CN108518007A - 大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖，包括外框及多个空腹桁架，所述外框至少包括平行设置的上边框及下边框，所述空腹桁架正交正放或正交斜放在所述外框内，所述空腹桁架包括上弦杆及下弦杆，所述下弦杆的端部连接于所述下边框，所述上弦杆的端部连接于所述上边框，且所述上弦杆从两端到中心的坡度升高，使得所述上弦杆与所述下弦杆围成空腹结构。本发明的外框及以正交正放或者正交斜放的方式设置在外框内的空腹桁架均采用混凝土制成，与轻钢相比具有更高的耐久性，不需要定期更换，同时由于其性能相对于轻钢而言更加稳定，甚至可以不用定期检查。

Description

大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖

技术领域

本发明涉及建筑技术领域，具体涉及一种大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖。

背景技术

大跨度四坡水屋盖，体现了多层建筑的民族风情，一般多层建筑的底下几层均采用大柱网9m或12m的框架结构，它由四根柱和梁围合形成，再在此框架结构内划分房间，确定使用功能。该框架结构到顶层的楼盖只有周边框架柱继续上升，中间柱则到楼盖位置，从而使多层框架结构到顶层形成大跨度楼盖作公共建筑使用，例如远动、展厅、会议等，此大跨度屋盖一般作成四坡水的屋盖，其四坡水屋盖一般采用钢结构，如钢桁架、钢框架或钢网架，采用轻钢结构有如下不足：其一：钢结构需要定期保养；其二：屋面的钢彩板耐久性达不到使用年限，需定期更换；其三：此类结构需作吊顶处理，增加造价。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明实施例提供了一种大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖，包括：

外框，所述外框至少包括平行设置的上边框及下边框；及

多个空腹桁架，所述空腹桁架正交正放或正交斜放在所述外框内，所述空腹桁架包括上弦杆及下弦杆，所述下弦杆的端部连接于所述下边框，所述上弦杆的端部连接于所述上边框，且所述上弦杆从两端到中心的坡度升高，使得所述上弦杆与所述下弦杆围成空腹结构。

作为所述大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖的进一步可选方案，所述外框为方形结构。

作为所述大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖的进一步可选方案，所述外框的边长被均分为偶数段，使得所述空腹桁架在所述外框的对称线处正交。

作为所述大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖的进一步可选方案，所述外框的边长被均分为八段，所述空腹桁架包括自所述对称线向两边彼此平行且间隔布置的第一空腹桁架、第二空腹桁架、第三空腹桁架及第四空腹桁架。

作为所述大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖的进一步可选方案，所述第一空腹桁架、所述第二空腹桁架、所述第三空腹桁架及所述第四空腹桁架被均分为八个节段，且在长度方向上为对称结构，所述第一空腹桁架从中心到端部倾斜设置，所述第二空腹桁架从所述中心往两端方向的第一个节段水平，其余节段倾斜设置，所述第三空腹桁架从所述中心往两端方向的前两个节段水平，其余节段倾斜设置，所述第四空腹桁架从所述中心往两端方向的前三个节段水平，其余节段倾斜设置，所述第一空腹桁架、所述第二空腹桁架、所述第三空腹桁架及所述第四空腹桁架倾斜段的倾斜角度一致

作为所述大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖的进一步可选方案，所述外框为矩形结构。

作为所述大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖的进一步可选方案，所述外框的长边及短边按相同尺寸均匀分割成若干段，使得所述空腹桁架以45度角正交斜放在所述外框内。

作为所述大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖的进一步可选方案，所述外框的长边被均分为十五段，所述外框的短边被均分为九段，所述空腹桁架包括与所述长边及短边连接的第一空腹桁架、第二空腹桁架、第三空腹桁架、第四空腹桁架、第五空腹桁架、第六空腹桁架、第七空腹桁架及第八空腹桁架和与所述长边及长边连接的第九空腹桁架。

作为所述大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖的进一步可选方案，所述第一空腹桁架、所述第二空腹桁架、所述第三空腹桁架、所述第四空腹桁架、所述第五空腹桁架、所述第六空腹桁架、所述第七空腹桁架、所述第八空腹桁架及所述第九空腹桁架为对称结构，且从中心到两端倾斜设置。

作为所述大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖的进一步可选方案，所述空腹桁架的上弦杆相互正交形成上弦网格，所述上弦网格与四个坡面的混凝土屋面板整体成型

本发明的有益效果：

依据以上实施例中大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖，由于外框及以正交正放或者正交斜放的方式设置在外框内的空腹桁架均采用混凝土制成，与轻钢相比具有更高的耐久性，不需要定期更换，同时由于其性能相对于轻钢而言更加稳定，甚至可以不用定期检查。另外，由于上弦杆的造型设置，使得上弦杆与下弦杆围成空腹结构，从而提到了整个屋盖的结构强度及刚度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了根据本发明实施例一所提供的一种大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例一所提供的另一种大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖的结构示意图；

