CN109440923A - 一种不规则蜂窝状空间网格盒式结构及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不规则蜂窝状空间网格盒式结构及制作方法，在混凝土大柱网框架中减小柱距、增加横梁，把框架柱和框架梁构成的大框架网格变成了若干个小框架网格，成为混凝土网格式框架；正六边形平面六个边的混凝土网格式框架围成了混凝土网格式框架筒，混凝土网格式框架筒和大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空腹夹层板楼盖组成了多层大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空间网格盒式结构。

Description

一种不规则蜂窝状空间网格盒式结构及制作方法

技术领域

本发明涉及一种多层大跨度正六边形平面的混凝土不规则蜂窝状空腹网格楼盖与正六边形的混凝土网格式框架筒组成的空间网格盒式结构新体系，属于建筑结构技术领域。

背景技术

现阶段建筑工程中，大跨度的工业厂房、体育馆以及会堂等建筑已成为满足社会各项生产需求的必然形式，但是传统的平面结构无法满足此类大空间建筑的施工要求，因此，空间网格结构自出现起就被广泛运用到现代建筑工程领域。空间网格结构在实际应用中具有受力合理、刚度大、重量轻、结构形式多样以及造价低等特点，尤其是用钢量低使其在现代建筑中的应用范围不断扩大。

大跨度正六边形不规则蜂窝状空间网格盒式结构属于空间三维力系的新型结构体系，具有良好的技术经济指标，又能灵活满足各种建筑平面尺寸需求，适用于多层(2层～4层)大跨度(18m～40m)正六边形平面公共与工业建筑的楼盖结构，可以节约土地、促进生态文明建设，符合“适用、经济、绿色、美观”的建筑方针。该新型结构体系在申请人申请的如下专利中已有一些披露：

申请号为201710844388.7，发明创造名称为一种多层大跨度不规则I型混凝土空间网格盒式结构及制作方法，公开了混凝土框架结构为三层大跨度不规则I型混凝土空间网格盒式结构，其制作方法为：在制作的工厂预制混凝土网格式框架结构的预制单元，预制件的安装顺序为一层一层的拼接安装，先安装第一层混凝土网格式框架结构的预制单元，再安装不规则I型混凝土空腹夹层板楼盖，并对混凝土网格式框架结构和不规则I型混凝土空腹夹层板楼盖进行拼接以及现场的浇筑。

由该楼盖的构成可知，它是一个空腹网格结构，如果楼盖周边支承采用常规的混凝土大柱网框架结构，会使得整体结构的抗侧刚度难以满足规范要求。

发明内容：

本发明的目的是为了提高结构的抗侧刚度，提供一种大跨度六边形不规则蜂窝状空间网格盒式结构及制作方法；本发明的技术方案是采用在混凝土大柱网框架中减小柱距、增加横梁的方法，即把混凝土大柱网框架加密了，把框架柱和框架梁构成的大框架网格变成了若干个小框架网格，成为混凝土网格式框架，正六边形平面六个边的混凝土网格式框架围成了混凝土网格式框架筒，混凝土网格式框架筒和大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空腹夹层板(空腹网格)楼盖组成了多层大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空间网格盒式结构。

其中，将大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空腹夹层板楼盖与平面六边的混凝土网格式框架刚性连接，形成多层大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空间网格盒式结构。

进一步的，大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空腹夹层板楼盖中，正六边形平面角点处设框架柱的支承点，平面六边上的网格梁交汇点也设框架柱的支承点，该节点为刚性节点，节点处网格梁与边梁的夹角为30°。

进一步的，多层大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空间网格盒式结构中，平面六边的竖向网格式框架布置相同，六边的支承点的位置相同，对称关系和正六边形混凝土不规则蜂窝状空腹夹层板楼盖是一样的。

进一步的，正六边形混凝土不规则蜂窝状空间网格盒式结构的周边框架是一个加密了的混凝土框架，和常规的混凝土框架相比，在同一榀框架网格内，其柱子更密，梁更多，形成的网格成倍数地增加，内力分布更均匀，抗侧刚度显著提高，延性与滞回性能更好，抗震性能更好。

进一步的，多层大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空间网格盒式结构的水平结构是混凝土不规则蜂窝状空腹夹层板楼盖，楼盖的平面尺寸与楼盖的网格尺寸不会相互制约，建筑平面可以根据建筑功能需求确定以获得最优的效果。

进一步的，多层大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空间网格盒式结构的水平结构是混凝土不规则蜂窝状空腹夹层板楼盖，楼盖的上肋网格和下肋网格一一对应，均为六边形，上、下节点交汇的杆件少，节点传力明确，构造简单，施工方便。

S1，制作正六边形混凝土不规则蜂窝状空腹楼盖：按建筑要求确定楼盖平面尺寸，同时根据空腹梁网格构造要求确定正六边形网格尺寸；布置平面非对角线区域的正六边形网格；布置平面对角线区域的等角不等边六边形网格；布置楼盖中央网格；先浇筑下肋层及剪力键混凝土，再二次整体浇筑上肋层含表层板混凝土，养护成形；

