CN114737605B - 一种重载下超大跨地下空间箱型钢混凝土顶盖及框架体系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地下工程技术领域，具体涉及一种重载下超大跨地下空间箱型钢混凝土顶盖及框架体系，顶盖主体内设置有钢筋笼骨架、曲线预应力筋、直线预应力筋和若干箱型钢；若干箱型钢沿纵向间隔设置于钢筋笼骨架中，且相邻的箱型钢之间均设置有第一波纹管，第一波纹管中通过后张法张拉设置有曲线预应力筋；各箱型钢的上方均设置有第二波纹管，第二波纹管中通过后张法张拉设置有直线预应力筋；第一波纹管和第二波纹管中均灌注有水泥砂浆。本发明采用型钢结构体系和预应力筋结构体系相结合，有效结合了型钢混凝土结构的承载力高、刚度大、自重轻的特点和预应力混凝土结构良好的抗裂抗变形能力特点，尤其适用于地下建筑重载及大跨度条件下。

Description

一种重载下超大跨地下空间箱型钢混凝土顶盖及框架体系

技术领域

本发明涉及地下工程技术领域，具体涉及一种重载下超大跨地下空间箱型钢混凝土顶盖及框架体系，可用于轨道交通工程地下结构、地下室等结构工程中。

背景技术

随着城市地下建设的发展，地下超大跨度空间结构的需求日益增进，与此同时结构上部较高的荷载给超大跨地下空间结构的设计与施工造成较大的困难。目前工程中常用结构形式如密排肋梁结构会降低结构的使用高度，施工较为复杂，跨中及支座处裂缝宽度较难控制；折板及拱形结构会造成较大的水平力，提高连接节点及抗侧力构件的设计要求；Y形柱结构对结构净空及使用功能存在限制。

因此有必要设计一种重载下超大跨地下空间箱型钢混凝土顶盖及框架体系，以克服上述问题。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种重载下超大跨地下空间箱型钢混凝土顶盖及框架体系，有效结合了型钢混凝土结构的承载力高、刚度大、自重轻的特点和预应力混凝土结构良好的抗裂抗变形能力特点，从而提高此类地下建筑结构体系的整体承载能力、强度、刚度和整体性，适用于结构大跨度、重载以及对截面尺寸有严格要求、对使用高度等有要求的地下工程。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种重载下超大跨地下空间箱型钢混凝土顶盖，包括由高强混凝土浇筑而成的顶盖主体，所述顶盖主体内设置有钢筋笼骨架、曲线预应力筋、直线预应力筋和若干箱型钢；若干箱型钢沿纵向间隔设置于所述钢筋笼骨架中，且相邻的所述箱型钢之间均设置有第一波纹管，所述第一波纹管中通过后张法张拉设置有曲线预应力筋；各所述箱型钢的上方均设置有第二波纹管，所述第二波纹管中通过后张法张拉设置有直线预应力筋；所述第一波纹管和所述第二波纹管中均灌注有水泥砂浆。

进一步地，相邻的所述箱型钢之间均沿纵向间隔设置有若干所述第一波纹管，且各所述第一波纹管中均张拉设置有若干所述曲线预应力筋。

进一步地，各所述箱型钢的上方均沿纵向间隔设置有若干所述第二波纹管，且各所述第二波纹管中均张拉设置有若干所述直线预应力筋。

进一步地，所述钢筋笼骨架包括若干箍筋钢筋笼，相邻的所述箱型钢之间均设置有沿横向布置的箍筋钢筋笼；所述曲线预应力筋沿横向贯穿对应所述箱型钢之间的所述箍筋钢筋笼。

更进一步地，所述钢筋笼骨架还包括板顶钢筋网和板底钢筋网，所述板顶钢筋网位于所述箱型钢的上方并与所述箍筋钢筋笼的顶部连接，所述板底钢筋网位于所述箱型钢的下方并与所述箍筋钢筋笼的底部连接。

本发明还提供一种重载下超大跨地下空间箱型钢混凝土顶盖框架体系，包括型钢混凝土梁、型钢混凝土柱以及上述的箱型钢混凝土顶盖；所述型钢混凝土柱内设置有沿竖向布置的柱型钢，所述柱型钢的顶部固定有型钢牛腿；所述型钢混凝土梁内设置有沿纵向布置的梁型钢，所述梁型钢的两端分别与其两侧的所述型钢混凝土柱上的所述型钢牛腿连接；其中一部分所述箱型钢的两端分别与其两侧的所述柱型钢连接，其中一部分所述箱型钢的两端分别与其两侧的所述型钢牛腿连接，另外一部分所述箱型钢的两端分别与其两侧的所述梁型钢连接。