图3示出了图1的网格布置图；

图4示出了图2的网格布置图；

图5示出了图3脱模后的屋盖图；

图6示出了根据本发明实施例一所提供的一种大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖的第一空腹桁架的结构示意图；

图7示出了根据本发明实施例一所提供的一种大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖的第二空腹桁架的结构示意图；

图8示出了图5进行采光后的屋盖图；

图9示出了根据本发明实施例二所提供的一种大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖的结构示意图；

图10示出了图9的网格布置图；

图11示出了图10脱模后的屋盖图；

图12示出了图10的剖面图，其中图12a为沿长边方向的剖面图，图12b为沿短边方向的剖面图；

图13示出了各空腹桁架的结构示意图，其中图13a为第九空腹桁架的结构示意图，图13b为第八空腹桁架的结构示意图，图13c为第七空腹桁架的结构示意图，图13d为第六空腹桁架的结构示意图，图13e为第五空腹桁架的结构示意图，图13f为第四空腹桁架的结构示意图；

图14示出了根据本发明实施例二所提供的一种大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖的网格节点的正交图；

图15根据本发明实施例二所提供的一种大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖的另一网格节点的正交图。

主要元件符号说明：

100-外框；200-空腹桁架；110-上边框；120-下边框；201-上弦杆；202-下弦杆；210-第一空腹桁架；220-第二空腹桁架；230-第三空腹桁架；240-第四空腹桁架；250-第五空腹桁架；260-第六空腹桁架；270-第七空腹桁架；280-第八空腹桁架；290-第九空腹桁架。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

本实施例一提供了一种大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖。

请一并参考图1-5，该大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖包括外框100及多个空腹桁架200。

其中，外框100至少包括平行设置的上边框110及下边框120。空腹桁架200正交正放或正交斜放在外框100内，空腹桁架200包括上弦杆201及下弦杆202，下弦杆202的端部连接于下边框120，上弦杆201的端部连接于上边框110，且上弦杆201从两端到中心的坡度升高，使得上弦杆201与下弦杆202围成空腹结构。

如此，由于外框100及以正交正放或者正交斜放的方式设置在外框100内的空腹桁架200均采用混凝土制成，与轻钢相比具有更高的耐久性，不需要定期更换，同时由于其性能相对于轻钢而言更加稳定，甚至可以不用定期检查。另外，由于上弦杆201的造型设置，使得上弦杆201与下弦杆202围成空腹结构，能够在各个方向保证屋盖的受力均匀，从而提到了整个屋盖的结构强度及刚度。

在本实施中，外框100为方形结构，此时由于外框100的形状构造规则，此时空腹桁架200可以以正交正放或者正交斜放的方式设置在外框100内。下面将以正交正放的方式为例作出说明。

请继续参考图1-5，外框100的边长被均分为偶数段，这样可使得空腹桁架200在外框100的对称线处正交，进而使得屋盖的顶部具有一相交点，此时屋盖以该相交点为中心点，其所受到的力以该中心点向四周均匀传播，以保证屋盖各个方向的受力均匀，从而保证整个屋盖的结构强度及刚度。

在一些具体的实施方式中，参考图1及3，以边长为18m的外框100为例(当然还可以设置成其它尺寸，例如27、24或者36等，其它尺寸可按照如下描述的内容进行同样设置)，该外框100可由四个边长为9m的大柱网对接而成，此时整个空腹网架的边长为18m，将该边长均分成八段，即针对单个大柱网而言，其每条边具有等分的三个等分点，针对整个空腹网架而言，其每条变具有等分的七个等分点，此时空腹桁架200就是连接在相对边所对应的等分点之间，当空腹桁架200布满整个外框100时，空腹桁架200就是以正交正放的方式设置在外框100内。

此处，空腹桁架200包括自对称线向两边彼此平行且间隔布置的第一空腹桁架210、第二空腹桁架220、第三空腹桁架230及第四空腹桁架240。

可以理解的是，为了完成正交且对称布置，外框100内需要布置两根第一空腹桁架210、四根第二空腹桁架220、四根第三空腹桁架230及四根第四空腹桁架240。

同时，为了达到空腹桁架200之间的正交以及形成空腹结构，上述第一空腹桁架210、第二空腹桁架220、第三空腹桁架230及第四空腹桁架240可以经过下述处理。

第一空腹桁架210、第二空腹桁架220、第三空腹桁架230及第四空腹桁架240被均分为八个节段，且在长度方向上为对称结构，第一空腹桁架210从中心到端部倾斜设置，第二空腹桁架220从中心往两端方向的第一个节段水平，其余节段倾斜设置，第三空腹桁架230从中心往两端方向的前两个节段水平，其余节段倾斜设置，第四空腹桁架240从中心往两端方向的前三个节段水平，其余节段倾斜设置，第一空腹桁架210、第二空腹桁架220、第三空腹桁架230及第四空腹桁架240倾斜段的倾斜角度一致。