S2，制作周边混凝网格式框架：在六边形平面的六个角以及周边网格梁交汇处设置混凝土框架柱，在楼层处、窗过梁处以及窗台处设置混凝土框架梁，形成了一榀网格式框架，平面六边的混凝土网格式框架围成了一个混凝土框架筒，混凝土框架筒与多层混凝土不规则蜂窝状空腹夹层板楼盖刚性连接，构成了多层大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空间网格盒式结构。

附图说明：

附图1：多层大跨度正六边形平面的预应力混凝土框架结构布置图，预应力混凝土框架梁沿正六边形平面的跨度方向布置，共4根，与之垂直方向布置混凝土次梁；

附图2：支承预应力混凝土框架梁的两边混凝土框架布置图，框架柱距为7000mm，框架梁设在楼层处，各边框架形成了9个网格；

附图3：支承混凝土次梁的四边混凝土框架布置图，框架柱距为10500mm，框架梁设在楼层处，各边框架形成了6个网格；

附图4：多层大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空间网格盒式结构的楼盖下肋网格布置图，可以看到空腹梁交汇处连接下肋和上肋的构件是三叉型的剪力键。本工程中，下肋网格形式主要包含正六边形网格、等角不等边的六边形网格、以及板中央1个较大的正六边形网格。采用新结构体系可以得到和传统结构方案相同尺寸、相同面积的楼盖平面，完全满足建筑需求。在平面角点处和平面周边网格交汇处设置柱支承。

附图5：多层大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空间网格盒式结构的楼盖上肋网格布置图，本工程中，上肋网格形式主要包含正六边形网格、等角不等边的六边形网格，以及板中央的6个正三角形网格，网格尺寸如图所示。

附图6：混凝土不规则蜂窝状空腹楼盖的剖面示意图，即图4中A-A剖视图，先浇筑下肋层及剪力键混凝土，二次浇筑上肋层(含表层板)混凝土，养护得到混凝土不规则蜂窝状空间网格盒式结构的楼盖结构。附图6中的标记为：1-表层薄板，2-上肋、3-剪力键，4-下肋。

附图7：多层大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空间网格盒式结构周边混凝土网格式框架布置图，按实施例的实际尺寸计算后，端部框架柱间距为1840mm，中部框架柱间距为3464mm，框架梁设在楼层处、窗过梁处和窗台处，从而网格式框架形成了63个网格，正六边形平面六边的混凝土网格式框架布置完全对称。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

图1所示某正六边形平面的室内体育活动中心，共三层，由建筑确定其对角线长为42m，即平面边长为21m，每层楼盖面积为1146m²，总面积为3438m²。第一层建筑功能为篮球馆，层高9.5米；第二层为乒乓球馆，层高6.5米；第三层层为歌舞排练厅及健身房，层高6.5米；建筑总高度为H＝9.5m+2×6.5m＝22.5m＜24m，属于多层大跨度建筑。传统的结构设计方法是预应力混凝土框架结构，结构平面布置如图1所示，周边混凝土框架柱网布置如图2、图3所示，与主梁垂直的2榀边框架各有3×3＝9个网格，其他4榀边框架各有2×3＝6个网格。边框架的网格尺寸见图2、图3。传统的结构方案存在以下几个方面的不足：第一，第一层净高h₁＝9.5m-2.5m-0.5m＝6.5m，二层和三层的净高h₂＝h₃＝6.5m-2.5m-0.5m＝3.5m，按照体育项目的净高要求，各层净高均不能满足要求。第二，因柱子的负荷面积大，柱的截面尺寸也会较大，形成“肥梁胖柱”，自重大，工程造价高。第三，混凝土大柱网框架结构抗侧刚度小，在水平荷载作用下产生水平位移较大，难以满足规范要求。针对以上问题，提出多层大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空间网格盒式结构，按照已申报专利的大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空腹夹层板布置楼盖平面结构，楼盖平面尺寸按建筑要求确定，根据空腹梁网格的构造要求，取非对角线区域的正六边形网格边长为2000mm，按正六边形混凝土不规则蜂窝状空腹夹层板中所述方法进行网格布置，得到楼盖下肋网格布置图如图4所示，网格形式主要有正六边形网格、等角不等边的六边形网格。由图可知采用混凝土不规则蜂窝状空腹夹层板可以获得与传统预应力框架结构一样的楼盖平面，完全符合建筑要求。混凝土不规则蜂窝状空腹夹层板的上肋网格布置如图5所示，网格形式主要包括正六边形网格、等角不等边正六边形网格、三角形网格，网格尺寸如图5所示。制作时先浇筑下肋层及剪力键混凝土，再二次整体浇筑上肋层(含表层板)混凝土，养护形成正六边形混凝土不规则空腹夹层板楼盖，如图6。混凝土空腹夹层板楼盖高度H一般取本工程中混凝土不规则蜂窝状空腹夹层板楼盖高度为1700mm，且楼盖上肋与下肋之间的空腹部分可以穿越空调管道，节约了设备层高度，这样，各层使用净高增加了1.3m，满足了建筑需求。

