CN114351930B - 联排式矩形钢管混凝土拱形屋面结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适合大跨度屋面的联排式矩形钢管混凝土拱形屋面结构及其施工方法，沿拱壳长度方向设置一系列连续排列的钢管拱柱，形成钢结构拱壳，待钢结构拱壳在支承墙体上安装就位后，再通过每根钢管拱柱上的预留孔洞向各自独立的钢管拱柱内浇筑自密实混凝土。本发明所提出的新型结构型式，无需配置钢筋，不必搭设和拆除模板，可节约成本、缩短工期，并可真正实现模块化施工。
Description
技术领域
本发明属于建筑结构的设计技术，具体涉及一种适合大跨度屋面的联排式矩形钢管混凝土拱形屋面结构及其施工方法。
背景技术
核电厂大跨度屋面由于要承受严重环境荷载(风荷载或运行安全地震动作用)、极端环境荷载(龙卷风荷载或极限安全地震动作用)以及外部人为事件引起的荷载(如飞机坠毁引起的荷载)等，无法采用民用工程中常用的网架及网壳结构，因此常常会选择采用钢筋混凝土拱壳结构。然而由于这种大跨度屋面下部一般不具备支模条件，为了施工钢筋混凝土拱壳结构，还需要设置永久性的钢模板，耗费大量的钢材。而且施工钢筋混凝土拱壳时，要在钢模板上绑扎纵向钢筋及拉筋，搭设上部模板，而后浇筑混凝土，待混凝土达到设计强度后再拆除上部模板，采用这样常规的施工方式，必将耗费大量的人力和工时。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种联排式矩形钢管混凝土拱形屋面结构及其施工方法，从而使结构受力更加合理，节约成本，缩短工期。
本发明的技术方案如下：一种联排式矩形钢管混凝土拱形屋面结构，包括沿拱壳长度方向设置的一系列连续排列的钢管拱柱，钢管拱柱包括上翼缘板、下翼缘板以及两侧的腹板，每根钢管拱柱内浇筑有自密实混凝土。
进一步，如上所述的联排式矩形钢管混凝土拱形屋面结构，其中，相邻两根钢管拱柱之间共用同一块腹板。
进一步，如上所述的联排式矩形钢管混凝土拱形屋面结构，其中，在所述上翼缘板上设有用于浇筑混凝土的孔洞。
进一步，如上所述的联排式矩形钢管混凝土拱形屋面结构，其中，所述上翼缘板、下翼缘板内侧可设置若干栓钉。
进一步，如上所述的联排式矩形钢管混凝土拱形屋面结构，其中，所述上翼缘板与腹板之间，以及腹板与下翼缘板之间通过焊接的方式连接。
进一步，如上所述的联排式矩形钢管混凝土拱形屋面结构，其中，整个拱形屋面结构沿拱壳长度方向分成若干段钢模块，将钢模块拼接并与支承墙体连接形成拱形屋面结构。
进一步，如上所述的联排式矩形钢管混凝土拱形屋面结构，其中，钢管拱柱的矢跨比为1/8～1/3.5。
一种上述联排式矩形钢管混凝土拱形屋面结构的施工方法，包括：
沿拱壳长度方向设置一系列连续排列的钢管拱柱，形成钢结构拱壳，待钢结构拱壳在支承墙体上安装就位后，再通过每根钢管拱柱上的预留孔洞向各自独立的钢管拱柱内浇筑自密实混凝土。
进一步，如上所述的施工方法，其中，在钢结构拱壳底部沿拱壳长度方向浇筑钢筋混凝土挡墙，待挡墙达到设计强度后，通过钢管拱柱上的预留孔洞向每根钢管拱柱内浇筑自密实混凝土，待自密实混凝土达到设计强度后，采用后焊钢板封闭所述预留孔洞。