更具体的说，空腹桁架200的上述设置是针对空腹桁架200的上弦杆201而言的，空腹桁架200的下弦杆202可以不作类似设置，而保持水平结构，也即下弦杆202为一条直杆。这样当将所有的空腹桁架200都连接到外框100对应的等分点上后，空腹桁架200正交在一起形成一网格结构，该网格结构以对应等分点的连线的交叉点为网格节点，无论是上弦杆201还是下弦杆202都在该网格节点处正交。

换个角度来说，整个外框100的中心点为两个第一空腹桁架210的交叉点，以该交叉点向下看，整个网格结构形成五层结构，请结合参考图6-7，最上层为两个第一空腹桁架210的交叉点，最下层为外框100所在平面，中间各层具有相同坡度的降低。

由此，当采用上述结构类型的屋盖时，其所受到的力以两个第一空腹桁架210的交叉点向四周均匀传播，以保证屋盖各个方向的受力均匀，从而保证整个屋盖的结构强度及刚度。同时，该结构的空腹率极大，是优良的自动喷淋和空调线管设备层。

另外，针对上述结构的屋盖，空腹桁架200的上弦杆201相互正交形成上弦网格，该上弦网格可以与四个坡面的混凝土屋面板整体成型，既提高结构的强度和刚度，又形成永不更换的屋面板。

此外，下弦杆202相互正交所形成下线网格既是结构承重的主要受力构件，又是吊顶造型，这样可以节省吊顶的造价。

请一并参考图8，当屋盖中央需要采光时，采光部分可作成等高平放，换言之可将屋盖的顶部削去一部分，以便采光。

除以上所述外，针对边长的其它尺寸可以按照上述方式预先划分好边长的等分点，以设定空腹桁架200的数量及构造。

另外，针对方向外框100而言，可以预见的是，将前面介绍的各个空腹桁架200正交斜放在外框100内也可以达到相同的效果，在此不再赘述。至于正交斜放的具体方式可参见下文中的实施例二所述。

实施例二

本实施例二提供了一种大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖。

与实施例一不同的是，本实施例中的外框100为矩形框，其与方形框相比存在以下区别。

当屋盖平面为方形或其长边尺寸(Lx)与跨度即短边(Ly)尺寸之比Lx/Ly＜1.5时，其正交的两个方向的空腹桁架200受力基本均匀，其网格结构可采用实施例一中的正交正放空腹网架，当空腹网架平面为矩形，且长边(Lx)与短边(Ly)尺寸之比Lx/Ly＞1.5时，若仍采用正交正放方式，其两个方向空腹桁架200受力极不均匀，如Lx/Ly＝2时，沿短边(Ly)方向空腹桁架200传递屋盖荷载87.5％，长边方向(Lx)仅传递屋盖荷载12.5％，两个方向空腹桁架200受力极不均匀，将造成建筑材料大幅度的增大，当长、短(跨度)之比Lx/Ly＞1.5后，空腹网架的力学模型为“单向板”，其网格组成应由“正交正放”改为“正交斜放”，即正交的两个方向有坡度的空腹桁架200按照45度夹角斜放，遵循“单向板”的力学模型，达到受力均匀，节约建材的功效。

请参考图9-13，在一些具体的实施方式中，以长边为54m、短边为32.4m的外框100为例来进行展开说明，此时将长边及短边按相同尺寸均匀分割成若干段，使得空腹桁架200以45度角正交斜放在外框100内。

具体而言，可将外框100的长边均分为十五段，外框100的短边均分为九段，空腹桁架200包括与长边及短边连接的第一空腹桁架210、第二空腹桁架220、第三空腹桁架230、第四空腹桁架240、第五空腹桁架250、第六空腹桁架260、第七空腹桁架270及第八空腹桁架280和与长边及长边连接的第九空腹桁架290。

此时，可以理解的是，长边上具有十四个等分点，而短边具有八个等分点，在设置空腹桁架200时，以外框100的一对对角来说明。设置空腹桁架200时，沿着从一个角到与之相对的对角的方向来进行，空腹桁架200对应连接在等分点之间，此时前八个空腹桁架200的长度依次增大，从第九个空腹桁架200开始到十五个空腹桁架200的长度达到最大且长度相同，接着从第十六个空腹桁架200到第二十三个空腹桁架200的长度又依次变小。因此，为了使得空腹桁架200能够以正交斜放的方式布满整个外框100，则需要四十六根空腹桁架200。

