CN111794443A - 一种通过上弦顶伸装置抗下挠的钢筋桁架结构及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种通过上弦顶伸装置抗下挠的钢筋桁架结构及其应用；本发明的钢筋桁架结构包括底板、钢筋桁架和顶伸装置；钢筋桁架设于底板表面，钢筋桁架的上弦筋打断，上弦筋打断位置插接顶伸装置，使得钢筋桁架带动底板向上拱起，起到预起拱的作用，预起拱的高度与钢筋桁架在后期装配过程中受荷载而产生的下挠度形成抵消，从而尽可能保证钢筋桁架在装配后的平整性，不会出现大角度下挠的情况，进一步保证了工程的质量，并且顶伸装置结构简单，成本低廉，装配方便。

Description

一种通过上弦顶伸装置抗下挠的钢筋桁架结构及其应用

技术领域

本发明涉及建筑技术领域，尤其涉及一种通过上弦顶伸装置抗下挠的钢筋桁架结构及其应用。

背景技术

钢筋桁架系统，多应用于装配式建筑领域，在装配前，钢筋桁架系统需要承受自身的一个自重；在装配过程中，钢筋桁架系统需要承受来自未凝固的混凝土以及上部搭建结构带来的荷载；在装配后的使用阶段，钢筋桁架系统又需要承载一些楼层上的临时荷载；再结合钢筋桁架自身的跨度普遍加大，不管在施工还是在使用过程中，都会使得钢筋桁架挠度发生变化，往往沿其跨中部产生下挠，对工程的结构以及受力情况产生影响。

如欧本公司申报过的专利“一种U形钢丝绑扎连接的钢筋桁架楼承板及楼板结构”，专利授权公布号：CN 209942003U，同样存在上述问题。针对挠度问题，行业内普遍的做法为根据钢筋桁架跨度的大小设置一个甚至多个临时支撑，来支撑钢筋桁架的上弦筋，从而来减少挠度的变化。但是多个临时支撑的设置，经济性明显不足，并且在施工阶段，临时支撑的设置也大大增加了工程量，造成了人力物力的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提出一种成本低廉，构造简单，装配方便并且可大大增加钢筋桁架承载力，防止系统出现下挠情况的钢筋桁架结构。

为达到上述目的，本发明提出一种通过上弦顶伸装置抗下挠的钢筋桁架结构，包括底板、钢筋桁架和顶伸装置；所述钢筋桁架设于所述底板表面，所述钢筋桁架的上弦筋打断，所述上弦筋打断位置插接所述顶伸装置，使得所述钢筋桁架带动所述底板整体向上拱起。

进一步的，所述顶伸装置包括一个螺栓套和一个螺纹帽，所述螺栓套一端的外表面设有外螺纹，所述螺纹帽一端的内表面设有内螺纹，通过所述外螺纹与所述内螺纹之间的配合，将所述螺栓套的一端旋拧于所述螺纹帽内；

所述螺栓套另一端和所述螺纹帽的另一端均设有插接槽；将所述上弦筋打断位置两端的端头分别插接于所述螺栓套和所述螺纹帽的插接槽内，使得所述顶伸装置固定于所述上弦筋的打断位置。

进一步的，所述顶伸装置为一个螺纹帽，所述螺纹帽内设有内螺纹，所述上弦筋打断位置两端的端头表面均设有外螺纹，所述螺纹帽插接于所述上弦筋打断位置，并且通过所述内螺纹与所述外螺纹之间的配合，使得所述上弦筋打断位置两端的端头分别旋拧于所述螺纹帽的两端；

所述上弦筋打断位置两端的端头表面的外螺纹旋向相反，旋动所述螺纹帽，使得两端的端头实现反向位移。

进一步的，所述钢筋桁架包括一根上弦筋、两根与之平行的下弦筋和安装在所述上弦筋和所述下弦筋之间的腹杆钢筋；多个所述钢筋桁架等间距排布于所述底板的表面。

进一步的，所述上弦筋的打断位置为所述上弦筋的跨中位置。

进一步的，所述上弦筋为空心钢管。

进一步的，所述顶伸装置包括一个螺栓套和一个螺纹帽，所述螺栓套一端的外表面设有外螺纹，所述螺纹帽一端的内表面设有内螺纹，通过所述外螺纹与所述内螺纹之间的配合，将所述螺栓套的一端旋拧于所述螺纹帽内；

所述螺栓套另一端和所述螺纹帽的另一端均设有榫头；所述榫头的大小与所述空心钢管的钢管内径相匹配；将所述空心钢管打断位置两端的端头分别套接于所述螺栓套和所述螺纹帽的榫头上，使得所述顶伸装置固定于所述空心钢管的打断位置。

