CN108018978A - 大跨度混凝土四坡拟扁网壳屋盖结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大跨度混凝土四坡拟扁网壳屋盖结构及其制作方法，本发明的结构由均匀划分网格的四块密肋平板对角倾斜放置后在屋脊拱处交汇构成，屋脊拱及密肋平板再支承在边缘桁架上，边缘桁架为空腹桁架，屋盖周边带挑檐及其封口梁。结构的制作方法为现浇或预制装配，现浇时需用满堂模板浇筑全部构件的混凝土；预制装配时，边缘桁架及脊线拱现浇，密肋梁预制成十字架，与预制屋面板现场拼装后再部分现浇混凝土即完成屋盖制作。本发明的结构可用于公共建筑屋盖，实现用混凝土材料修建大跨度屋盖的目的，并可缓解壳体结构声音的集中现象，施工难度低，并减少屋盖的后期维护成本。

Description

大跨度混凝土四坡拟扁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，具体涉及采用钢筋混凝土材料修建建筑的四坡拟扁网壳屋盖结构及其制作方法。

背景技术

扁壳是指矢高与底面短边之比小于或等于1/5的壳体，是成熟的薄壁空间结构型式，通常用作建筑屋盖结构，具有占用建筑空间小、造型优美、排水性好等优点，但存在声学效果差和施工模板复杂的缺点。

当扁壳成型从球面截取时，称为球面扁壳；当采用曲母线在空间中沿两条曲准线移动成型时，称为双曲扁壳。肖炽等所作的算例表明，扁壳的中央区域主要受薄膜内力作用，四个边缘区域存在弯曲效应，而四个角隅区域的主拉应力较大 (肖炽，马少华，王伟成.空间结构设计与施工.南京：东南大学出版社，1993 年，P60)。因此混凝土扁壳的边缘和角隅区域通常需加厚壳体并加强配筋。目前，混凝土扁壳有现浇和预制装配两种施工方式。当采用现浇混凝土方式制作时，需一次性耗用大量模板。当采用预制装配方式制作时，预制壳板的网格划分通常按平行于边界或按同心圆划分网格(肖炽，马少华，王伟成.空间结构设计与施工.南京：东南大学出版社，1993年，P71)。按平行于边界划分网格时，预制壳板的形状也不完全一样，但由于对称，壳板预制时模板的消耗是可以降低的；按同心圆划分网格时，壳板安放后的接缝往往与主内力方向一致，不利于壳体受力。无论哪种网格划分方式，为消除壳体的应力集中现象，壳板均需制作成微弯曲平板，因此壳板预制时的制作难度是较大的。

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采用密肋平板交汇，形成类似于扁壳的四坡混凝土网壳结构，用于混凝土公共建筑的大跨度屋盖。与呈曲面形状的混凝土扁壳相比，占用建筑空间更小，消除了声音的集中现象，制作简便，缩短了工期。

为解决上述技术中结构的成型问题，本发明采用的技术方案是：运用两条相交直线构成构成平面的几何原理来构造屋盖，即将矩形密肋平板倾斜放置后，再绕其中的一条对角线旋转一定角度，得到屋盖的1/4平面，将4块旋转后的密肋平板的最低点置于同一水平面上，即可得到本发明的屋盖。每块密肋平板的两个相邻边位于屋盖边缘桁架的上弦上，另两个相邻边位于屋盖的脊线拱上。本发明的成型原理与扭壳是不同的，扭壳为双曲面，而本发明的壳体由平面组成。

为解决上述技术中屋盖的制作问题，本发明采用的技术方案一是：现浇混凝土制作拟扁网壳，具体实施步骤为：(1)搭设满堂脚手架。(2)安放肋及屋面板的模板。(3)绑扎肋及屋面板钢筋。(4)浇筑肋及屋面板混凝土。(5)混凝土达到设计强度后，拆除脚手架及模板。此技术方案需要采取措施控制混凝土现浇时的流淌问题。

为解决上述技术中屋盖的制作问题，本发明采用的技术方案二是：预制屋面板和十字形肋，现场进行拼装后，再现浇连接混凝土，具体实施步骤为：(1)预制屋面平板及十字形肋，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。(3)安放预制肋，连接肋端的纵筋，并绑扎连接区域的箍筋。(5)绑扎肋的顶面纵筋，安放肋连接区域的侧模。(6)安放预制屋面平板。(7)浇筑肋连接区域和肋顶的混凝土。(8)现浇混凝土达到设计强度后拆除脚手架。

