CN105297983B - 一种钢‑混凝土组合空腹梁体系 - Google Patents

Abstract

一种新型钢‑混凝土组合空腹梁体系的混凝土上肋与楼板为现浇混凝土，呈正交十字形；所述组合构件┴型节点上方开孔，以便混凝土浇筑其内，形成剪力键；所述的┴型钢管、U型钢板均工厂预制，使用时将U型钢板穿过┴型钢管底部预留孔洞，二者通过底板高强螺栓定位，浇筑混凝土于剪力键内构为一体。本发明的有益效果在于：所述新型钢‑混凝土组合空腹梁体系在降低结构自重的同时，刚度的降低较少；减少了剪力键大小，提高了剪力键刚度；所述空腹梁体系方钢管承受拉力，节点剪力键处钢管参与抗剪，充分发挥了材料的力学性能；无需焊接无需模板，避免了焊接应力与变形，减少了施工工序，大幅提高了施工效率。

Description

一种钢-混凝土组合空腹梁体系

技术领域

本发明属于建筑工程领域，具体涉及一种钢-混凝土组合空腹梁体系。

背景技术

在楼盖、梁、柱和基础形成的整个结构体系中，普通的楼板一般只能做到6米左右，当楼板的跨度大于6米时，一般都会在楼板中间设置受力大梁，当跨度较大时，为增加刚度必然使梁高增加，从而降低了净空高度。同时为降低楼板的挠度，往往会加厚楼板，笨重的楼板，混凝土和钢筋用量较大，建筑自重加大，很不经济。

为此国内很多学者专家对传统的梁板楼盖体系进行了改进，钢筋混凝土空腹夹层板楼盖自1995年贵州大学马克俭团队研究成功后，先后应用于贵州安顺市国际家具城、贵州铝厂温水游泳馆、南疆国际购物广场等多项工程中，并于2005年通过了《钢筋混凝土空腹夹层板楼盖结构技术规程》。该楼盖由表层薄板、上肋、下肋和剪力键组成，因其优良的力学性能极佳的经济技术指标得到业界广泛好评，但该结构体系也存在个别混凝土下肋不能有效控制裂缝，现场施工模板需要量大，施工效率低的缺点。鉴于此，又衍生发展出了焊接连接钢-混凝土组合空腹夹层板楼盖体系，该体系基本构造由U形钢板组合下肋、混凝土上肋、混凝土剪力键及混凝土板构成,而U形钢板是通过焊接连接。在该体系应用于香港主力电器(贵阳)有限公司厂房工程的过程中，又出现了焊接变形较大的问题。究其原因在于焊接收缩应力使U型钢板每网格向上隆起，从而引起较大的向上焊接变形，使组合下肋U形钢板网格的拼接起来较为困难,无法保证网格方正、平直。相应的，该体系也存在现场焊接工作量较大的问题。

出于减轻楼板结构自重、提高施工效率、减少或避免可能的节点焊接变形的考虑，需要设计一种拼装式组合空腹梁体系，在充分发挥材料力学性能的同时，做到组装简单方便，成型整体性好的目标，达到提质增效的现实要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出的一种钢-混凝土组合空腹梁体系，所述的支撑结构具有自重轻，刚度大、剪力键性能高的特点，同时本发明所述支撑结构的使用使得材料物理性能得到充分发挥、施工过程中无需模板支撑、有效的避免了焊接应力与变形，另外其还具有施工成本低及施工效率高的特点。

一种钢-混凝土组合空腹梁体系包括凝土上肋及下肋两部分，其中下肋包括下肋型方钢管、下肋U型钢板及带有栓钉的加劲肋板；其中，

所述下肋U型钢板的两个侧边上设置有月牙弧形；

所述下肋型方钢管包括水平中空方钢管和垂直中空方钢管，所述水平中空方钢管与垂直中空方钢管相互焊接形成下肋型方钢管，所述水平中空方钢管与垂直中空方钢管同规格；

在所述水平中空方钢管与垂直中空方钢管焊接节点处：水平中空方钢管的上表面设置有开孔，水平中空方钢管的两侧面设置有与下肋U型钢板相匹配的孔洞；

所述下肋U型钢板穿过水平中空方钢管侧面孔洞形成“十”字水平支撑结构，所述下肋U型钢板侧面的月牙弧形位于水平中空方钢管内部；所述下肋U型钢板与水平中空方钢管通过高强螺栓相互固定连接；

