CN113463764B - 用于民用建筑的大跨度钢-混凝土拱架结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于民用建筑的大跨度钢‑混凝土拱架结构及其施工方法，在支座筒体设置至少两个拱脚节点，并采用至少两层楼盖，对应于拱脚节点对的拱肋和拱底拉杆，拱下吊杆和拱上撑杆，组成悬空连接体，以用两个支座筒体作为竖向承重体系以及水平抗侧力体系，并利用拱的受力原理，使各层楼盖既受到拱肋的竖向支承又反过来为拱肋提供侧向稳定的约束，且各层楼盖的钢桁架可以将其水平力有效传递至两端的支座筒体，使各层楼盖的水平力均由本层楼盖自身传递给支座筒体而无需拱肋帮忙，使得拱肋基本只需负责竖向支承，由此再由拱上撑杆和起到支承各层楼盖的作用，因此，能够满足悬空连接体的大跨度需求，具有结构稳定性高、成本低的优点。

Description

用于民用建筑的大跨度钢-混凝土拱架结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及民用建筑的大跨度连接体结构，具体的说是一种用于民用建筑的大跨度钢-混凝土拱架结构及其施工方法。

背景技术

民用建筑中，存在在两幢建筑之间建设悬空连接体，例如连廊的建筑方案需求。现有技术中，对于该类建筑方案需求，存在大跨度悬空连接体难以实现、结构稳定性较差、成本较高的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于民用建筑的大跨度钢-混凝土拱架结构及其施工方法。

解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种用于民用建筑的大跨度钢-混凝土拱架结构，包括：两个设置于地面上的支座筒体，以及连接在该两个支座筒体之间的悬空连接体；

其特征在于：

所述支座筒体面向所述悬空连接体的侧面设有至少两个拱脚节点，每一个拱脚节点均位于所述悬空连接体的底面标高处，且所述两个支座筒体相对的拱脚节点组成一对位于同一竖立面的拱脚节点对，各个拱脚节点对所在的竖立面相平行；

所述悬空连接体包括：至少两层楼盖，并且，每一对所述拱脚节点对之间均连接有一根拱形的拱肋和一根水平布置的拱底拉杆，且所述拱肋和拱底拉杆与所连接的拱脚节点对位于同一竖立面，其中，所述拱肋为钢管混凝土杆件，所述拱底拉杆为钢管，且拱肋和拱底拉杆优选采用矩形钢管，以便于与其他构件连接，但也可以采用圆形钢管，但与其他构件的连接处理难度会高一点；

所述楼盖由钢桁架和铺设在钢桁架上的楼板组成，每一层所述楼盖的钢桁架均水平布置并均与所述两个支座筒体和每一根拱肋连接，所述钢桁架由若干根横向钢梁和纵向钢梁连接组成，并可在横向钢梁和纵向钢梁的连接点之间连接钢斜撑来增强钢桁架的强度，并且，所述拱底拉杆作为位于底层的楼盖的其中一根横向钢梁，所述拱肋的顶部连接位于顶层的楼盖的钢桁架；

所述拱肋沿所述悬空连接体的跨度方向等间隔设有多个连接点；所述拱肋在每一个所述连接点处均通过一根竖向延伸的拱下吊杆连接位于该连接点下方的每一层楼盖的横向钢梁以及拱底拉杆；除了位于所述拱肋的顶部处的连接点，所述拱肋在其余连接点处均通过一根竖向延伸的拱上撑杆连接位于该连接点上方的每一层楼盖的横向钢梁。

从而，本发明用两个支座筒体作为整个结构的竖向承重体系以及抵抗风荷载、地震作用的水平抗侧力体系，并利用拱的受力原理，使各层楼盖既受到拱肋的竖向支承又反过来为拱肋提供侧向稳定的约束，且各层楼盖的钢桁架可以将其水平力有效传递至两端的支座筒体，使各层楼盖的水平力(风、地震)均由本层楼盖自身传递给支座筒体而无需拱肋帮忙，使得拱肋基本只需负责竖向支承而不必负担各层楼盖的横向水平作用，由此再由拱上撑杆起到向上支承各层楼盖的作用，由拱下吊杆起到吊承下方各层楼盖的作用，因此，能够满足悬空连接体的大跨度需求，具有结构稳定性高、成本低的优点。

优选的：所述楼板为轻骨料混凝土楼板，以在保持强度的前提下减轻楼盖的自重，减轻大跨度的悬空连接体的自重负担。

作为本发明的优选实施方式：如图3所示，所述支座筒体为钢筋混凝土筒体，该钢筋混凝土筒体包括由厚壁剪力墙围合形成的剪力墙筒体，以及设置在剪力墙筒体内的多面起到空间分隔作用的薄壁剪力墙，以利用薄壁剪力墙将剪力墙筒体的内腔分隔出电梯间和楼梯间，所述剪力墙筒体的厚度大于所述薄壁剪力墙的厚度；并且，所述剪力墙筒体埋设有钢骨架，所述拱脚节点部分埋设在所述剪力墙筒体中并与所述钢骨架连接，以形成更为明确的传力路线，提高支座筒体作为唯一抗侧力体系的抗震延性。

优选的：所述两个支座筒体分别利用两幢建筑在平面端部因建筑功能需求而天然存在的楼电梯间设置。

作为本发明的优选实施方式：如图7所示，所述拱肋的顶部通过附加桁架连接位于顶层的楼盖的钢桁架，所述附加桁架包含三角形钢架，且该三角形钢架的三个角部分别连接在所述两个拱肋的顶部和位于顶层的楼盖的钢桁架上，以提高拱肋的整体稳定性。