进一步，如上所述的施工方法，其中，整个钢结构拱壳沿拱壳长度方向分成若干段钢模块，各个钢模块分别制作并吊装就位于支承墙体上，通过支承墙体上部的通长预埋件与钢模块连接，相邻钢模块之间通过后焊钢板连接。
本发明的有益效果如下：
本发明采用一种联排式矩形钢管混凝土拱壳结构，将其应用于受压为主的拱形结构中，受力更为合理。钢管对其核心混凝土的约束作用可使混凝土的强度提高，塑性和韧性大为改善；内部混凝土的存在可以延缓或阻止钢管发生内凹的局部屈曲。
相比较通常采用的钢筋混凝土拱壳结构，本发明提出的联排式矩形钢管混凝土拱壳结构，钢结构拱壳自身不但可作为内部混凝土浇筑的模板，承担施工期间的荷载，还将与内部混凝土共同形成钢-混凝土组合结构承担使用期间的荷载。本发明所提出的新型结构型式，无需配置钢筋，不必搭设和拆除模板，可节约成本、缩短工期，并可真正实现模块化施工。
附图说明
图1为本发明具体实施例提供的联排式矩形钢管混凝土拱壳的轴测图；
图2为图1中A-A截面示意图(不设置栓钉)；
图3为图1中A-A截面示意图(设置栓钉)；
图4为本发明具体实施例中翼缘与腹板的连接方式示意图；
图5为本发明具体实施例中钢模块之间的连接节点示意图；
图6为本发明具体实施例中钢模块与山墙的连接节点示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提出了一种适合核电厂大跨度屋面的联排式矩形钢管混凝土拱壳结构，其理论基础成熟、结构型式新颖、受力合理、具备良好的经济性和实用性。
联排式矩形钢管混凝土拱形屋面结构，为沿拱壳长度方向设置一系列连续排列、腹板共用的矩形钢管拱柱，形成钢结构拱壳，待钢结构拱壳安装就位后，再通过每根钢管拱柱上翼缘板上的预留孔洞向各自独立的钢管拱柱内浇筑自密实混凝土。
钢结构拱壳一般可采用Q355B或Q235B钢材，外露于腐蚀环境中的翼缘板可采用耐候结构钢Q355NHB、Q235NHB。
如图1所示，若干根钢管拱柱沿拱壳长度L的方向连续排列设置，形成钢结构拱壳1，钢结构拱壳1通过预埋件2安装在支承墙体3上，在钢结构拱壳1底部沿拱壳长度L的方向浇筑钢筋混凝土挡墙4。
图1中钢结构拱壳外部尺寸(拱壳长度L、拱壳净跨B0、拱壳净矢高f0)应根据厂房条件确定，其中矢跨比f0/B0宜控制在1/8～1/3.5。
如图2、图3所示，钢管拱柱包括上翼缘板5、下翼缘板6以及两侧的腹板7，上翼缘板5上设有用于浇筑自密实混凝土9的孔洞8。相邻两根钢管拱柱之间共用同一块腹板7。还可以在钢管拱柱内部上、下翼缘板上分别设置若干栓钉10。
钢管拱柱内部上、下翼缘板上是否设置栓钉可根据设计需要确定，翼缘板未设置栓钉的截面如图2所示，翼缘板设置栓钉的截面如图3所示。栓钉可采用符合GB/T 10433的圆柱头焊钉，圆柱头焊钉可以等间距设置，具体的尺寸及间距按计算确定。栓钉可以增强上、下翼缘板与混凝土的连接，避免钢板屈曲变形，对于上、下翼缘板较薄及腹板间距较大时，可考虑采用。
图2、图3中的拱壳厚度h、上翼缘板厚度、下翼缘板厚度、腹板厚度、腹板间距s可通过计算分析确定。
根据吊装要求，可将整个钢结构拱壳沿拱壳长度方向分成若干段钢模块，各个钢模块分别制作并吊装就位于图1中支承墙体3上部的通长预埋件2上。钢模块制作中翼缘板与腹板的连接可采用图4所示的连接型式，上翼缘板5与腹板7之间，以及腹板7与下翼缘板6之间通过焊接的方式连接。一个钢模块中下翼缘板6可以采用一块完整钢板。