所述水平中空方钢管内部焊接带有栓钉的加劲肋板，所述带有栓钉的加劲肋板位于下肋U型钢板的两侧并与下肋U型钢板有一定的距离；

在所述下肋U型钢板槽内且紧靠水平中空方钢管侧面焊接有加劲肋板；

所述组合空腹梁体系制备工艺为：

步骤一：下肋型方钢管结构结构预制加工：

在中空方钢管的上表面开一小于中空方钢管直径的孔洞，用于浇筑混凝土至方钢管内；在孔洞所在中空方钢管位置的两个侧面分别设置一相同大小的开口，用于下肋U型钢板穿过，同时在中空方钢管与下肋U型钢板相交底部板面出打孔，用于后期螺栓固定中空方钢管和下肋U型钢板；由此形成水平中空方钢管；

将另一根同规格的中空钢管垂直焊接在水平中空方钢管的孔洞位置处，从而形成下肋型方钢管结构；

在一大小同水平中空方管内径的加劲肋板上焊接若干栓钉形成带有栓钉的加劲肋板，然后将所述带有栓钉的加劲肋板分别焊接在水平中空方管两端且靠近孔洞的位置处；

利用自动栓钉焊接机在垂直中空方钢管的上端内部焊接若干栓钉；

步骤二：下肋U型钢板预制加工

将钢板加工形成U型,且U型钢板规格与下肋型方钢管的侧面开口相匹配，从而形成下肋U型钢板；

在下肋U型钢板的两个侧边上分别对应设置有月牙弧形，在下肋U型钢板槽内且位于月牙弧形两侧分别焊接一加劲肋板，下肋U型钢板槽内焊接的两块加劲肋板的间距与水平中空方钢管的外径相同；

在下肋U型钢板底部设置若干打孔，打孔位置及数量与水平中空方钢管底部打孔位置及数量相匹配；

步骤三：工地组装；

①支设下肋型方钢管支架，将下肋型方钢管设置于支架上，并将下肋U型钢板穿过水平中空方钢管的侧面孔洞；

②利用高强度螺栓将下肋型方钢管与下肋U型方钢管连接固定；

③对混凝土上肋及楼板支模；

步骤四：混凝土浇筑

①将混凝土通过下肋型方钢管顶部浇筑方钢管内部，且混凝土通过月牙弧形槽口浇筑至U型钢板两侧的方钢管加劲肋板内部；

②一体浇筑混凝土上肋及楼板；

③养护混凝土强度达到100％之后，拆除混凝土上肋、楼板及下肋型方钢管的支架；由此形成混凝土上肋、U型钢板、型钢管及型钢管内混凝土剪力键成形本发明所述的钢-混凝土组合空腹梁体系。

所述下肋型方钢管的水平中空钢管及下肋U型方钢管的两端支撑于框架梁或者承重墙上。

本发明所述的一种钢-混凝土组合空腹梁体系的优点在于：空腹梁体系采用混凝土上肋承受压力，下肋方钢管承受拉力，节点剪力键处钢管参与抗剪，充分发挥了钢材的力学性能，同时减小了剪力键的大小，进而减少了混凝土的用量；空腹梁体系型钢管与U型钢板通过底板高强螺栓定位，浇筑混凝土于剪力键内构为一体，避免了焊接连接产生的焊接变形和焊接应力且施工方便；空腹梁体系节点剪力键处钢管起到了混凝土模板的作用，较少了施工工序，提高了施工效率。

附图说明

图1一种钢-混凝土组合空腹梁体系整体结构示意图；

图2一种钢-混凝土组合空腹梁体系下肋型钢管、下肋U型钢板及其内剪力键组合立体透视结构示意图；

图3一种钢-混凝土组合空腹梁体系下肋型钢管结构示意图；

图4一种钢-混凝土组合空腹梁体系下肋型钢管的水平中空方钢管结构示意图；

图5一种钢-混凝土组合空腹梁体系下肋U型钢板结构示意图；

图中：1混凝土上肋、2下肋、3下肋型钢管、4下肋U型钢板、5水平中空钢管、6垂直中空钢管、7加劲肋板、8月牙弧形、9栓钉、10高强螺栓、11楼板、12框架梁或承重墙、13开孔、14孔洞。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本发明所述的钢-混凝土组合空腹梁体系从整体结构上分析，其包括混凝土上肋1及下肋2两部分，其中下肋2包括下肋型方钢管3、下肋U型钢板4及灌注于下肋型方钢管的混凝土。其中，下肋型方钢管3包括水平中空钢管5和垂直中空钢管6，垂直中空钢管6在本发明所述的组合空腹梁体系中相当于整个结构的剪力键。