作为本发明的优选实施方式：如图4所示，所述支座筒体对应每一个所述拱脚节点设有位于该拱脚节点两侧的牛腿，所述拱底拉杆的两侧分别设有一根沿所述悬空连接体的跨度方向延伸的体外预应力拉索，所述体外预应力拉索张拉在相对的两个所述牛腿之间；其中，相应的纵向钢梁和所述支座筒体上设有用于所述体外预应力拉索穿过的过孔。从而，利用四根体外预应力拉索，可平衡相当部分的拱肋底部的横向水平推力，以大大减轻支座筒体的负担，进而改善整个拱架结构的受力状态，减缓拱架结构的外鼓，也即减缓拱架结构的两个支座筒体中部向外凸出的现象。

作为本发明的优选实施方式：如图8所示，所述拱下吊杆和拱上撑杆均为圆钢管，且所述拱下吊杆内置有预应力拉索，该预应力拉索的上端固定在所述拱肋的上缘，该预应力拉索的下端作为张拉端固定在所述拱底拉杆的下缘。从而，预应力拉索配合拱下吊杆，能够减小拱下吊杆的受拉变形，还可作为吊承下方各层楼盖的二道防线。

作为本发明的优选实施方式：如图4和图5所示，所述楼盖在所述跨度方向的中部位置安装有质量调谐阻尼器，以改善大跨度楼盖的竖向振动舒适度。

作为本发明的优选实施方式：所述拱脚节点、拱肋和拱底拉杆之间的连接结构为：

所述拱脚节点包括：节点箱体，该节点箱体由箱体前面板、箱体后面板和八块侧板组成，所述八块侧板依次首尾相连并均垂直的焊接在所述箱体前面板与箱体后面板之间，所述八块侧板沿顺时针方向依次记为第一侧板至第八侧板；

并且，所述节点箱体的外部设有内端口与第二侧板相连的第一牛腿以及内端口与第三侧板相连的第二牛腿，所述第二牛腿的外端口为企口，以增加焊缝长度及错开连接口，提高与拱底拉杆的焊接可靠度；

所述节点箱体的内腔设有均垂直连接在所述箱体前面板与箱体后面板之间的第一内隔板至第五内隔板，第一内隔板和第二内隔板均连接在第二侧板与第六侧板之间，且第一内隔板和第二内隔板分别与所述第一牛腿的上侧板和下侧板共面，第三内隔板连接在所述第一侧板与第一内隔板之间，第四内隔板连接在所述第一内隔板与第二内隔板之间，第五内隔板所述第二内隔板与所述节点箱体的第五侧板之间，且第三内隔板、第四内隔板和第五内隔板共面并均垂直于所述第一侧板和第五侧板；

所述节点箱体除第三侧板和第四侧板之外的每一块侧板均设有浇筑连通孔，所述节点箱体内部的每一块内隔板均设有浇筑连通孔；

所述支座筒体为内置有钢骨架的钢筋混凝土筒体，所述钢骨架包括多根竖向钢骨、多层水平钢骨组和若干根斜向钢骨，各层所述水平钢骨组沿竖直方向间隔布置，每一层所述水平钢骨组包含多根水平钢骨，每一根所述水平钢骨均连接在两根所述竖向钢骨之间，所述斜向钢骨连接在位于相邻两层的两根所述水平钢骨之间；

所述支座筒体、拱肋和拱底拉杆之间通过所述拱脚节点进行连接；

所述支座筒体的钢骨架在两根竖向钢骨、三根水平钢骨和一根斜向钢骨的交汇处留有节点安装空间，所述拱脚节点设置在该节点安装空间中，使得：所述节点箱体的第一侧板和第五侧板水平布置；所述两根竖向钢骨分别垂直焊接在所述节点箱体的第一侧板和第五侧板上，且所述两根竖向钢骨的中心面与所述第三内隔板、第四内隔板和第五内隔板共面；所述三根水平钢骨分别垂直焊接在所述节点箱体的第七侧板、箱体前面板、箱体后面板上；所述斜向钢骨焊接在所述节点箱体的第六侧板上；

所述拱肋的端部与所述第一牛腿的外端口对接焊接，所述拱底拉杆的端部与所述第二牛腿的外端口对接焊接；

所述节点箱体的内腔和所述拱肋的内腔均浇筑有混凝土。

其中，节点箱体大部分内置于支座筒体的混凝土中，留有一定厚度的混凝土保护层，不影响支座筒体的受力钢筋拉通。

因此，本发明的拱脚节点能够实现支座筒体的钢骨架、拱肋和拱底拉杆之间的多角度交汇焊接连接，并通过设置第一内隔板和第二内隔板保证拱肋的受力传递有效性，通过设置第三内隔板至第五内隔板保证上下两根竖向钢骨的受力传递有效性，且支座筒体的三根水平钢骨和一根斜向钢骨均能够通过节点箱体直接传递受力，确保了钢骨架、拱肋和拱底拉杆之间的连接质量；并且，通过设置多个浇筑连通孔，确保节点箱体内腔中钢箱混凝土的密实性。

优选的：所述节点箱体内腔中的混凝土是强度为C60的自密实免振捣混凝土，以解决节点箱体内部的钢箱混凝土振捣困难的问题。

一种用于民用建筑的大跨度钢-混凝土拱架结构的施工方法，其特征在于：适用于所述大跨度钢-混凝土拱架结构；

包括：

步骤S1.1、参见图9-1，进行所述两个支座筒体位于拱脚节点以下的部分以及拱脚节点的施工；

步骤S1.2、参见图9-2，搭设临时施工胎架；

步骤S1.3、参见图9-3，利用所述临时施工胎架提供支承，同步向上进行所述两个支座筒体位于拱脚节点以上的部分、所述拱底拉杆、所述拱肋的两端部分、除顶层之外的其余楼盖的钢桁架、所述拱下吊杆和所述拱上撑杆的施工；