进一步地，所述柱型钢的顶部与所述箱型钢连接的位置处还设置有上下平行的两块型钢内隔板，所述箱型钢的端部位于两块型钢内隔板之间；所述箱型钢的两端分别通过型钢连接件与所述柱型钢、所述型钢牛腿或所述梁型钢连接。

进一步地，跨中处的所述曲线预应力筋位于所述箱型钢混凝土顶盖的下部，主梁支座处的所述曲线预应力筋位于对应的所述梁型钢的上方，边跨处的所述曲线预应力筋延伸至边梁形心处穿过对应的所述梁型钢的腹板并锚固。

进一步地，所述型钢混凝土梁内还设置有主梁顶钢筋网、主梁底钢筋网以及沿纵向间隔布置的若干主梁箍筋；所述梁型钢沿纵向贯穿各所述主梁箍筋，所述主梁顶钢筋网位于所述梁型钢的上方并与各所述主梁箍筋的顶部连接，所述主梁底钢筋网位于所述梁型钢的下方并与各所述主梁箍筋的底部连接。

进一步地，所述型钢混凝土柱内还设置有沿竖向间隔布置的若干柱箍筋和沿竖直布置的若干柱纵筋，所述柱型钢沿竖向贯穿各所述柱箍筋，若干柱纵筋沿所述柱型钢的周向间隔布置且均与各所述柱箍筋连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明在满足重载及大跨度条件下，采用型钢结构体系和预应力筋结构体系相结合，形成一种新型的框架体系，有效结合了型钢混凝土结构的承载力高、刚度大、自重轻的特点和预应力混凝土结构良好的抗裂抗变形能力特点，可以有效地提高地下建筑结构体系的整体承载能力、强度、刚度和整体性，解决重载作用下结构的大跨度需求、截面尺寸需求及抗震需求的问题；

（2）本发明的主体抗弯构件选用箱型钢，既利用了型钢混凝土结构强度高刚度大的特点，又减轻了板体自重，节约钢材；同时还可以提高空心率，降低成本；

（3）本发明提供的重载下超大跨地下空间箱型钢混凝土顶盖框架体系具有构造简单、施工便捷、传力路径清晰、应用范围广等优点，在重载、大跨及对截面尺寸有严格要求的工程领域中有着广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1为本发明实施例提供的重载下超大跨地下空间箱型钢混凝土顶盖框架体系的立体示意图；

图2为本发明实施例提供的重载下超大跨地下空间箱型钢混凝土顶盖框架体系的型钢骨架示意图；

图3为本发明实施例提供的曲线预应力筋、直线预应力筋和箍筋钢筋笼的示意图；

图4为本发明实施例提供的箱型钢混凝土顶盖的立体示意图；

图5为本发明实施例提供的型钢混凝土梁和型钢混凝土柱的型钢连接示意图；

图6为本发明实施例提供的箱型钢混凝土顶盖和型钢混凝土梁的型钢连接示意图；

图7为本发明实施例提供的箱型钢混凝土顶盖在主梁支座处的截面示意图；

图8为本发明实施例提供的箱型钢混凝土顶盖在跨中处的截面示意图；

图9为本发明实施例提供的型钢混凝土梁的A-A剖面结构示意图；

图10为本发明实施例提供的型钢混凝土柱的B-B剖面结构示意图；

图11为本发明实施例提供的波纹管的剖面示意图；

图中：1、箱型钢混凝土顶盖；2、型钢混凝土梁；3、型钢混凝土柱；4、箱型钢；5、梁型钢；6、柱型钢；7、型钢连接件；8、曲线预应力筋；9、直线预应力筋；10、箍筋钢筋笼；11、板顶钢筋网；12、板底钢筋网；13、型钢牛腿；14、型钢内隔板；15、主梁顶钢筋网；16、主梁底钢筋网；17、主梁箍筋；18、柱纵筋；19、柱箍筋；20、波纹管；21、水泥砂浆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。在本发明的描述中，除非另有说明，“若干”的含义是两个或两个以上。