进一步的，所述顶伸装置包括一个螺栓套和一个螺纹帽，所述螺栓套一端的外表面设有外螺纹，所述螺纹帽一端的内表面设有内螺纹，通过所述外螺纹与所述内螺纹之间的配合，将所述螺栓套的一端旋拧于所述螺纹帽内；

所述螺栓套另一端和所述螺纹帽的另一端均设有榫头；所述榫头的大小与所述空心钢管的钢管内径相匹配；将所述空心钢管打断位置两端的端头分别套接于所述螺栓套和所述螺纹帽的榫头上，使得所述顶伸装置固定于所述空心钢管的打断位置

本发明还提出一种一种通过上弦顶伸装置抗下挠的钢筋桁架结构的应用，将上述的钢筋桁架结构应用于包括纤维水泥板、钢结构楼承板和PC叠合板。

进一步的，当所述钢筋桁架结构应用于纤维水泥板时，所述钢筋桁架结构中的底板为纤维水泥板，钢筋桁架搭建于所述纤维水泥板表面；

当所述钢筋桁架结构应用于钢结构楼承板时，所述钢筋桁架结构中的底板为镀锌钢板，钢筋桁架搭建于所述镀锌钢板表面；

当所述钢筋桁架结构应用于PC叠合板时，所述钢筋桁架结构的底板表面浇筑一层混凝土层，并且将钢筋桁架下半部同步浇筑至所述混凝土层内，形成所述PC叠合板。

与现有技术相比，本发明的优势之处在于：

1、本发明通过在上弦筋位置安置顶伸装置，使得上弦筋整体长度变长，带动整根桁架以及底板向上拱起一定的高度，起到预起拱的作用，预起拱的高度与钢筋桁架在后期装配过程中受荷载而产生的下挠度形成抵消，从而尽可能保证钢筋桁架在装配后的平整性，不会出现大角度下挠的情况，进一步保证了工程的质量。

2、本发明通过在钢筋桁架上弦筋的跨中部安装一个顶升装置，即可实现相比于传统的设置多个临时支撑一样甚至更优的技术效果，面对工程量较大的装配式建筑，经济性大大提高；现场安装的繁琐程度，消耗的人力物力得以大大降低。

3、本发明主要通过螺纹帽与螺栓旋拧的连接结构来制备顶伸装置，与上弦筋之间的装配简单，并且通过旋拧顶伸装置，即可改变上弦筋的长度，从而根据实际情况来控制整根桁架的拱起高度，操作十分的便捷且适用范围广。

4、本发明的顶伸装置与上弦筋之间的装配可以在工厂预制完成，也可以单独制造后，在施工现场进行上弦筋的截断以及顶伸装置的装配，以适配各种工程，降低工程的操作难度。

5、本发明钢筋桁架的上弦筋为空心钢管，使得上弦筋的刚度大增，能够承受更大的荷载。尤其是受压的稳定承载力，同样的截面积，空心的钢管比实心的钢筋的稳定承载力提高2.5倍以上。

6、本发明的钢筋桁架结构可以应用于多种楼板系统，包括纤维水泥板、钢结构楼承板和PC叠合板，适配范围广，匹配效果佳，可以适用于钢结构搭建或者装配式建筑等多种项目。

附图说明

图1为本发明实施例1中供起前钢筋桁架与顶伸装置的连接结构示意图；

图2为本发明实施例1中供起后钢筋桁架与顶伸装置的连接结构示意图；

图3为本发明实施例1中上弦筋与顶伸装置的拆分结构示意图；

图4(a)为本发明实施例1中钢筋桁架被供起前顶伸装置结构示意图；

图4(b)为本发明实施例1中钢筋桁架被供起后顶伸装置结构示意图；

图5为本发明实施例2中供起前钢筋桁架与顶伸装置的连接结构示意图；

图6为本发明实施例2中供起后钢筋桁架与顶伸装置的连接结构示意图；

图7为本发明实施例2中空心钢管与顶伸装置的拆分结构示意图；

图8(a)为本发明实施例2中钢筋桁架被供起前顶伸装置结构示意图；

图8(b)为本发明实施例2中钢筋桁架被供起后顶伸装置结构示意图；

图9为本发明实施例3中顶伸装置与上弦筋的拆分结构示意图；

图10为本发明实施例4中钢筋桁架应用于PC叠合板供起前的结构示意图；

图11为本发明实施例4中钢筋桁架应用于PC叠合板供起后的结构示意图；

图12为本发明实施例5中钢筋桁架应用于PC叠合板供起前的结构示意图；

图13为本发明实施例5中钢筋桁架应用于PC叠合板供起后的结构示意图；

图14为本发明实施例中上弦筋伸长值与钢筋桁架整体起拱值的对应关系图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案作进一步地说明。