为了便于与前文相对应，将前八个空腹桁架200依次称为第一空腹桁架210、第二空腹桁架220、第三空腹桁架230、第四空腹桁架240、第四第五空腹桁架250、第六空腹桁架260、第七空腹桁架270及第八空腹桁架280，将中间的空腹桁架200称为第九空腹桁架290，此时可以知道的是，第一空腹桁架210、第二空腹桁架220、第三空腹桁架230、第四空腹桁架240、第五空腹桁架250、第六空腹桁架260、第七空腹桁架270及第八空腹桁架280各包括四个，而第九空腹桁架290则包括十四个。

请参考图13，为了保证空腹桁架200在每个网格节点(网格节点的定义参考实施例一)无论是下弦杆202还是上弦杆201都能正交，前述第一空腹桁架210、第二空腹桁架220、第三空腹桁架230、第四空腹桁架240、第四第五空腹桁架250、第六空腹桁架260、第七空腹桁架270及第八空腹桁架280，将中间的空腹桁架200称为第九空腹桁架290为对称结构，且从中心到两端倾斜设置。

请参考图14，空腹桁架200在外框100的内部的网格节点所形成的正交呈“十”字形，各空腹桁架200之间均为90度。

请参考图15，空腹桁架200与外框100的边上的网格节点所形成的正交则有所不同，此时由于正交斜放，使得空腹桁架200与边之间具有45度的夹角。

至此，通过正交斜放的方式，使得针对矩形的外框100也能达到各个方向受力均匀的目的。

其它特征及优点请参考实施例一，在此不再赘言。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖，其特征在于，包括：

外框，所述外框至少包括平行设置的上边框及下边框；及

多个空腹桁架，所述空腹桁架正交正放或正交斜放在所述外框内，所述空腹桁架包括上弦杆及下弦杆，所述下弦杆的端部连接于所述下边框，所述上弦杆的端部连接于所述上边框，且所述上弦杆从两端到中心的坡度升高，使得所述上弦杆与所述下弦杆围成空腹结构。

2.如权利要求1所述的大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖，其特征在于，所述外框为方形结构。

3.如权利要求2所述的大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖，其特征在于，所述外框的边长被均分为偶数段，使得所述空腹桁架在所述外框的对称线处正交。

4.如权利要求3所述的大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖，其特征在于，所述外框的边长被均分为八段，所述空腹桁架包括自所述对称线向两边彼此平行且间隔布置的第一空腹桁架、第二空腹桁架、第三空腹桁架及第四空腹桁架。

5.如权利要求4所述的大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖，其特征在于，所述第一空腹桁架、所述第二空腹桁架、所述第三空腹桁架及所述第四空腹桁架被均分为八个节段，且在长度方向上为对称结构，所述第一空腹桁架从中心到端部倾斜设置，所述第二空腹桁架从所述中心往两端方向的第一个节段水平，其余节段倾斜设置，所述第三空腹桁架从所述中心往两端方向的前两个节段水平，其余节段倾斜设置，所述第四空腹桁架从所述中心往两端方向的前三个节段水平，其余节段倾斜设置，所述第一空腹桁架、所述第二空腹桁架、所述第三空腹桁架及所述第四空腹桁架倾斜段的倾斜角度一致。

6.如权利要求1所述的大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖，其特征在于，所述外框为矩形结构。

7.如权利要求6所述的大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖，其特征在于，所述外框的长边及短边按相同尺寸均匀分割成若干段，使得所述空腹桁架以45度角正交斜放在所述外框内。

8.如权利要求7所述的大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖，其特征在于，所述外框的长边被均分为十五段，所述外框的短边被均分为九段，所述空腹桁架包括与所述长边及短边连接的第一空腹桁架、第二空腹桁架、第三空腹桁架、第四空腹桁架、第五空腹桁架、第六空腹桁架、第七空腹桁架及第八空腹桁架和与所述长边及长边连接的第九空腹桁架。

9.如权利要求8所述的大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖，其特征在于，所述第一空腹桁架、所述第二空腹桁架、所述第三空腹桁架、所述第四空腹桁架、所述第五空腹桁架、所述第六空腹桁架、所述第七空腹桁架、所述第八空腹桁架及所述第九空腹桁架为对称结构，且从中心到两端倾斜设置。

10.如权利要求1-9中任一项所述的大跨度四坡水混凝土空腹网架屋盖，其特征在于，所述空腹桁架的上弦杆相互正交形成上弦网格，所述上弦网格与四个坡面的混凝土屋面板整体成型。