CN107916740A - 装配式大跨度混凝土双坡网壳屋盖结构及其制作方法 - Google Patents

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宋勇
杨碧超
卢亚琴
陈红鸟
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Abstract

本发明公开了一种装配式大跨度混凝土双坡网壳屋盖结构及其制作方法，本发明的结构由斜放密肋平板在屋脊梁处交汇构成，两端支承在山墙端隔上，坡脚支承在与抗推结构垂直相交的纵向边框架梁上，屋脊梁下不设支承结构。山墙端隔是由上弦、下弦和竖腹杆组成的三角形空腹桁架，抗推结构由框架柱和支承在下部楼层梁上的短肢剪力墙组成。结构制作采用装配式方法，屋面板及肋预制后安放在满堂脚手架上，通过现浇连接块及板、肋连接混凝土的浇筑将预制构件连为整体。本发明的结构用于公共及居住建筑的双坡屋盖，可以降低材料用量，提高屋盖下大空间的利用率，并克服大面积斜置混凝土现浇时的流淌问题，减小模板用量，缩短工期。

Description

装配式大跨度混凝土双坡网壳屋盖结构及其制作方法
技术领域
本发明属于建筑混凝土结构技术领域，具体涉及框架结构中，采用钢筋混凝土材料修建建筑装配式大跨度双坡屋盖的结构型式及其制作方法。
背景技术
坡屋盖是我国传统建筑的典型标志，在现代混凝土公共与居住建筑中有大量应用。坡屋盖既具有排水良好、抗渗防漏的优点，又可使建筑立面丰富、提高顶层空间的利用率，并可改善顶层的居住环境。
现行双坡屋盖的常用结构型式为普通梁板结构，即除屋盖周边需要支承外，还需在屋脊下设置砌体墙或框架梁来支承屋脊，从而影响了对建筑顶层空间的使用，致使双坡屋盖下不能形成大空间，其施工方法一般为现浇混凝土施工，大面积浇筑时存在混凝土流淌不易控制的问题，致使浇筑后冷缝较多，混凝土的密实度、离析度等质量问题不易解决。刘一威等取消屋脊梁后，主要利用三角形拱架来支承斜放的屋面板，三角形拱架需根据顶层横墙的位置设置，屋盖的推力主要由三角形拱架的下弦来平衡，下弦在室内的暴露需用隔墙来遮盖，因此屋盖下不能形成有效的大空间(刘一威.钢筋混凝土坡屋顶的结构设计.建筑科学，2007年第23卷第9期，P70～77)。根据荷载的传递原则，这种结构实际上是将屋盖的空间结构简化成了平面结构。畅君文等通过纵向次梁将屋盖荷载传递至横向拱架上，也取消了屋脊下的支承结构，但本质上屋盖仍然是单向普通梁板结构，屋盖推力需由边框架柱承担(畅君文，夏锦红.现代混凝土坡屋面结构设计.建筑科学，2008年第24卷第5期，P1-4)。上述两种结构由于构件尺寸较大，可靠的施工方法是现浇混凝土完成施工，因此存在斜屋面浇筑混凝土的通病。
因此，现有技术依然存在不足之处。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为公共与居住建筑的双坡屋盖提供一种装配式大跨度混凝土双坡网壳结构，与现有普通梁板式双坡屋盖相比，因具有良好的空间受力性能而能降低材料用量；因屋脊下不设支承结构而可形成顶层大空间，提高了建筑顶层的空间利用率；因采用预制构件装配化制作而减少了模板消耗量，缩短了建设工期，降低了混凝土斜置的浇筑难度。
为解决上述技术中屋盖的构成问题，本发明采取的技术方案是：利用正交正放网格的密肋平板斜置交汇成拱形屋盖结构，将屋盖坡脚支承于纵向边框架梁上，屋盖两端支承在山墙端隔上，以形成双坡网壳屋盖的周边支承。屋盖荷载经过纵、横向肋的分配后主要以推力的形式传递至抗推结构上。
为解决上述技术中屋盖的制作问题，本发明采取的技术方案是：屋面平板及肋均预制成形，但肋上平板厚度范围内的混凝土留待现浇。现场安放预制构件后，通过现浇连接块连接预制肋，再通过肋上预留位置的混凝土现浇最终将预制构件连为整体。具体制作步骤为：(1)预制屋面平板及肋，但肋上需预留出构件安放后屋面板厚度范围内的混凝土浇筑厚度。(2)搭设满堂脚手架，安放现浇连接块的底模。(3)安放预制肋，对肋底伸出的预留纵筋在现浇连接块内搭接焊，绑扎现浇连接块钢筋笼，安放现浇连接块的4个侧模。(4)绑扎肋面纵筋，安放预制屋面平板。(5)浇筑现浇连接块和预制平板厚度范围内的肋上混凝土。