本发明的有益效果是：(1)采用密肋平板在空间交汇出结构，实现了用混凝土材料修建大跨度空间网格屋盖结构的目的，屋盖的造型优美，具有浓郁的民族建筑造型特色。(2)与扁壳结构相比，本发明的网壳降低了对室内空间的占用，可减少采暖成本；室内顶棚为斜放平面网格，脚手架搭设时标高易于控制，模板制作和安放的难度均大大降低；结构成型后不会造成声音的集中现象，降低了声学处理成本。(3)本发明的网壳在边缘和角隅区域的承载力加强可通过调整肋的配筋实现，降低了施工难度。(4)采用本发明技术方案二，模板可周转使用，降低了模板的消耗，可大大减少施工工期，并消除大面积浇筑时混凝土的流淌问题，确保屋面的施工质量。本发明以屋盖顶点为控制点，将扁壳的空间曲面切割成四个平面，从而由四个平面的密肋板交汇出类似于扁壳的拟扁网壳屋盖，屋盖边缘和角隅区的承载力可由肋的配筋调整，屋盖的模板由曲面变为斜放平面，从而可大幅度降低屋盖的施工难度，减小模板消耗量，缓解屋盖声音的集中现象。

附图说明

图1为本发明一种混凝土四坡拟扁网壳屋盖结构的空间示意图；

图2为本发明一种混凝土四坡拟扁网壳屋盖结构的平面示意图，其中L₁和 L₂分别表示屋盖x和y方向的跨度；

图3为本发明一种混凝土四坡拟扁网壳屋盖结构的成型原理示意图，A、B、 C和D表示屋盖1/4平面的控制点，f₁和f₂分别表示边缘桁架的矢高，f为屋盖矢高；

图4为图2的A-A剖面示意图；

图5为图2的B-B剖面示意图；

图6为本发明一种混凝土四坡拟扁网壳屋盖结构的正交网格构造示意图，其中a、b为网格长度；

图7为肋与脊线拱的交汇示意图；

图8为肋与边缘桁架上弦的交汇示意图；

图9为挑檐封口示意图；

图10为预制屋面板示意图；

图11为预制十字形肋示意图；

图12为预制屋面板与十字形肋的空间关系示意图；

图13为预制肋的连接构造示意图；

图14为预制十字架的接头混凝土和肋顶面厚度δ范围肋的混凝土示意图。

附图标记说明：1-肋；2-屋面板；3-脊线拱；4-边缘桁架上弦；5-边缘桁架腹杆；6-边缘桁架下弦；7-挑檐封口梁；8-挑檐梁；9-框架柱。

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2，一种混凝土四坡拟扁网壳屋盖结构，由四块密肋平板对角倾斜交汇构成，四块密肋平板均由肋1和屋面板2组成，在空间交汇出脊线拱3，密肋平板的另两边支承在边缘桁架上弦4上，边缘桁架由上弦4、腹杆5和下弦 6组成，边缘桁架再支承在框架柱9上。屋盖周边的挑檐由挑檐梁8和封口梁7 组成。

参阅图3，所述一种混凝土四坡拟扁网壳屋盖结构在成型时，以A点为最低点，将1/4平面的密肋平板沿连线AD倾斜放置，D点距A点的垂直距离为屋盖矢高f，再将密肋平板绕连线AD旋转，其中B点与A点的垂直距离为f₁，C点与A点的垂直距离为f₂，四块密肋平板在空间按相同方式搁置，即可形成本发明的一种混凝土四坡拟扁网壳屋盖结构。

参阅图2和图4，脊线拱3在平面上交汇成十字形，拱脚支承在边缘桁架的上弦4上，脊线拱3的截面高度大于肋1的截面高度。

参阅图2和图5，屋盖密肋平板在边缘支承在三角形边缘桁架上，边缘桁架的梁端支承在框架柱9上。图5仅示意屋盖密肋平板的边缘支承结构，并非限制了本发明的边缘支承结构形式，采用有斜腹杆的三角形桁架、砌体墙或混凝土墙等边缘支承结构形式，均在本发明的保护范围内。