步骤S1.4、参见图9-4，施工所述拱肋的顶部和顶层的楼盖的钢桁架，并完成相互之间的连接；

步骤S1.5、参见图9-5，利用数控千斤顶进行同步卸载，以拆除所述临时施工胎架；

步骤S1.6、参见图9-6，进行所述楼盖的楼板浇筑，并张拉所述体外预应力拉索和预应力拉索。

一种用于民用建筑的大跨度钢-混凝土拱架结构的施工方法，其特征在于：适用于所述大跨度钢-混凝土拱架结构；

包括：

步骤S2.1、参见图10-1，进行所述两个支座筒体及其拱脚节点的施工，并在所述两个支座筒体的顶部搭建吊架；

步骤S2.2、参见图10-2，在地面预先将所述拱肋、拱底拉杆，以及位于拱肋与拱底拉杆之间的楼盖的钢桁架和拱下吊杆拼装成为拱架，其中，所述拱肋和拱底拉杆的两端部进行临时固定；

步骤S2.3、参见图10-3，利用所述吊架，将所述拱架吊起；

步骤S2.4、参见图10-4，将所述拱架吊起至所述拱脚节点处就位；

步骤S2.5、参见图10-5，将所述拱架与各个所述拱脚节点进行连接，再拆除所述吊架；

步骤S2.6、参见图10-6，进行其余楼盖的钢桁架和拱上撑杆的施工，并进行所述楼盖的楼板浇筑，张拉所述体外预应力拉索和预应力拉索。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明在支座筒体设置至少两个拱脚节点，并采用至少两层楼盖，对应于拱脚节点对的拱肋和拱底拉杆，拱下吊杆和拱上撑杆，组成悬空连接体，以用两个支座筒体作为整个结构的竖向承重体系以及抵抗风荷载、地震作用的水平抗侧力体系，并利用拱的受力原理，使各层楼盖既受到拱肋的竖向支承又反过来为拱肋提供侧向稳定的约束，且各层楼盖的钢桁架可以将其水平力有效传递至两端的支座筒体，使各层楼盖的水平力(风、地震)均由本层楼盖自身传递给支座筒体而无需拱肋帮忙，使得拱肋基本只需负责竖向支承而不必负担各层楼盖的横向水平作用，由此再由拱上撑杆起到向上支承各层楼盖的作用，由拱下吊杆起到吊承下方各层楼盖的作用，因此，能够满足悬空连接体的大跨度需求，具有结构稳定性高、成本低的优点。

第二，本发明通过设置四根体外预应力拉索，可平衡相当部分的拱肋底部的横向水平推力，以大大减轻支座筒体的负担，进而改善整个拱架结构的受力状态，减缓拱架结构的外鼓，也即减缓拱架结构的两个支座筒体中部向外凸出的现象。

第三，本发明通过采用预应力拉索配合拱下吊杆，能够减小拱下吊杆的受拉变形，还可作为吊承下方各层楼盖的二道防线。

第四，本发明的施工方法，适于建造大跨度钢-混凝土拱架结构，具有施工简单、方便、效率高的优点。

第五，本发明的拱脚节点能够实现支座筒体的钢骨架、拱肋和拱底拉杆之间的多角度交汇焊接连接，并通过设置第一内隔板和第二内隔板保证拱肋的受力传递有效性，通过设置第三内隔板至第五内隔板保证上下两根竖向钢骨的受力传递有效性，且支座筒体的三根水平钢骨和一根斜向钢骨均能够通过节点箱体直接传递受力，确保了钢骨架、拱肋和拱底拉杆之间的连接质量；并且，通过设置多个浇筑连通孔，确保节点箱体内腔中钢箱混凝土的密实性。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明的大跨度钢-混凝土拱架结构的立面结构示意图；

图2为本发明的大跨度钢-混凝土拱架结构的结构简图；

图3为图1的A-A剖视图；

图4为图1的B-B剖视图；

图5为图1的C-C剖视图；

图6为图1的D-D剖视图；

图7为图1的E-E剖视图；

图8为图1的F-F剖视图；

图9-1为本发明的施工方法方案一的步骤S1.1示意图；

图9-2为本发明的施工方法方案一的步骤S1.2示意图；

图9-3为本发明的施工方法方案一的步骤S1.3示意图；

图9-4为本发明的施工方法方案一的步骤S1.4示意图；

图9-5为本发明的施工方法方案一的步骤S1.5示意图；

图9-6为本发明的施工方法方案一的步骤S1.6示意图；

图10-1为本发明的施工方法方案二的步骤S2.1示意图；

图10-2为本发明的施工方法方案二的步骤S2.2示意图；

图10-3为本发明的施工方法方案二的步骤S2.3示意图；

图10-4为本发明的施工方法方案二的步骤S2.4示意图；

图10-5为本发明的施工方法方案二的步骤S2.5示意图；

图10-6为本发明的施工方法方案二的步骤S2.6示意图；

图11为本发明中拱脚节点与拱肋和拱底拉杆连接的立体结构示意图，图中，隐藏了节点箱体、第一牛腿和第二牛腿的前面板；

图12为本发明中拱脚节点与拱肋和拱底拉杆连接的平面结构示意图，图中，隐藏了节点箱体、第一牛腿和第二牛腿的前面板；

图13为图12的G-G剖视图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本发明进行详细说明，以帮助本领域的技术人员更好的理解本发明的发明构思，但本发明权利要求的保护范围不限于下述实施例，对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明之发明构思的前提下，没有做出创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例一