实施例1：

如图1所示，本发明提出一种通过上弦顶伸装置3抗下挠的钢筋桁架2结构，包括底板1、钢筋桁架2和顶伸装置3；

钢筋桁架2包括一根上弦筋21、两根与之平行的下弦筋22和安装在上弦筋21和下弦筋22之间的腹杆钢筋23；多个钢筋桁架2等间距排布于底板1的表面，钢筋桁架2结构为欧本公司申报过的专利“一种U形钢丝绑扎连接的钢筋桁架2楼承板及楼板结构”，专利授权公布号：CN 209942003U；在本实施例中，上弦筋为实心钢筋。

钢筋桁架2设于底板1表面，钢筋桁架2的上弦筋21在跨中位置打断，上弦筋21打断位置插接顶伸装置3，如图2所示，通过操作顶伸装置3，使得钢筋桁架带动底板1整体呈背向底板1的一侧拱起。

在本实施例中，如图3所示和图4所示，顶伸装置3为一个螺栓套31和一个螺纹帽32，螺栓套31一端的外表面设有外螺纹，螺纹帽32一端的内表面设有内螺纹，通过外螺纹与内螺纹之间的配合，将螺栓套31的一端旋拧于螺纹帽32内；螺栓套31另一端和螺纹帽32的另一端均设有插接槽；将上弦筋21打断位置两端的端头分别插接于螺栓套31和螺纹帽32的插接槽内，使得顶伸装置3固定于上弦筋21的打断位置。

在施工过程中，顶伸装置3与上弦筋21之间的搭配，可以在工厂内预制完成，也可以在施工阶段，钢筋桁架2装配之后，在现场将上弦筋的跨中打断，随后将顶伸装置3插入，顶伸装置3插入前，如图4a所示，螺纹帽32与螺栓套31拧紧，使其长度最短，便于插入上弦筋21的打断位置。顶伸装置3插入后，如图4b所示，操作人员通过旋拧螺纹帽32，拧长该顶伸装置3，从而控制上旋杆的长度，进一步通过上弦筋控制钢筋桁架2整体的拱起高度，如图2所示。对于一根3米长、100高的钢筋桁架2，跨中伸长2mm，可以使钢筋桁架2带动底板1跨中起拱20mm左右。

此外，实施例1中顶伸装置3可以相应的设计两个螺栓套31和一个螺纹帽32，此时，上弦筋21打断位置两端的端头分别连接一个螺栓套31，螺纹帽32则不设置插接槽，螺纹帽32设置内螺纹，两个螺栓套31的一端分别旋拧于螺纹帽32的两端，值得一提的是，两个螺栓套31表面的外螺纹旋向相反，旋动所述螺纹帽32，使得两端的端头实现反向位移，这种方案下的螺纹帽32更容易旋拧，上弦筋21对螺纹帽32没有直接的抵触效果，摩擦力更小，但成本相应增加。

实施例2

如图5和图6所示，与实施例1相比，整体结构相同，相同部分不再赘述，区别技术特征在于上弦筋21与顶伸装置3的结构不同，在本实施例中，上弦筋21采用空心钢管，使得上弦筋的刚度大增，能够承受更大的荷载。尤其是受压的稳定承载力，同样的截面积，空心的钢管比实心的钢筋的稳定承载力提高2.5倍以上。

配合空心钢管的设置，如图7所示，顶伸装置3相应的修改为一个螺栓套31和一个螺纹帽32，螺栓套31一端的外表面设有外螺纹，螺纹帽32一端的内表面设有内螺纹，通过外螺纹与内螺纹之间的配合，将螺栓套31的一端旋拧于螺纹帽32内；螺栓套31另一端和螺纹帽32的另一端均设有榫头34，榫头34的大小与空心钢管21的钢管内径相匹配；将空心钢管21打断位置两端的端头分别套接于螺栓套31和螺纹帽32的榫头34上，使得顶伸装置3固定于空心钢管21的打断位置。

在施工阶段，钢筋桁架2装配之后，在现场将空心钢管的跨中打断，随后将顶伸装置3两端的榫头34插入到两端的空心钢管内，顶伸装置3插入前，如图8a所示，螺纹帽32与螺栓套31拧紧，使其长度最短，便于插入上弦筋21的打断位置。顶伸装置3插入后，如图8b所示，操作人员通过旋拧螺纹帽32，拧长该顶伸装置3，从而控制空心钢管的长度，进一步通过空心钢管控制钢筋桁架2整体的拱起高度，如图6所示。