如图3-图4和图7-图8所示，本实施例提供一种重载下超大跨地下空间箱型钢混凝土顶盖1，包括由高强混凝土浇筑而成的顶盖主体，所述顶盖主体内设置有钢筋笼骨架、曲线预应力筋8、直线预应力筋9和若干箱型钢4；若干箱型钢4沿纵向间隔设置于所述钢筋笼骨架中，且相邻的所述箱型钢4之间均设置有第一波纹管20，所述第一波纹管20中通过后张法张拉设置有曲线预应力筋8；各所述箱型钢4的上方均设置有第二波纹管，所述第二波纹管中通过后张法张拉设置有直线预应力筋9；所述第一波纹管20和所述第二波纹管中均灌注有水泥砂浆21。本实施例的预应力筋工艺采用直线预应力筋9和曲线预应力筋8相结合的布置形式，在相邻的箱型钢4之间通过后张法张拉设置有曲线预应力筋8，在各箱型钢4的上部通过后张法张拉设置有直线预应力筋9，不仅可以充分发挥箱型钢4的承载能力，防止应力集中现象，又能有效阻止裂缝的出现和发展。

进一步地，相邻的所述箱型钢4之间均沿纵向间隔设置有若干所述第一波纹管20，且各所述第一波纹管20中均张拉设置有若干所述曲线预应力筋8。如图7-8所示，相邻的箱型钢4之间平行间隔布置若干第一波纹管20，具体的根数可以根据实际情况确定；如图11所述，每个第一波纹管20中曲线预应力筋8的个数可以实际情况确定，多根曲线预应力筋8一起组成束筋，提高顶板抗裂能力。

进一步地，各所述箱型钢4的上方均沿纵向间隔设置有若干所述第二波纹管，且各所述第二波纹管中均张拉设置有若干所述直线预应力筋9。如图7-8所示，各箱型钢4的上方平行间隔布置若干第二波纹管，具体的根数可以根据实际情况确定；每个第二波纹管中直线预应力筋9的个数可以实际情况确定，多根直线预应力筋9一起组成束筋，提高顶板抗裂能力。

箱型钢混凝土顶盖1施工时，在箱型钢混凝土顶盖1内通过架立筋等将金属第一波纹管20和第二波纹管预埋固定于预设位置，待板内受力构件安放完毕后浇筑高强混凝土，养护完后，分别在第一波纹管20和第二波纹管中进行曲线预应力筋8和直线预应力筋9穿束，之后进行张拉，并将曲线预应力筋8和直线预应力筋9的两端分别通过锚具锚固在边梁的梁型钢5上，最后第一波纹管20和第二波纹管内灌注水泥砂浆21、封头。

进一步地，所述钢筋笼骨架包括若干箍筋钢筋笼10，相邻的所述箱型钢4之间均设置有沿横向布置的箍筋钢筋笼10；所述曲线预应力筋8沿横向贯穿对应所述箱型钢4之间的所述箍筋钢筋笼10。

更进一步地，所述钢筋笼骨架还包括板顶钢筋网11和板底钢筋网12，所述板顶钢筋网11位于所述箱型钢4的上方并与所述箍筋钢筋笼10的顶部连接，所述板底钢筋网12位于所述箱型钢4的下方并与所述箍筋钢筋笼10的底部连接。本实施的板顶钢筋网11和板底钢筋网12分别布置于箱型钢4的上翼缘上方和下翼缘下方，且均包括纵横相交的若干分布钢筋和若干受力钢筋，板顶和板底的受力钢筋和分布钢筋分别组合成钢筋网，并通过箱型钢4之间的箍筋钢筋笼10绑扎形成整体；在施工过程中，钢筋网与型钢混凝土梁2和型钢混凝土柱3内的钢筋连接。

如图1-图6所示，本实施例还提供一种重载下超大跨地下空间箱型钢混凝土顶盖框架体系，包括型钢混凝土梁2、型钢混凝土柱3以及上述的箱型钢混凝土顶盖1；所述型钢混凝土柱3内设置有沿竖向布置的柱型钢6，所述柱型钢6的顶部固定有型钢牛腿13；所述型钢混凝土梁2内设置有沿纵向布置的梁型钢5，所述梁型钢5的两端分别与其两侧的所述型钢混凝土柱3上的所述型钢牛腿13连接；其中一部分所述箱型钢4的两端分别与其两侧的所述柱型钢6连接，其中一部分所述箱型钢4的两端分别与其两侧的所述型钢牛腿13连接，另外一部分所述箱型钢4的两端分别与其两侧的所述梁型钢5连接。在满足重载及大跨度条件下，本实施例的框架体系采用型钢结构体系和预应力筋结构体系相结合，形成一种新型组合结构形式，能够有效地提高地下建筑结构体系的整体承载能力、强度、刚度和整体性，适应结构大跨度、重载、截面尺寸严格要求、使用高度等需求；同时主体抗弯构件选用箱型钢，既利用了型钢混凝土结构强度高刚度大的特点，又减轻了板体自重，节约钢材；同时还可以提高空心率，降低成本。

