝土1360m³，钢材505T，采用新型结构体系混凝土量减少40%，钢量减少48%，真正达到“节能减排”要求。

本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明内容，不应理解为是对本发明保护范围的限制，只要是根据本发明技术方案所作的改进，均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖，其特征在于：建筑物楼盖周边为等腰三角形网格，中间沿周边45⁰夹角为正方形空腹网格；

周边等腰三角形直角边尺寸a与等腰三角形斜边长a1为a=a1×sin45⁰；

所述建筑物楼盖由下弦和上弦通过钢筋混凝土剪力键连接而成，下弦由U型钢构件及U型钢构件槽内的钢筋混凝土层组合构成。

2.如权利要求1所述的正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖，其特征在于：建筑物楼盖为长边（L_x）与短边（L_y即跨度）之比L_x/L_y＞1.5的窄长形平面，跨度Ly＞30m。

3.如权利要求1或2所述的正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖，其特征在于：所述U型钢构件由U型截面钢板连接而成，U型截面钢板两端底部具有延长部，该延长部为等腰三角形。

4.如权利要求3所述的正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖，其特征在于：在下弦的网格交叉点处U型钢构件的上下两边设有上连接板和下连接板，并且上连接板和下连接板通过高强度螺栓与该网格交叉点处的四个U型截面钢板连接为一体。

5.如权利要求4所述的正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖，其特征在于：在下弦网格交叉点处四个U型截面钢板的槽内设置有十字形剪力钢筋。

6.如权利要求5所述的正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖，其特征在于：在下弦网格交叉点处四个U型截面钢板的槽内设置有下弦受力钢筋及箍筋。

7.如权利要求1-6其中之一所述正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖的制作方法，其特征在于：所述制作方法包括U型钢构件加工步骤：

首先将钢板弯成U型截面钢板；

再在U型截面钢板两端底部切割出等腰三角形状的延长部，打孔；

将U型截面钢板的延长部连接成网格状，网格交叉点处U型截面钢板通过上连接板和下连接板用高强螺栓等强连接成U型钢构件。

8.如权利要求1-6其中之一所述正交斜放U型钢、混凝土组合空腹楼盖的制作方法，其特征在于：所述制作方法还包括：

在楼盖的U型钢槽内绑扎下弦受力钢筋及箍筋，并设置剪力钢筋；

扎钢筋后现场浇制混凝土，再架设钢筋混凝土上弦模板，扎钢筋后二次浇制混凝土，即形成U型钢、混凝土正交斜放组合空腹楼盖结构整体。