本发明的有益效果是：(1)用空间网格结构实现了混凝土双坡屋盖的构型，满足传统坡屋面建筑的造型需求，可用于公共及居住建筑的屋盖，并可用于仿古建筑，对古建筑的原样重建具有重要应用价值。(2)屋盖顶棚美观，又由于取消了屋脊下的支承结构，为屋盖下大空间的利用提供了方便，例如可用于高速公路收费站等开敞式建筑，与钢结构相比，明显降低了建筑使用期内结构防锈防腐的维护成本。(3)本发明利用密肋板的双向传力性能，将部分荷载传递至山墙端隔上，又通过抗推结构主要传递屋盖推力，减小了对屋盖纵向边框架梁的推力影响。屋盖具有良好的空间工作性能，可用在12m～30m跨建筑屋盖上。(4)屋盖具有良好的技术经济指标，肋的截面高度可按屋盖跨度的1/35～1/50采用，如在24m跨屋盖中，计算恒载为3.1kN/m2条件下，肋的截面高度为500mm，包含屋面板的屋盖折算混凝土厚度为191mm/m2，为跨度的1/125；钢筋折算用量为43.0kg/m2，与梁板式坡屋盖相比，具有明显的技术经济指标优势。(5)屋盖采用装配化的制作方法，与现浇坡屋面相比，大幅度降低了模板的消耗、缩短了工期，有效消除了斜置大屋面现浇混凝土的流淌问题，从而可确保屋面混凝土的施工质量。
密肋平板具有良好的双向传力性能，主要用于楼板。本发明通过密肋平板在脊线处交汇出双坡混凝土网壳，从而取消了屋脊下的支承结构，双坡网壳的两端支承于山墙端隔上，坡脚支承在纵向边框架梁上，并在网壳坡脚主肋处设置抗推结构传递屋盖推力。本发明的网壳具有良好的空间受力性能，有效降低了材料用量，提高屋盖下大空间的利用率。网壳的肋及屋面板预制后安放就位，现场浇筑连接混凝土，降低了施工模板用量和混凝土浇筑难度，缩短了工期。
附图说明
图1为本发明一种装配式混凝土双坡网壳屋盖结构的空间示意图；
图2为本发明一种装配式混凝土双坡网壳屋盖结构的平面示意图；
图3为图2的A-A剖面示意图；
图4为图2的B-B剖面示意图；
图5为屋面网格构造示意图；
图6为斜向肋与屋脊交汇示意图；
图7为斜向次肋与纵向边框架梁交汇示意图；
图8为屋面排水天沟构造示意图；
图9为斜向肋与屋檐平梁的交汇示意图；
图10为山墙端隔的基本构造示意图；
图11为山墙的立面处理示意图；
图12为屋盖抗推结构的空间示意图；
图13为预制屋面平板的平、剖面示意图；
图14为预制肋的立面示意图及截面示意图，其中单虚线示意现浇混凝土的轮廓线；
图15为预制屋面平板、预制肋及现浇连接块安放的空间位置示意图；
图16为预制肋的底纵筋连接示意图；
图17为预制肋的肋顶纵筋构造示意图
附图标记说明：1-平置次肋；2-；斜置次肋；3-斜置主肋；4-预制屋面平板；5-屋脊梁；6-纵向边框架梁；7-屋檐平梁；8-屋檐斜梁；9-框架柱；10-抗推墙；11-山墙端隔上弦；12-山墙端隔腹杆；13-山墙端隔下弦；14-下部楼层横向框架梁；15-山墙端隔构造梁柱；16-排水天沟；17-预制肋的肋顶纵筋；18-现浇连接块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的任何限制。
参阅图1和图2，一种装配式双坡网壳屋盖结构由斜放密肋平板、屋脊梁5、山墙端隔、纵向边框架梁6和抗推结构组成，所述密肋平板包括预制屋面平板4、平置次肋1、斜置次肋2和斜置主肋3。
参阅图3和图4，斜置主肋2为等截面肋，斜置主肋3与所述抗推结构的抗推墙10平面内连接，斜置主肋3的根部需根据其内力加高截面。
参阅图5，所述密肋平板在网格交点处需采用现浇连接块18连接肋。
参阅图6～图8，屋盖坡顶的标高定位按屋脊梁5的顶标高，坡脚的标高定位按屋檐平置梁7。纵向边框架梁6的顶面是斜面。当有组织排水，排水天沟16应与纵向边框架梁6整体浇筑混凝土。
参阅图10和图11，所述山墙端隔包括山墙端隔上弦11、腹杆12和下弦13，为装饰建筑山墙而设置的山墙端隔构造梁柱15，均在本发明的保护范围内。
参阅图12，所述抗推结构由框架柱9和抗推墙10组成，抗推墙10需支承在下部楼层横向框架梁14上。