本实施例的框架体系的框架顶盖、框架梁与框架柱均采用型钢混凝土结构，且由于整体框架尺寸较大，故采用现场浇筑混凝土工艺，预应力工艺则采用后张法有粘结预应力筋，因此框架体系的整体性和连续性较好。

如图5和图6所示，本实施例中的箱型钢4根据设计空心率要求采用高强钢材预制而成，并通过整体焊接方式连接于梁型钢5；柱型钢6、型钢牛腿13和梁型钢5均可以采用工字型钢，型钢牛腿13的上翼缘板、腹板和下翼缘板分别与梁型钢5的上翼缘板、腹板和下翼缘板相对，且型钢牛腿13与梁型钢5采用全截面焊接的方式成为整体。

进一步地，所述柱型钢6的顶部与所述箱型钢4连接的位置处还设置有上下平行的两块型钢内隔板14，所述箱型钢4的端部位于两块型钢内隔板14之间；如图2和图5所示，本实施例的柱型钢6上用于连接箱型钢4的一侧焊接有两块型钢内隔板14，且两块型钢内隔板14的位置分别与型钢牛腿13的上下翼缘板相对应，箱型钢4的上下翼缘板及腹板均与柱型钢6焊接。

进一步地，所述箱型钢的两端分别通过型钢连接件7与所述柱型钢6、所述型钢牛腿13或所述梁型钢5连接。如图6所示，本实施例中的箱型钢4均沿地下结构横向布置且平行间隔设置，且箱型钢4两端的腹板通过高强螺栓连接有型钢连接件7，箱型钢4两端的翼缘板及型钢连接件7通过焊接工艺与对应的柱型钢6、型钢牛腿13或梁型钢5连接。

进一步地，跨中处的所述曲线预应力筋8位于所述箱型钢混凝土顶盖1的下部，主梁支座处的所述曲线预应力筋8位于对应的所述梁型钢5的上方，边跨处的所述曲线预应力筋8延伸至边梁形心处穿过对应的所述梁型钢5的腹板并锚固。如图3所示，本实施例的箱型钢4之间的预应力筋采用曲线预应力筋8，中跨采用抛物线线型，反弯点位于靠近支座0.1倍跨度处，主梁支座处曲线预应力筋8布置于梁型钢5的上翼缘板上方，避免梁型钢5穿孔作业，边跨处曲线预应力筋8延伸至边梁形心处穿过梁型钢5腹板并通过锚具进行锚固。

进一步地，所述型钢混凝土梁2内还设置有主梁顶钢筋网15、主梁底钢筋网16以及沿纵向间隔布置的若干主梁箍筋17；所述梁型钢5沿纵向贯穿各所述主梁箍筋17，所述主梁顶钢筋网15位于所述梁型钢5的上方并与各所述主梁箍筋17的顶部连接，所述主梁底钢筋网16位于所述梁型钢5的下方并与各所述主梁箍筋17的底部连接。如图9所示，本实施例的型钢混凝土梁2中的主梁箍筋17和钢筋网均按照规范进行设计，且梁型钢5通过焊接工艺与柱型钢6上的型钢牛腿13连接，主梁箍筋17、主梁顶钢筋网15和主梁底钢筋网16连接形成梁钢筋笼，并与箱型钢混凝土顶盖1中的钢筋笼骨架连接形成整体。

进一步地，所述型钢混凝土柱3内还设置有沿竖向间隔布置的若干柱箍筋19和沿竖直布置的若干柱纵筋18，所述柱型钢6沿竖向贯穿各所述柱箍筋19，若干柱纵筋18沿所述柱型钢6的周向间隔布置且均与各所述柱箍筋19连接。如图10所示，本实施例的型钢混凝土柱3中的柱箍筋19和柱纵筋18均按照规范进行设计，且柱箍筋19与柱纵筋18连接形成柱钢筋笼，并与梁钢筋笼搭接连接形成整体。