实施例3：

如图9所示，与实施例1和实施例2相比，整体结构相同，区别技术在于顶伸装置3的结构不同，在本实施例中，顶伸装置3为一个螺纹帽33，螺纹帽33内设有内螺纹，上弦筋21打断位置两端的端头表面均设有外螺纹，螺纹帽33插接于上弦筋21打断位置，并且通过内螺纹与外螺纹之间的配合，使得上弦筋21打断位置两端的端头分别旋拧于螺纹帽33的两端；上弦筋21打断位置两端的端头表面的外螺纹旋向相反，旋动螺纹帽33，使得两端的端头实现反向位移。

针对本实施例的顶伸装置3结构，上弦筋21在工厂预制阶段即需要打断，并且上弦筋21打断位置的端头需要预设螺纹，在施工阶段，只需要将螺纹帽33套在打断位置的端头之间，通过旋拧螺纹帽33即可实现上弦筋21的伸长与缩短，本实施例中顶伸装置3的结构更简单，但是上弦筋21的制备工艺相对复杂，可根据实际工程情况进行调整。

实施例4：

针对上述实施例1中的钢筋桁架结构，将其应用于PC叠合板，如图10和图11所示，在钢筋桁架结构的底板1表面浇筑一层混凝土层4，并且将钢筋桁架2下半部同步浇筑至所述混凝土层4内，形成所述PC叠合板。

如图10所示，为实施例1中实心钢筋作为上弦筋的钢筋桁架结构应用于PC叠合板，PC叠合板供起前的结构示意图。

如图11所示，为实施例1中实心钢筋作为上弦筋的钢筋桁架结构应用于PC叠合板，PC叠合板供起后的结构示意图。

实施例5：

针对上述实施例2中的钢筋桁架结构，将其应用于PC叠合板，如图12和图13所示，在钢筋桁架结构的底板1表面浇筑一层混凝土层4，并且将钢筋桁架2下半部同步浇筑至所述混凝土层4内，形成所述PC叠合板。

如图12所示，为实施例2中空心钢管作为上弦筋的钢筋桁架结构应用于PC叠合板，PC叠合板供起前的结构示意图。

如图13所示，为实施例2中空心钢管作为上弦筋的钢筋桁架结构应用于PC叠合板，PC叠合板供起后的结构示意图。

实施例6：

针对上述实施例1、实施例2和实施例3中的钢筋桁架结构，将其应用于钢结构楼承板，其结构和图1以及图5所示相同，当钢筋桁架结构应用于钢结构楼承板时，钢筋桁架结构中的底板为镀锌钢板，钢筋桁架搭建于所述镀锌钢板表面。

实施例7：

针对上述实施例1、实施例2和实施例3中的钢筋桁架结构，将其应用于纤维水泥板，其结构和图1以及图5所示相同，当钢筋桁架结构应用于纤维水泥板时，钢筋桁架结构中的底板为纤维水泥板，钢筋桁架搭建于纤维水泥板表面。