本发明需在下部楼层(下部楼层横向框架梁14所在楼层)的混凝土浇筑完成后实施，具体实施步骤为：
(1)参阅图13和图14，在地面采用定型化模板进行预制屋面平板4、平置次肋1、斜置次肋2和斜置主肋3的预制，上述肋在预制时，屋面板厚度δ范围内的混凝土不浇筑。
(2)绑扎框架柱9和抗推墙10的钢筋，在下部楼层上安放其模板并浇筑混凝土至山墙端隔下弦13的底标高处；
(3)安放山墙端隔下弦13的模板，绑扎山墙端隔下弦13和腹杆12的钢筋，并安放山墙端隔下弦13的侧模和腹杆12的模板，浇筑混凝土至山墙端隔上弦11的底标高处；
(4)安放山墙端隔上弦11、纵向边框架梁6、屋脊梁5的底模，并绑扎其钢筋；
(5)在下部楼层上搭设满堂脚手架，参阅图15，在屋面网格节点处安放现浇连接块18的底模；
(6)参阅图15，安放平置次肋1、斜置次肋2和斜置主肋3，校正位置后，参阅图16，对上述肋的底纵筋进行搭接焊，安放现浇连接块18的侧模和山墙端隔上弦11、纵向边框架梁6、屋脊梁5的侧模；
(7)参阅图16和图17，绑扎现浇连接块18的钢筋，安放预制屋面平板4并校正其位置；
(8)参阅图17，绑扎平置次肋1、斜置次肋2和斜置主肋3的面纵筋17；
(9)参阅图14和图15，浇筑山墙端隔上弦11、纵向边框架梁6、屋脊梁5、现浇连接块18及平置次肋1、斜置次肋2和斜置主肋3在δ范围内的混凝土。
(10)现浇混凝土的强度达到设计强度后，拆除全部模板及脚手架。
在采用上述步骤制作本发明的网壳屋盖时，所述预制屋面平板4和平置次肋1、斜置次肋2和斜置主肋3的截面尺寸需按结构计算确定；所述预制屋面平板4的四角需倒角；所述现浇连接块18的侧模制作需满足预制屋面平板4的安装支承要求并能承受施工荷载；所述预制屋面平板4、平置次肋1、斜置次肋2和斜置主肋3的端部截面在安装前应剔毛；所述现浇混凝土的强度等级应比设计采用的混凝土强度等级高一级。
尽管上述结合附图对本发明的优先实施例进行了描述，但上述具体实施方式仅仅是示意性的，而并非是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的宗旨启示下，在不脱离本发明的权利保护范围内所做出的变通，均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种装配式大跨度混凝土双坡网壳屋盖结构，其特征在于：结构由两大块密肋平板斜置交汇成双坡拱形结构，交汇线为屋脊梁，斜向分主肋和次肋，斜向主肋在坡脚支承于抗推结构上，斜向次肋在坡脚支承于纵向边框架梁上，屋盖两端支承在山墙端隔上；屋脊梁下不设支承结构，纵向边框架梁与抗推结构垂直相交。
2.根据权利要求1所述的装配式大跨度混凝土双坡网壳屋盖结构，其特征在于：所述的两大块密肋平板的平面形状为矩形，网格为正交正放、正交斜放或斜交斜放，主肋间的网格数和斜向的网格数均大于5格。
3.根据权利要求2所述的装配式大跨度混凝土双坡网壳屋盖结构，其特征在于：所述网格边长在1.2m～2.0m。
4.根据权利要求1所述的装配式大跨度混凝土双坡网壳屋盖结构，其特征在于：所述的抗推结构由框架柱及支承于下部楼层框架梁上的短肢剪力墙组成。
5.根据权利要求1所述的装配式大跨度混凝土双坡网壳屋盖结构，其特征在于：所述的山墙端隔是由上弦、下弦和腹杆组成的三角形空腹桁架。
6.根据权利要求1所述的装配式大跨度混凝土双坡网壳屋盖结构，其特征在于：采用预制构件并部分现浇混凝土进行装配化制作安装；肋的连接依靠现浇连接块，部分现浇混凝土包含连接块的混凝土和肋上预留的浇筑位置。
7.一种如权利要求1所述的装配式大跨度混凝土双坡网壳屋盖结构的制作方法，其特征在于：所述的预制构件包含预制屋面平板和肋；所述预制平板的四角在预制时需倒角，肋的预制混凝土不包含肋上平板厚度范围内的混凝土。
8.根据权利要求5所述的装配式大跨度混凝土双坡网壳屋盖结构的制作方法，其特征在于：现浇连接块的平面形状为8边形，侧模只需安放在预制平板的角部，共4块；所述侧模制作时需考虑预制平板的施工支承问题。
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