如图1至图8所示，本发明公开的是一种用于民用建筑的大跨度钢-混凝土拱架结构，包括：两个设置于地面上的支座筒体1，以及连接在该两个支座筒体1之间的悬空连接体；

所述支座筒体1面向所述悬空连接体的侧面设有至少两个拱脚节点2，每一个拱脚节点2均位于所述悬空连接体的底面标高处，且所述两个支座筒体1相对的拱脚节点2组成一对位于同一竖立面的拱脚节点对，各个拱脚节点对所在的竖立面相平行；

所述悬空连接体包括：至少两层楼盖3，并且，每一对所述拱脚节点对之间均连接有一根拱形的拱肋4和一根水平布置的拱底拉杆5，且所述拱肋4和拱底拉杆5与所连接的拱脚节点对位于同一竖立面，其中，所述拱肋4为钢管混凝土杆件，所述拱底拉杆5为钢管，且拱肋4和拱底拉杆5优选采用矩形钢管，以便于与其他构件连接，但也可以采用圆形钢管，但与其他构件的连接处理难度会高一点；

所述楼盖3由钢桁架和铺设在钢桁架上的楼板组成，每一层所述楼盖3的钢桁架均水平布置并均与所述两个支座筒体1和每一根拱肋4连接，所述钢桁架由若干根横向钢梁3-1和纵向钢梁3-2连接组成，并可在横向钢梁3-1和纵向钢梁3-2的连接点之间连接钢斜撑3-3来增强钢桁架的强度，并且，所述拱底拉杆5作为位于底层的楼盖3的其中一根横向钢梁3-1，所述拱肋4的顶部连接位于顶层的楼盖3的钢桁架；

所述拱肋4沿所述悬空连接体的跨度方向L等间隔设有多个连接点；所述拱肋4在每一个所述连接点处均通过一根竖向延伸的拱下吊杆6连接位于该连接点下方的每一层楼盖3的横向钢梁3-1以及拱底拉杆5；除了位于所述拱肋4的顶部处的连接点，所述拱肋4在其余连接点处均通过一根竖向延伸的拱上撑杆7连接位于该连接点上方的每一层楼盖3的横向钢梁3-1。

从而，本发明用两个支座筒体1作为整个结构的竖向承重体系以及抵抗风荷载、地震作用的水平抗侧力体系，并利用拱的受力原理，使各层楼盖3既受到拱肋4的竖向支承又反过来为拱肋4提供侧向稳定的约束，且各层楼盖3的钢桁架可以将其水平力有效传递至两端的支座筒体1，使各层楼盖3的水平力(风、地震)均由本层楼盖3自身传递给支座筒体1而无需拱肋4帮忙，使得拱肋4基本只需负责竖向支承而不必负担各层楼盖3的横向水平作用，由此再由拱上撑杆7起到向上支承各层楼盖3的作用，由拱下吊杆6起到吊承下方各层楼盖3的作用，因此，能够满足悬空连接体的大跨度需求，具有结构稳定性高、成本低的优点。

优选的：所述楼板为轻骨料混凝土楼板，以在保持强度的前提下减轻楼盖3的自重，减轻大跨度的悬空连接体的自重负担。

以上为本实施例一的基本实施方式，可以在该基本实施方式的基础上做进一步的优化、改进和限定：

作为本发明的优选实施方式：如图3所示，所述支座筒体1为钢筋混凝土筒体，该钢筋混凝土筒体包括由厚壁剪力墙围合形成的剪力墙筒体1-1，以及设置在剪力墙筒体1-1内的多面起到空间分隔作用的薄壁剪力墙1-2，以利用薄壁剪力墙1-2将剪力墙筒体1-1的内腔分隔出电梯间1a和楼梯间1b，所述剪力墙筒体1-1的厚度大于所述薄壁剪力墙1-2的厚度；并且，所述剪力墙筒体1-1埋设有钢骨架1-3，所述拱脚节点2部分埋设在所述剪力墙筒体1-1中并与所述钢骨架1-3连接，以形成更为明确的传力路线，提高支座筒体1作为唯一抗侧力体系的抗震延性。

优选的：所述两个支座筒体1分别利用两幢建筑在平面端部因建筑功能需求而天然存在的楼电梯间设置。

作为本发明的优选实施方式：如图7所示，所述拱肋4的顶部通过附加桁架3-4连接位于顶层的楼盖3的钢桁架，所述附加桁架3-4包含三角形钢架，且该三角形钢架的三个角部分别连接在所述两个拱肋4的顶部和位于顶层的楼盖3的钢桁架上，以提高拱肋4的整体稳定性。

作为本发明的优选实施方式：如图4和图5所示，所述楼盖3在所述跨度方向L的中部位置安装有质量调谐阻尼器11，以改善大跨度楼盖的竖向振动舒适度。

实施例二

在上述实施例一的基础上，本实施例二还采用了以下优选的实施方式：

如图4所示，所述支座筒体1对应每一个所述拱脚节点2设有位于该拱脚节点2两侧的牛腿8，所述拱底拉杆5的两侧分别设有一根沿所述悬空连接体的跨度方向L延伸的体外预应力拉索9，所述体外预应力拉索9张拉在相对的两个所述牛腿8之间；其中，相应的纵向钢梁3-2和所述支座筒体1上设有用于所述体外预应力拉索9穿过的过孔。从而，利用四根体外预应力拉索9，可平衡相当部分的拱肋4底部的横向水平推力，以大大减轻支座筒体1的负担，进而改善整个拱架结构的受力状态，减缓拱架结构的外鼓，也即减缓拱架结构的两个支座筒体1中部向外凸出的现象。