相邻钢模块间的拼接方式如图5所示，钢模块11的下部采用同下翼缘板等厚的通长钢板13与钢模块下翼缘板搭接焊接，上部采用同上翼缘板等厚、带预留浇筑孔的通长钢板12与钢模块腹板焊接，从而形成矩形钢管拱柱。
钢模块与山墙的连接方式见图6。图中，11为钢模块，14为端部带锚固板的钢筋，15为预埋带套筒钢筋，16为后焊钢板，17为通长预埋件，18为通长预埋件，19为山墙。在山墙19顶部留置两道通长预埋件17、18以及预埋带套筒钢筋15，套筒外露与山墙平齐。待钢模块就位后，将下翼缘板与下部的通长预埋件18焊接，随后对应每个预埋套筒安装端部带锚固板的钢筋14，最后将与上翼缘板厚度相同且带预留浇筑孔的钢板16与上部通长预埋件17及钢模块腹板焊接。
本发明钢结构拱壳的混凝土施工方法如下：在拱壳底部沿拱壳长度方向浇筑钢筋混凝土挡墙，待挡墙达到设计强度后，通过矩形钢管拱上翼缘板上预留的孔洞向每根钢管拱中浇筑自密实混凝土，待自密实混凝土达到设计强度后，采用后焊钢板封闭上翼缘的预留孔洞。
对于本领域技术人员而言，显然本发明的结构不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种联排式矩形钢管混凝土拱形屋面结构的施工方法，其特征在于，沿拱壳长度方向设置一系列连续排列的钢管拱柱，钢管拱柱包括上翼缘板、下翼缘板以及两侧的腹板，形成钢结构拱壳，所述钢管拱柱的矢跨比为1/8～1/3.5；
在拱壳的两道支承墙体顶部留置通长预埋件，并在两侧山墙上部及内侧设置两道通长预埋件，同时在山墙内侧预埋带套筒钢筋，预埋套筒外露与山墙平齐，钢结构拱壳通过预埋件安装在支承墙体上，并将所述下翼缘板与山墙内侧预埋件焊接，随后对应每个预埋套筒安装端部带锚固板的钢筋，最后将与所述上翼缘板厚度相同且带预留孔洞的钢板与山墙上部预埋件及腹板焊接；
待钢结构拱壳在支承墙体上安装就位后，在钢结构拱壳底部沿拱壳长度方向浇筑钢筋混凝土挡墙；
待挡墙达到设计强度后，通过每根钢管拱柱上的预留孔洞向各自独立的每根钢管拱柱内浇筑自密实混凝土；
待自密实混凝土达到设计强度后，采用后焊钢板封闭所述预留孔洞。
2.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，相邻两根钢管拱柱之间共用同一块腹板。
3.如权利要求1或2所述的施工方法，其特征在于，在所述上翼缘板上设有用于浇筑混凝土的孔洞。
4.如权利要求1或2所述的施工方法，其特征在于，所述上翼缘板、下翼缘板内侧可设置若干栓钉。
5.如权利要求1或2所述的施工方法，其特征在于，所述上翼缘板与腹板之间，以及腹板与下翼缘板之间通过焊接的方式连接。
6.如权利要求1或2所述的施工方法，其特征在于，整个拱形屋面结构沿拱壳长度方向分成若干段钢模块，将钢模块拼接并与支承墙体连接形成拱形屋面结构。
7.如权利要求6所述的施工方法，其特征在于，整个钢结构拱壳沿拱壳长度方向分成若干段钢模块，各个钢模块分别制作并吊装就位于支承墙体上，通过支承墙体上部的通长预埋件与钢模块连接，相邻钢模块之间通过后焊钢板连接。
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