此外，除了实施例4、实施例5、实施例6和实施例7中针对钢筋桁架结构的应用以外，钢筋桁架结构，也可以与其他具有一定形变量材质的底板进行配合供起。

实验数据论证：

针对上述实施例1和实施例2中钢筋桁架结构，如图7所示，上弦筋伸长值与钢筋桁架整体起拱值的对应关系如下：

已知桁架跨度为L，高度为h，桁架腹杆为等间距、等夹角布置，腹杆夹角为a，腹杆长度为n，跨中一节上弦的长度为m，上弦的伸长值为Δm，求:桁架的起拱值f。

求解过程：

设桁架起拱后下弦与水平面夹角为Δa，则可知：

f＝1/2*L*sinΔa 1

sin(a+Δa)＝(m+Δm)/2/n 2

m＝2*h*tan(a/2) 3

n＝h/cos(a/2) 4

将(式3)、(式4)代入(式2)，可得：

Δa＝asin[2*h*tan(a/2)+Δm]/[2*h/cos(a/2)]-a 5

将(式5)代入(式1)，得

f＝1/2*L*sin{asin[2*h*tan(a/2)+Δm]/[2*h/cos(a/2)]-a} 6

当a为60度，桁架跨高比L/h<100，Δm/m＜0.1时，式6可简化为：

f≈(L*Δm)/(4h) 7

结论：桁架的起拱值f与桁架跨度L成正比，与上弦伸长值Δm近似成正比，与桁架高度h成反比。起拱值f与上弦伸长值Δm的比值近似为定值，为桁架跨高比的1/4倍。

算例一：

桁架跨度L＝3000mm，高度h＝100mm，上弦伸长值Δm＝3mm，则起拱值f≈(3000*3)/(4*100)＝22.5mm。f/Δm≈7.5倍。

算例二：

桁架跨度L＝6000mm，高度h＝300mm，上弦伸长值Δm＝10mm，则起拱值f≈(6000*10)/(4*300)＝50mm。f/Δm≈5倍。

算例三：

桁架跨度L＝6000mm，高度h＝100mm，上弦伸长值Δm＝1mm，则起拱值f≈(6000*1)/(4*100)＝15mm。f/Δm≈15倍。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种通过上弦顶伸装置抗下挠的钢筋桁架结构，其特征在于，包括底板、钢筋桁架和顶伸装置；所述钢筋桁架设于所述底板表面，所述钢筋桁架的上弦筋打断，所述上弦筋打断位置插接所述顶伸装置，使得所述钢筋桁架带动所述底板整体向上拱起。

2.根据权利要求1所述的通过上弦顶伸装置抗下挠的钢筋桁架结构，其特征在于，所述顶伸装置包括一个螺栓套和一个螺纹帽，所述螺栓套一端的外表面设有外螺纹，所述螺纹帽一端的内表面设有内螺纹，通过所述外螺纹与所述内螺纹之间的配合，将所述螺栓套的一端旋拧于所述螺纹帽内；

所述螺栓套另一端和所述螺纹帽的另一端均设有插接槽；将所述上弦筋打断位置两端的端头分别插接于所述螺栓套和所述螺纹帽的插接槽内，使得所述顶伸装置固定于所述上弦筋的打断位置。

3.根据权利要求1所述的通过上弦顶伸装置抗下挠的钢筋桁架结构，其特征在于，所述顶伸装置为一个螺纹帽，所述螺纹帽内设有内螺纹，所述上弦筋打断位置两端的端头表面均设有外螺纹，所述螺纹帽插接于所述上弦筋打断位置，并且通过所述内螺纹与所述外螺纹之间的配合，使得所述上弦筋打断位置两端的端头分别旋拧于所述螺纹帽的两端；

所述上弦筋打断位置两端的端头表面的外螺纹旋向相反，旋动所述螺纹帽，使得两端的端头实现反向位移。

4.根据权利要求1所述的通过上弦顶伸装置抗下挠的钢筋桁架结构，其特征在于，所述钢筋桁架包括一根上弦筋、两根与之平行的下弦筋和安装在所述上弦筋和所述下弦筋之间的腹杆钢筋；多个所述钢筋桁架等间距排布于所述底板的表面。

5.根据权利要求1所述的通过上弦顶伸装置抗下挠的钢筋桁架结构，其特征在于，所述上弦筋的打断位置为所述上弦筋的跨中位置。

6.根据权利要求1所述的通过上弦顶伸装置抗下挠的钢筋桁架结构，其特征在于，所述上弦筋为空心钢管。

7.根据权利要求6所述的通过上弦顶伸装置抗下挠的钢筋桁架结构，其特征在于，所述顶伸装置包括一个螺栓套和一个螺纹帽，所述螺栓套一端的外表面设有外螺纹，所述螺纹帽一端的内表面设有内螺纹，通过所述外螺纹与所述内螺纹之间的配合，将所述螺栓套的一端旋拧于所述螺纹帽内；

所述螺栓套另一端和所述螺纹帽的另一端均设有榫头；所述榫头的大小与所述空心钢管的钢管内径相匹配；将所述空心钢管打断位置两端的端头分别套接于所述螺栓套和所述螺纹帽的榫头上，使得所述顶伸装置固定于所述空心钢管的打断位置。

8.一种通过上弦顶伸装置抗下挠的钢筋桁架结构的应用，其特征在于，将权利要求1-7中任意一项所述的钢筋桁架结构应用于包括纤维水泥板、钢结构楼承板和PC叠合板。

9.根据权利要求8所述的通过上弦顶伸装置抗下挠的钢筋桁架结构的应用，其特征在于，当所述钢筋桁架结构应用于纤维水泥板时，所述钢筋桁架结构中的底板为纤维水泥板，钢筋桁架搭建于所述纤维水泥板表面；

当所述钢筋桁架结构应用于钢结构楼承板时，所述钢筋桁架结构中的底板为镀锌钢板，钢筋桁架搭建于所述镀锌钢板表面；

当所述钢筋桁架结构应用于PC叠合板时，所述钢筋桁架结构的底板表面浇筑一层混凝土层，并且将钢筋桁架下半部同步浇筑至所述混凝土层内，形成所述PC叠合板。

Images