实施例三

在上述实施例一或实施例二的基础上，本实施例三还采用了以下优选的实施方式：

如图8所示，所述拱下吊杆6和拱上撑杆7均为圆钢管，且所述拱下吊杆6内置有预应力拉索10，该预应力拉索10的上端固定在所述拱肋4的上缘，该预应力拉索10的下端作为张拉端固定在所述拱底拉杆5的下缘。从而，预应力拉索10配合拱下吊杆6，能够减小拱下吊杆6的受拉变形，还可作为吊承下方各层楼盖3的二道防线。

实施例四

在上述实施例一至实施例三中任意一个实施例的基础上，本实施例四还采用了以下优选的实施方式：

如图11至图13所示，所述拱脚节点2、拱肋4和拱底拉杆5之间的连接结构为：

所述拱脚节点2包括：节点箱体A1，该节点箱体A1由箱体前面板A1-10、箱体后面板A1-9和八块侧板组成，所述八块侧板依次首尾相连并均垂直的焊接在所述箱体前面板A1-10与箱体后面板A1-9之间，所述八块侧板沿顺时针方向依次记为第一侧板A1-1至第八侧板A1-8；

并且，所述节点箱体A1的外部设有内端口与第二侧板A1-2相连的第一牛腿A2以及内端口与第三侧板A1-3相连的第二牛腿A3，所述第二牛腿A3的外端口A3a为企口，以增加焊缝长度及错开连接口，提高与拱底拉杆5的焊接可靠度；

所述节点箱体A1的内腔设有均垂直连接在所述箱体前面板A1-10与箱体后面板A1-9之间的第一内隔板A4-1至第五内隔板A4-5，第一内隔板A4-1和第二内隔板A4-2均连接在第二侧板A1-2与第六侧板A1-6之间，且第一内隔板A4-1和第二内隔板A4-2分别与所述第一牛腿A2的上侧板A2-2和下侧板A2-3共面，第三内隔板A4-3连接在所述第一侧板A1-1与第一内隔板A4-1之间，第四内隔板A4-4连接在所述第一内隔板A4-1与第二内隔板A4-2之间，第五内隔板A4-5所述第二内隔板A4-2与所述节点箱体的第五侧板A1-5之间，且第三内隔板A4-3、第四内隔板A4-4和第五内隔板A4-5共面并均垂直于所述第一侧板A1-1和第五侧板A1-5；

所述节点箱体除第三侧板A1-3和第四侧板A1-4之外的每一块侧板均设有浇筑连通孔A1c，所述节点箱体内部的每一块内隔板均设有浇筑连通孔A1c；

所述支座筒体1为内置有钢骨架的钢筋混凝土筒体，所述钢骨架包括多根竖向钢骨A5-1、多层水平钢骨组和若干根斜向钢骨A5-3，各层所述水平钢骨组沿竖直方向间隔布置，每一层所述水平钢骨组包含多根水平钢骨A5-2，每一根所述水平钢骨A5-2均连接在两根所述竖向钢骨A5-1之间，所述斜向钢骨A5-3连接在位于相邻两层的两根所述水平钢骨A5-2之间；

所述支座筒体1、拱肋4和拱底拉杆5之间通过所述拱脚节点2进行连接；

所述支座筒体1的钢骨架在两根竖向钢骨A5-1、三根水平钢骨A5-2和一根斜向钢骨A5-3的交汇处留有节点安装空间，所述拱脚节点2设置在该节点安装空间中，使得：所述节点箱体A1的第一侧板A1-1和第五侧板A1-5水平布置；所述两根竖向钢骨A5-1分别垂直焊接在所述节点箱体A1的第一侧板A1-1和第五侧板A1-5上，且所述两根竖向钢骨A5-1的中心面A5-1-1与所述第三内隔板A4-3、第四内隔板A4-4和第五内隔板A4-5共面；所述三根水平钢骨A5-2分别垂直焊接在所述节点箱体A1的第七侧板A1-7、箱体前面板A1-10、箱体后面板A1-9上；所述斜向钢骨A5-3焊接在所述节点箱体A1的第六侧板A1-6上；

所述拱肋4的端部与所述第一牛腿A2的外端口对接焊接，所述拱底拉杆5的端部与所述第二牛腿A3的外端口A3a对接焊接；

所述节点箱体A1的内腔和所述拱肋4的内腔均浇筑有混凝土。

其中，节点箱体A1大部分内置于支座筒体1的混凝土中，留有一定厚度的混凝土保护层，不影响支座筒体1的受力钢筋拉通。

因此，本发明的拱脚节点2能够实现支座筒体1的钢骨架、拱肋4和拱底拉杆5之间的多角度交汇焊接连接，并通过设置第一内隔板A4-1和第二内隔板A4-2保证拱肋4的受力传递有效性，通过设置第三内隔板A4-3至第五内隔板A4-5保证上下两根竖向钢骨A5-1的受力传递有效性，且支座筒体1的三根水平钢骨A5-2和一根斜向钢骨A5-3均能够通过节点箱体A1直接传递受力，确保了钢骨架、拱肋4和拱底拉杆5之间的连接质量；并且，通过设置多个浇筑连通孔A1c，确保节点箱体A1内腔中钢箱混凝土的密实性。