周边采用混凝土网格式框架(图7)，混凝土网格式框架在六边形平面的六个角以及周边网格梁交汇处设置框架柱，在楼层处、窗过梁处以及窗台处设置框架梁，形成了7×9＝63个网格，网格数是传统结构中周边框架网格数的(7～10)倍，竖向支承结构网格数量数倍地增加，使得结构侧向刚度显著提高，并且内力分布更均匀，延性及滞回性能也得到有效改善，解决了传统结构的问题。混凝土不规则蜂窝状空腹夹层板与周边混凝土网格式框架组合成为混凝土不规则蜂窝状空间网格盒式结构，用于多层大跨度正六边形平面的公共与工业建筑，符合“适用、经济、绿色、美观”的建筑方针。

实施例1：

多层大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空间网格盒式结构由多层大跨度正六边形平面的混凝土不规则蜂窝状空腹夹层板楼盖(已申报专利)与周边支承的混凝土网格式框架刚性连接构成。制作不规则蜂窝状空腹夹层板楼盖时可采用已有的方法步骤：①按建筑要求确定楼盖平面尺寸(正六边形平面边长)，同时根据空腹梁网格构造要求确定正六边形网格尺寸(2000mm左右)。②布置平面非对角线区域的正六边形网格。③布置平面对角线区域的等角不等边六边形网格。④布置楼盖中央网格(下肋网格为正六边形，上肋网格为正六边形或正三角形)。本工程最终得到的网格主要有60个正六边形网格(非对角线区域的下肋层和上肋层)、30个等角不等边六边形网格(对角线区域的下肋层和上肋层)、以及1个较大的正六边形网格(楼盖中央下肋层)和6个正三角形网格(楼盖中央上肋层)。先浇筑下肋层及剪力键混凝土，再二次整体浇筑上肋层(含表层板)混凝土，养护得到混凝土不规则蜂窝状空间网格盒式结构的空腹楼盖结构。

制作周边的混凝土网格式框架时，在六边形平面的六个角以及周边网格梁交汇处设置混凝土框架柱，在楼层处、窗过梁处以及窗台处设置混凝土框架梁，形成了一榀有7×9＝63个网格的混凝土网格式框架，平面六边的混凝土网格式框架围成了一个混凝土框架筒，混凝土框架筒与多层混凝土不规则蜂窝状空腹夹层板刚性连接，构成了多层大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空间网格盒式结构。新结构能够更好地满足建筑平面尺寸的需求，避免了“肥梁胖柱”，抗侧刚度大，内力分布均匀，延性及滞回性能也得到有效改善，是多层大跨度正六边形平面的公共与工业建筑中一种优良的结构体系。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种大跨度正六边形不规则蜂窝状空间网格盒式结构，其特征在于：在混凝土大柱网框架中减小柱距、增加横梁，把框架柱和框架梁构成的大框架网格变成了若干个小框架网格，成为混凝土网格式框架；正六边形平面六个边的混凝土网格式框架围成了混凝土网格式框架筒，混凝土网格式框架筒和大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空腹夹层板楼盖组成了多层大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空间网格盒式结构。

2.根据权利要求1所述的大跨度正六边形不规则蜂窝状空间网格盒式结构，其特征在于：正六边形平面的边长按建筑要求确定，不受网格尺寸限制，平面角点处设框架柱的支承点，平面六边上的网格梁交汇点也设框架柱的支承点，该节点为刚性节点，节点处网格梁与边梁的夹角均为30°。

3.根据权利要求1所述的大跨度正六边形不规则蜂窝状空间网格盒式结构，其特征在于：平面六边的竖向网格式框架布置相同，六边的支承点的位置相同。

4.根据权利要求1所述的大跨度正六边形不规则蜂窝状空间网格盒式结构，其特征在于：该空间网格盒式结构的周边框架是一个加密了的混凝土框架。

5.根据权利要求1所述的大跨度正六边形不规则蜂窝状空间网格盒式结构，其特征在于：该空间网格盒式结构的水平结构是混凝土不规则蜂窝状空腹夹层板楼盖结构，其建筑边长与网格尺寸无公约数，且上肋网格和下肋网格均为六边形，上下对应。

6.一种如权利要求1-5中任意一项所述的大跨度正六边形不规则蜂窝状空间网格盒式结构的制造方法，其特征在于步骤为：

S1，制作正六边形混凝土不规则蜂窝状空腹楼盖：按建筑要求确定楼盖平面尺寸，同时根据空腹梁网格构造要求确定正六边形网格尺寸；布置平面非对角线区域的正六边形网格；布置平面对角线区域的等角不等边六边形网格；布置楼盖中央网格；先浇筑下肋层及剪力键混凝土，再二次整体浇筑上肋层含表层板混凝土，养护成形；

S2，制作周边混凝网格式框架：在六边形平面的六个角以及周边网格梁交汇处设置混凝土框架柱，在楼层处、窗过梁处以及窗台处设置混凝土框架梁，形成了一榀网格式框架，平面六边的混凝土网格式框架围成了一个混凝土框架筒，混凝土框架筒与多层混凝土不规则蜂窝状空腹夹层板楼盖刚性连接，构成了多层大跨度正六边形混凝土不规则蜂窝状空间网格盒式结构。