本发明所述的混凝土上肋1为“十”字构造，在混凝土上肋1上部为楼板11，所述下肋型钢管3的水平中空钢管5及下肋U型方钢管4的两端支撑于框架梁或者承重墙12上。

本发明所述的下肋型钢管3通过在工厂预制而成，由经过加工处理的水平中空钢管5与垂直中空钢管6垂直焊接而成。

如图4所示，在所述水平中空方钢管5与垂直中空方钢管6焊接节点处：水平中空方钢管5的上表面设置有开孔13，以便混凝土浇筑至水平中空方钢管5内；水平中空方钢管5的两侧面设置有与下肋U型钢板相匹配的孔洞14，以便下肋U型钢板4穿过水平中空方钢管5形成“十”字水平支撑结构。

所述水平中空方钢管5内部焊接带有栓钉9的加劲肋板7，所述带有栓钉9的加劲肋板7位于下肋U型钢板4的两侧并与下肋U型钢板4有一定的距离。

所述下肋U型钢板4穿过水平中空方钢管5侧面孔洞14形成“十”字水平支撑结构，所述下肋U型钢板4与水平中空方钢管5通过高强螺栓10相互固定连接。

如图5所示，所述下肋U型钢板4的两个侧边上设置有月牙弧形8。

所述下肋U型钢板4侧面的月牙弧形8位于水平中空方钢管5内部；在所述下肋U型钢板4槽内且紧靠水平中空方钢管5侧面焊接有加劲肋板7。

钢-混凝土组合空腹梁体系施工工艺分为工厂预制，现场施工两部分，分别叙述如下：

1)工厂预制：

对方钢管、U型钢板、栓钉、螺栓加工选择厂家及订货；

方钢管通过焊接组成型钢管，并在其中部剪力键6区域预留孔洞，以便U型钢板穿过；

焊接加劲肋板于型钢管内部，并采用自动栓钉焊接机焊接栓钉于加劲肋板上；

采用自动栓钉焊接机焊接栓钉于型钢管剪力键上部与混凝土上肋对应的位置；

焊接加劲肋板于U型钢板内部，并采用自动栓钉焊接机焊接栓钉于加劲肋板上；

将U型钢板两侧板中加劲肋板之间区域加工为月牙弧形，以做浇筑节点混凝土挡板之用；

对型钢管和U型钢板底部板面相应组合位置打孔，以便后期螺栓的安装。

2)现场施工：

将型钢管支架于应置位置，U型钢板穿过其预留孔洞并定位；

将型钢管与U型钢板相交处底板用高强度螺栓连接；

将混凝土上肋、楼板支模；

将混凝土通过型钢管顶部浇筑于剪力键节点，且混凝土通过月牙弧形槽口浇筑于U型钢板两侧的方钢管加劲肋板内部；

混凝土上肋、楼板浇筑混凝土；

养护混凝土强度达到100％之后，混凝土上肋、U型钢板、型钢管及其内剪力键成形组合空腹梁体系。

在本发明中，混凝土上肋与楼板现浇为一体，在与型钢管相交处，通过方钢管上(垂直中空方钢管)的栓钉与混凝土共同工作，栓钉为交界面上抗剪连接件，起到抵抗剪切滑移和抵抗抗掀作用。

在本发明中，型钢管工厂预制为一整体，中部节点两侧通过加劲肋板上栓钉与混凝土共同工作，栓钉为交界面上抗剪连接件，起到抵抗剪切滑移和抵抗抗掀作用。

在本发明中，U型钢板中部节点两侧通过加劲肋板上栓钉与混凝土共同工作，栓钉为交界面上抗剪连接件，起到抵抗剪切滑移和抵抗抗掀作用，中部两侧板留有月牙弧形槽口。

在本发明中，U型钢板穿过型钢管底部预留孔洞，通过底板高强螺栓定位，浇筑混凝土于相交的节点剪力键内，实现各构件的有效组合，有效控制了U型钢板的变形并加快了施工进度。