以上为本实施例四的基本实施方式，可以在该基本实施方式的基础上做进一步的优化、改进和限定：

优选的：所述节点箱体A1内腔中的混凝土是强度为C60的自密实免振捣混凝土，以解决节点箱体A1内部的钢箱混凝土振捣困难的问题。

优选的：所述第一牛腿A2的前面板、第二牛腿A3的前面板和所述箱体前面板A1-10相平齐，所述第一牛腿A2的后面板A2-1、第二牛腿A3的后面板A3-1和所述箱体后面板A1-9相平齐；所述第一侧板A1-1和第二侧板A1-2的焊接缝与所述第一牛腿A2的上侧板A2-2相连，所述节点箱体A1的第二侧板A1-2和第三侧板A1-3的焊接缝与所述第一牛腿A2的下侧板A2-3相连，且所述第一牛腿A2的上侧板A2-2和下侧板A2-3均垂直于所述第二侧板A1-2；所述第二牛腿A3的上侧板A3-2和下侧板A3-3均垂直于所述第三侧板A1-3。从而，能够进一步确保受力传递的有效性。

优选的：所述第一牛腿A2的前面板和第二牛腿A3的前面板均由所述箱体前面板A1-10延伸而成，所述第一牛腿A2的后面板A2-1和所述第二牛腿A3的后面板A3-1均由所述箱体后面板A1-9延伸而成，且所述箱体前面板A1-10和箱体后面板A1-9均形成有位于所述第一侧板A1-1与所述第一牛腿A2的上侧板A2-2之间的第一倒圆角A1a以及位于所述第一牛腿A2的下侧板A2-3与所述第二牛腿A3的上侧板A3-2之间的第二倒圆角A1b。从而，能够通过第一倒圆角A1a和第二倒圆角A1b改善拱脚节点2、拱肋4和拱底拉杆5之间的交汇受力，减少应力集中。

优选的：所述节点箱体A1的内部还设有均垂直连接在所述箱体前面板A1-10与箱体后面板A1-9之间、且均垂直连接在所述第四内隔板A4-4上的第一肋板A8-1和第二肋板A8-2，所述第一肋板A8-1平齐于与所述箱体前面板A1-10和箱体后面板A1-9相连的两根水平钢骨A5-2的上沿，所述第二肋板A8-2平齐于与所述箱体前面板A1-10和箱体后面板A1-9相连的两根水平钢骨A5-2的下沿。从而，通过第一肋板A8-1和第二肋板A8-2，能够使两根水平钢骨A5-2与节点箱体A1之间的受力传递更有效，且能够分散集中应力。

优选的：所述节点箱体A1的内部还设有均平行于所述箱体前面板A1-10设置的第三肋板A8-3至第八肋板A8-8，第三肋板A8-3垂直连接在第四侧板A1-4、第五侧板A1-5和第五内隔板A4-5之间，第四肋板A8-4垂直连接在第五内隔板A4-5、第五侧板A1-5和第二内隔板A4-2之间，第五肋板A8-5垂直连接在第二内隔板A4-2、第六侧板A1-6和第一内隔板A4-1之间，第六肋板A8-6垂直连接在第一内隔板A4-1、第六侧板A1-7和第八侧板A1-8之间，第七肋板A8-7垂直连接在第八侧板A1-8、第一侧板A1-1和第三内隔板A4-3之间，第八肋板A8-8垂直连接在第三内隔板A4-3、第一侧板A1-1和第一内隔板A4-1之间。

从而，通过设置第三肋板A8-3至第八肋板A8-8，能够分散两根竖向钢骨A5-1、一根水平钢骨A5-2和一根斜向钢骨A5-3连接处的集中应力。

优选的：所述节点箱体的内部还设有垂直连接在所述箱体前面板A1-10与箱体后面板A1-9之间的第六内隔板A4-6，所述第六内隔板A4-6连接在所述第二内隔板A4-2与第三侧板A1-3之间并与所述第二牛腿A3的下侧板A3-3共面，且所述第六内隔板A4-6设有浇筑连通孔A1c。从而，能够增加拱脚节点2富余量的结构强度。

优选的：所述箱体前面板A1-10的外侧面和所述箱体后面板A1-9的外侧面均焊接有多根抗剪栓钉A9，以增强拱脚节点2与支座筒体1的混凝土之间的连接紧密度，并增加抗剪承载力及抗拉承载力。

实施例五

本发明还公开了一种用于民用建筑的大跨度钢-混凝土拱架结构的施工方法，适用于上述实施例一至实施例四中任意一个实施例所述大跨度钢-混凝土拱架结构；

包括：

步骤S1.1、参见图9-1，进行所述两个支座筒体1位于拱脚节点2以下的部分以及拱脚节点2的施工；

步骤S1.2、参见图9-2，搭设临时施工胎架12；

步骤S1.3、参见图9-3，利用所述临时施工胎架12提供支承，同步向上进行所述两个支座筒体1位于拱脚节点2以上的部分、所述拱底拉杆5、所述拱肋4的两端部分、除顶层之外的其余楼盖3的钢桁架、所述拱下吊杆6和所述拱上撑杆7的施工；

步骤S1.4、参见图9-4，施工所述拱肋4的顶部和顶层的楼盖3的钢桁架，并完成相互之间的连接；

步骤S1.5、参见图9-5，利用数控千斤顶进行同步卸载，以拆除所述临时施工胎架12；

步骤S1.6、参见图9-6，进行所述楼盖3的楼板浇筑，并张拉所述体外预应力拉索9和预应力拉索10。

实施例六

本发明还公开了一种用于民用建筑的大跨度钢-混凝土拱架结构的施工方法，适用于上述实施例一至实施例四中任意一个实施例所述大跨度钢-混凝土拱架结构；

包括：

步骤S2.1、参见图10-1，进行所述两个支座筒体1及其拱脚节点2的施工，并在所述两个支座筒体1的顶部搭建吊架13；

步骤S2.2、参见图10-2，在地面预先将所述拱肋4、拱底拉杆5，以及位于拱肋4与拱底拉杆5之间的楼盖3的钢桁架和拱下吊杆6拼装成为拱架，其中，所述拱肋4和拱底拉杆5的两端部进行临时固定；