参阅图2和图6，一种混凝土四坡拟扁网壳屋盖结构的屋盖网格，由肋1交叉组成，网格形式有正交正放、正交斜放、斜交斜放和三向网格。

参阅图2和图7，一种混凝土四坡拟扁网壳屋盖结构的屋盖网格，

参阅图7至图9，密肋平板在脊线拱处的顶标高定位按脊线拱顶标高，在边缘桁架处的顶标高定位按边缘桁架上弦顶标高，边缘桁架的上弦顶面为斜面，挑檐封口梁需高出屋面板。

本发明需在框架柱9的混凝土已浇筑至边缘桁架6的下弦底标高后再实施。

本发明的实施例1：采用现浇混凝土方式进行制作，具体施工步骤为：

(1)搭设满堂脚手架。安放边缘桁架下弦6的底模，绑扎下弦6及腹杆5 的钢筋笼，安放下弦6和腹杆5的侧模。

(2)浇筑下弦6的混凝土，待其初凝后浇筑腹杆5的混凝土。

(3)在满堂脚手架上安放边缘桁架上弦4、脊线拱3、肋1及屋面板2的模板。

(4)绑扎边缘桁架上弦4、脊线拱3、肋1及屋面板2的钢筋。

(5)参阅10，按3m～5m的间距划分混凝土浇筑区域，并在浇筑前按1m 间距在屋面板2上设置钢丝网隔板，1/4平面从屋盖最低点A开始向上推进混凝土的浇筑，且四块密肋板对称浇筑混凝土。

(6)现浇混凝土达到设计强度后，拆除脚手架及模板。

本发明的实施例2：采用预制装配方式制作屋盖，具体实施步骤为：

(1)参阅图11和图12，在地面采用定型化模板进行预制屋面板2、由肋1 组成的十字形架的预制。十字架制作时，屋面板2厚度δ范围内的混凝土不浇筑，十字架的中心节点处，混凝土每边需凸出肋侧面不小于50mm，用于预制屋面板 2的安放。

(2)搭设满堂脚手架。安放边缘桁架下弦6的底模，绑扎下弦6及腹杆5 的钢筋笼，安放下弦6和腹杆5的侧模。

(3)浇筑下弦6的混凝土，待其初凝后浇筑腹杆5的混凝土。

(4)安放边缘桁架上弦4、脊线拱3的模板并绑扎其钢筋笼。

(5)在由肋1组成的预制十字架接头位置安放接头底模后，安放由肋1组成的预制十字架，校正位置后连接肋上预留纵筋，安放接头的侧模。

(6)参阅图13，安放预制屋面板2，校正位置后绑扎肋1的顶面纵筋。

(7)参阅图14，浇筑预制十字架的接头混凝土和肋1顶面厚度δ范围肋的混凝土，并同步浇筑边缘桁架上弦4、脊线拱3的混凝土。

(8)现浇混凝土达到设计强度后拆除脚手架及相关模板。

本发明实施例1制作的混凝土四坡拟扁网壳刚度较好，但需要满堂模板，且需严格控制混凝土的坍落度，混凝土浇筑区域的划分由现场试验确定，钢丝网隔板的作用在于阻止浇筑时混凝土的流淌，需安放可靠。

本发明实施例2制作的混凝土四坡拟扁网壳的施工速度快，预制十字架在制作时，接头处需预留齿槽，顶面需拉毛。现浇混凝土的强度等级需比预制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 (6)

1.一种大跨度混凝土四坡拟扁网壳屋盖结构，其特征在于：结构由四块密肋平板角点倾斜放置后交汇成四坡拱形结构，屋盖周边支承在边缘桁架上，密肋平板的交汇线为双坡脊线拱梁，屋盖带密肋挑檐及其封口梁。

2.根据权利要求1所述的大跨度混凝土四坡拟扁网壳屋盖结构，其特征在于：所述的密肋平板的平面形状为矩形，网格为正交或三向网格，且每边的网格数均大于5格。

3.根据权利要求2所述的大跨度混凝土四坡拟扁网壳屋盖结构，其特征在于：网格边长在1.2m～2.0m。

4.一种如权利要求1所述的大跨度混凝土四坡拟扁网壳屋盖结构的制作方法，其特征在于：在满堂模板上浇筑全部构件的混凝土进行制作。

5.根据权利要求4所述的大跨度混凝土四坡拟扁网壳屋盖结构的制作方法，其特征在于：采用预制十字形梁架与预制屋面平板进行现场拼装，再部分现浇混凝土进行装配式制作。

6.根据权利要求5所述的大跨度混凝土四坡拟扁网壳屋盖结构的制作方法，其特征在于：所述预制屋面平板的四角进行倒角；所述预制十字形梁架在预制时，肋上平板厚度范围内的混凝土不浇筑。