Claims (3)

1.一种钢-混凝土组合空腹梁体系，其特征在于：所述组合空腹梁体系包括凝土上肋及下肋，所述下肋包括下肋┴型方钢管、下肋U型钢板及带有栓钉的加劲肋板；其中，

所述下肋U型钢板的两个侧边上设置有月牙弧形；

所述下肋┴型方钢管包括水平中空方钢管和垂直中空方钢管，所述水平中空方钢管与垂直中空方钢管相互焊接形成下肋┴型方钢管；

在所述水平中空方钢管与垂直中空方钢管焊接节点处：水平中空方钢管的上表面设置有开孔，水平中空方钢管的两侧面设置有与下肋U型钢板相匹配的孔洞；

所述下肋U型钢板穿过水平中空方钢管侧面孔洞形成“十”字水平支撑结构，所述下肋U型钢板侧面的月牙弧形位于水平中空方钢管内部；所述下肋U型钢板与水平中空方钢管通过高强螺栓相互固定连接；

所述水平中空方钢管内部焊接带有栓钉的加劲肋板，所述带有栓钉的加劲肋板位于下肋U型钢板的两侧并与下肋U型钢板有一定的距离；

在所述下肋U型钢板槽内且紧靠水平中空方钢管侧面焊接有加劲肋板；

所述组合空腹梁体系制备工艺为：

步骤一：下肋┴型方钢管结构结构预制加工：

在中空方钢管的上表面开一小于中空方钢管直径的孔洞，用于浇筑混凝土至方钢管内；在孔洞所在中空方钢管位置的两个侧面分别设置一相同大小的开口，用于下肋U型钢板穿过，同时在中空方钢管与下肋U型钢板相交底部板面出打孔，用于后期螺栓固定中空方钢管和下肋U型钢板；由此形成水平中空方钢管；

将另一根同规格的中空钢管垂直焊接在水平中空方钢管的孔洞位置处，从而形成下肋┴型方钢管结构；

在一大小同水平中空方管内径的加劲肋板上焊接若干栓钉形成带有栓钉的加劲肋板，然后将所述带有栓钉的加劲肋板分别焊接在水平中空方管两端且靠近孔洞的位置处；

利用自动栓钉焊接机在垂直中空方钢管的上端内部焊接若干栓钉；

步骤二：下肋U型钢板预制加工

将钢板加工形成U型,且U型钢板规格与下肋┴型方钢管的侧面开口相匹配，从而形成下肋U型钢板；

在下肋U型钢板的两个侧边上分别对应设置有月牙弧形，在下肋U型钢板槽内且位于月牙弧形两侧分别焊接一加劲肋板，下肋U型钢板槽内焊接的两块加劲肋板的间距与水平中空方钢管的外径相同；

在下肋U型钢板底部设置若干打孔，打孔位置及数量与水平中空方钢管底部打孔位置及数量相匹配；

步骤三：工地组装；

①支设下肋┴型方钢管支架，将下肋┴型方钢管设置于支架上，并将下肋U型钢板穿过水平中空方钢管的侧面孔洞；

②利用高强度螺栓将下肋┴型方钢管与下肋U型方钢管连接固定；

③对混凝土上肋及楼板支模；

步骤四：混凝土浇筑

①将混凝土通过下肋┴型方钢管顶部浇筑方钢管内部，且混凝土通过月牙弧形槽口浇筑至U型钢板两侧的方钢管加劲肋板内部；

②一体浇筑混凝土上肋及楼板；

③养护混凝土强度达到100％之后，拆除混凝土上肋、楼板及下肋┴型方钢管的支架；由此形成混凝土上肋、U型钢板、┴型钢管及┴型钢管内混凝土剪力键成形本发明所述的钢-混凝土组合空腹梁体系。

2.如权利要求1所述的一种钢-混凝土组合空腹梁体系，其特征在于：所述下肋┴型方钢管的水平中空钢管及下肋U型方钢管的两端支撑于框架梁或者承重墙上。

3.如权利要求1所述的一种钢-混凝土组合空腹梁体系，其特征在于：所述楼板、混凝土上肋及下肋┴型方钢管内混凝土一体浇筑成型为一整体。