步骤S2.3、参见图10-3，利用所述吊架13，将所述拱架吊起；

步骤S2.4、参见图10-4，将所述拱架吊起至所述拱脚节点2处就位；

步骤S2.5、参见图10-5，将所述拱架与各个所述拱脚节点2进行连接，再拆除所述吊架13；

步骤S2.6、参见图10-6，进行其余楼盖3的钢桁架和拱上撑杆7的施工，并进行所述楼盖3的楼板浇筑，张拉所述体外预应力拉索9和预应力拉索10。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种用于民用建筑的大跨度钢-混凝土拱架结构，包括：两个设置于地面上的支座筒体(1)，以及连接在该两个支座筒体(1)之间的悬空连接体；

其特征在于：

所述支座筒体(1)面向所述悬空连接体的侧面设有至少两个拱脚节点(2)，每一个拱脚节点(2)均位于所述悬空连接体的底面标高处，且所述两个支座筒体(1)相对的拱脚节点(2)组成一对位于同一竖立面的拱脚节点对，各个拱脚节点对所在的竖立面相平行；

所述悬空连接体包括：至少两层楼盖(3)，并且，每一对所述拱脚节点对之间均连接有一根拱形的拱肋(4)和一根水平布置的拱底拉杆(5)，且所述拱肋(4)和拱底拉杆(5)与所连接的拱脚节点对位于同一竖立面，其中，所述拱肋(4)为钢管混凝土杆件，所述拱底拉杆(5)为钢管；

所述楼盖(3)由钢桁架和铺设在钢桁架上的楼板组成，每一层所述楼盖(3)的钢桁架均水平布置并均与所述两个支座筒体(1)和每一根拱肋(4)连接，所述钢桁架由若干根横向钢梁(3-1)和纵向钢梁(3-2)连接组成，并且，所述拱底拉杆(5)作为位于底层的楼盖(3)的其中一根横向钢梁(3-1)，所述拱肋(4)的顶部连接位于顶层的楼盖(3)的钢桁架；

所述拱肋(4)沿所述悬空连接体的跨度方向(L)等间隔设有多个连接点；所述拱肋(4)在每一个所述连接点处均通过一根竖向延伸的拱下吊杆(6)连接位于该连接点下方的每一层楼盖(3)的横向钢梁(3-1)以及拱底拉杆(5)；除了位于所述拱肋(4)的顶部处的连接点，所述拱肋(4)在其余连接点处均通过一根竖向延伸的拱上撑杆(7)连接位于该连接点上方的每一层楼盖(3)的横向钢梁(3-1)；

所述支座筒体(1)为钢筋混凝土筒体，该钢筋混凝土筒体包括由厚壁剪力墙围合形成的剪力墙筒体(1-1)，以及设置在剪力墙筒体(1-1)内的多面薄壁剪力墙(1-2)，所述剪力墙筒体(1-1)的厚度大于所述薄壁剪力墙(1-2)的厚度；并且，所述剪力墙筒体(1-1)埋设有钢骨架(1-3)，所述拱脚节点(2)部分埋设在所述剪力墙筒体(1-1)中并与所述钢骨架(1-3)连接。

2.根据权利要求1所述用于民用建筑的大跨度钢-混凝土拱架结构，其特征在于：所述拱肋(4)的顶部通过附加桁架(3-4)连接位于顶层的楼盖(3)的钢桁架，所述附加桁架(3-4)包含三角形钢架，且该三角形钢架的三个角部分别连接在所述两个拱肋(4)的顶部和位于顶层的楼盖(3)的钢桁架上。

3.根据权利要求1所述用于民用建筑的大跨度钢-混凝土拱架结构，其特征在于：所述支座筒体(1)对应每一个所述拱脚节点(2)设有位于该拱脚节点(2)两侧的牛腿(8)，所述拱底拉杆(5)的两侧分别设有一根沿所述悬空连接体的跨度方向(L)延伸的体外预应力拉索(9)，所述体外预应力拉索(9)张拉在相对的两个所述牛腿(8)之间；其中，相应的纵向钢梁(3-2)和所述支座筒体(1)上设有用于所述体外预应力拉索(9)穿过的过孔。

4.根据权利要求1所述用于民用建筑的大跨度钢-混凝土拱架结构，其特征在于：所述拱下吊杆(6)和拱上撑杆(7)均为圆钢管，且所述拱下吊杆(6)内置有预应力拉索(10)，该预应力拉索(10)的上端固定在所述拱肋(4)的上缘，该预应力拉索(10)的下端固定在所述拱底拉杆(5)的下缘。

5.根据权利要求1所述用于民用建筑的大跨度钢-混凝土拱架结构，其特征在于：所述楼盖(3)在所述跨度方向(L)的中部位置安装有质量调谐阻尼器(11)。

6.根据权利要求1所述用于民用建筑的大跨度钢-混凝土拱架结构，其特征在于：所述拱脚节点(2)、拱肋(4)和拱底拉杆(5)之间的连接结构为：

所述拱脚节点(2)包括：节点箱体(A1)，该节点箱体(A1)由箱体前面板(A1-10)、箱体后面板(A1-9)和八块侧板组成，所述八块侧板依次首尾相连并均垂直的焊接在所述箱体前面板(A1-10)与箱体后面板(A1-9)之间，所述八块侧板沿顺时针方向依次记为第一侧板(A1-1)至第八侧板(A1-8)；

并且，所述节点箱体(A1)的外部设有内端口与第二侧板(A1-2)相连的第一牛腿(A2)以及内端口与第三侧板(A1-3)相连的第二牛腿(A3)；

所述节点箱体(A1)的内腔设有均垂直连接在所述箱体前面板(A1-10)与箱体后面板(A1-9)之间的第一内隔板(A4-1)至第五内隔板(A4-5)，第一内隔板(A4-1)和第二内隔板(A4-2)均连接在第二侧板(A1-2)与第六侧板(A1-6)之间，且第一内隔板(A4-1)和第二内隔板(A4-2)分别与所述第一牛腿(A2)的上侧板(A2-2)和下侧板(A2-3)共面，第三内隔板(A4-3)连接在所述第一侧板(A1-1)与第一内隔板(A4-1)之间，第四内隔板(A4-4)连接在所述第一内隔板(A4-1)与第二内隔板(A4-2)之间，第五内隔板(A4-5)所述第二内隔板(A4-2)与所述节点箱体的第五侧板(A1-5)之间，且第三内隔板(A4-3)、第四内隔板(A4-4)和第五内隔板(A4-5)共面并均垂直于所述第一侧板(A1-1)和第五侧板(A1-5)；

所述节点箱体除第三侧板(A1-3)和第四侧板(A1-4)之外的每一块侧板均设有浇筑连通孔(A1c)，所述节点箱体内部的每一块内隔板均设有浇筑连通孔(A1c)；

所述支座筒体(1)为内置有钢骨架的钢筋混凝土筒体，所述钢骨架包括多根竖向钢骨(A5-1)、多层水平钢骨组和若干根斜向钢骨(A5-3)，各层所述水平钢骨组沿竖直方向间隔布置，每一层所述水平钢骨组包含多根水平钢骨(A5-2)，每一根所述水平钢骨(A5-2)均连接在两根所述竖向钢骨(A5-1)之间，所述斜向钢骨(A5-3)连接在位于相邻两层的两根所述水平钢骨(A5-2)之间；

所述支座筒体(1)、拱肋(4)和拱底拉杆(5)之间通过所述拱脚节点(2)进行连接；

所述支座筒体(1)的钢骨架在两根竖向钢骨(A5-1)、三根水平钢骨(A5-2)和一根斜向钢骨(A5-3)的交汇处留有节点安装空间，所述拱脚节点(2)设置在该节点安装空间中，使得：所述节点箱体(A1)的第一侧板(A1-1)和第五侧板(A1-5)水平布置；所述两根竖向钢骨(A5-1)分别垂直焊接在所述节点箱体(A1)的第一侧板(A1-1)和第五侧板(A1-5)上，且所述两根竖向钢骨(A5-1)的中心面(A5-1-1)与所述第三内隔板(A4-3)、第四内隔板(A4-4)和第五内隔板(A4-5)共面；所述三根水平钢骨(A5-2)分别垂直焊接在所述节点箱体(A1)的第七侧板(A1-7)、箱体前面板(A1-10)、箱体后面板(A1-9)上；所述斜向钢骨(A5-3)焊接在所述节点箱体(A1)的第六侧板(A1-6)上；

所述拱肋(4)的端部与所述第一牛腿(A2)的外端口对接焊接，所述拱底拉杆(5)的端部与所述第二牛腿(A3)的外端口(A3a)对接焊接；

所述节点箱体(A1)的内腔和所述拱肋(4)的内腔均浇筑有混凝土。

7.根据权利要求6所述用于民用建筑的大跨度钢-混凝土拱架结构，其特征在于：所述节点箱体(A1)内腔中的混凝土是强度为C60的自密实免振捣混凝土。

8.一种用于民用建筑的大跨度钢-混凝土拱架结构的施工方法，其特征在于：适用于权利要求1至7任意一项所述大跨度钢-混凝土拱架结构；

包括：

步骤S1.1、进行所述两个支座筒体(1)位于拱脚节点(2)以下的部分以及拱脚节点(2)的施工；

步骤S1.2、搭设临时施工胎架(12)；

步骤S1.3、利用所述临时施工胎架(12)提供支承，同步向上进行所述两个支座筒体(1)位于拱脚节点(2)以上的部分、所述拱底拉杆(5)、所述拱肋(4)的两端部分、除顶层之外的其余楼盖(3)的钢桁架、所述拱下吊杆(6)和所述拱上撑杆(7)的施工；

步骤S1.4、施工所述拱肋(4)的顶部和顶层的楼盖(3)的钢桁架，并完成相互之间的连接；

步骤S1.5、利用数控千斤顶进行同步卸载，以拆除所述临时施工胎架(12)；

步骤S1.6、进行所述楼盖(3)的楼板浇筑。

9.一种用于民用建筑的大跨度钢-混凝土拱架结构的施工方法，其特征在于：适用于权利要求1至7任意一项所述大跨度钢-混凝土拱架结构；

包括：

步骤S2.1、进行所述两个支座筒体(1)及其拱脚节点(2)的施工，并在所述两个支座筒体(1)的顶部搭建吊架(13)；

步骤S2.2、在地面预先将所述拱肋(4)、拱底拉杆(5)，以及位于拱肋(4)与拱底拉杆(5)之间的楼盖(3)的钢桁架和拱下吊杆(6)拼装成为拱架，其中，所述拱肋(4)和拱底拉杆(5)的两端部进行临时固定；

步骤S2.3、利用所述吊架(13)，将所述拱架吊起；

步骤S2.4、将所述拱架吊起至所述拱脚节点(2)处就位；

步骤S2.5、将所述拱架与各个所述拱脚节点(2)进行连接，再拆除所述吊架(13)；

步骤S2.6、进行其余楼盖(3)的钢桁架和拱上撑杆(7)的施工，并进行所述楼盖(3)的楼板浇筑。

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