优化地，本实施例还可以在箱型钢4的上翼缘板两端的顶面上和下翼缘板两端的底面上对称焊接有若干抗剪栓钉，抗剪栓钉嵌入高强混凝土中，保证箱型钢4和高强混凝土有着稳定的粘结力和抗剪能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种重载下超大跨地下空间箱型钢混凝土顶盖，其特征在于：包括由高强混凝土浇筑而成的顶盖主体，所述顶盖主体内设置有钢筋笼骨架、曲线预应力筋、直线预应力筋和若干箱型钢；若干箱型钢沿纵向间隔设置于所述钢筋笼骨架中，且相邻的所述箱型钢之间均设置有第一波纹管，所述第一波纹管中通过后张法张拉设置有曲线预应力筋；各所述箱型钢的上方均设置有第二波纹管，所述第二波纹管中通过后张法张拉设置有直线预应力筋；所述第一波纹管和所述第二波纹管中均灌注有水泥砂浆；所述钢筋笼骨架包括板顶钢筋网、板底钢筋网、若干箍筋钢筋笼，相邻的所述箱型钢之间均设置有沿横向布置的箍筋钢筋笼，所述板顶钢筋网位于所述箱型钢的上方并与所述箍筋钢筋笼的顶部连接，所述板底钢筋网位于所述箱型钢的下方并与所述箍筋钢筋笼的底部连接；所述曲线预应力筋沿横向贯穿对应所述箱型钢之间的所述箍筋钢筋笼。

2.如权利要求1所述的一种重载下超大跨地下空间箱型钢混凝土顶盖，其特征在于：相邻的所述箱型钢之间均沿纵向间隔设置有若干所述第一波纹管，且各所述第一波纹管中均张拉设置有若干所述曲线预应力筋。

3.如权利要求1所述的一种重载下超大跨地下空间箱型钢混凝土顶盖，其特征在于：各所述箱型钢的上方均沿纵向间隔设置有若干所述第二波纹管，且各所述第二波纹管中均张拉设置有若干所述直线预应力筋。

4.一种重载下超大跨地下空间箱型钢混凝土顶盖框架体系，其特征在于：包括型钢混凝土梁、型钢混凝土柱以及权利要求1-3任一项所述的箱型钢混凝土顶盖；所述型钢混凝土柱内设置有沿竖向布置的柱型钢，所述柱型钢的顶部固定有型钢牛腿；所述型钢混凝土梁内设置有沿纵向布置的梁型钢，所述梁型钢的两端分别与其两侧的所述型钢混凝土柱上的所述型钢牛腿连接；其中一部分所述箱型钢的两端分别与其两侧的所述柱型钢连接，其中一部分所述箱型钢的两端分别与其两侧的所述型钢牛腿连接，另外一部分所述箱型钢的两端分别与其两侧的所述梁型钢连接；跨中处的所述曲线预应力筋位于所述箱型钢混凝土顶盖的下部，主梁支座处的所述曲线预应力筋位于对应的所述梁型钢的上方，边跨处的所述曲线预应力筋延伸至边梁形心处穿过对应的所述梁型钢的腹板并锚固。

5.如权利要求4所述的重载下超大跨地下空间箱型钢混凝土顶盖框架体系，其特征在于：所述柱型钢的顶部与所述箱型钢连接的位置处还设置有上下平行的两块型钢内隔板，所述箱型钢的端部位于两块型钢内隔板之间；所述箱型钢的两端分别通过型钢连接件与所述柱型钢、所述型钢牛腿或所述梁型钢连接。

6.如权利要求4所述的重载下超大跨地下空间箱型钢混凝土顶盖框架体系，其特征在于：所述型钢混凝土梁内还设置有主梁顶钢筋网、主梁底钢筋网以及沿纵向间隔布置的若干主梁箍筋；所述梁型钢沿纵向贯穿各所述主梁箍筋，所述主梁顶钢筋网位于所述梁型钢的上方并与各所述主梁箍筋的顶部连接，所述主梁底钢筋网位于所述梁型钢的下方并与各所述主梁箍筋的底部连接。

7.如权利要求4所述的重载下超大跨地下空间箱型钢混凝土顶盖框架体系，其特征在于：所述型钢混凝土柱内还设置有沿竖向间隔布置的若干柱箍筋和沿竖直布置的若干柱纵筋，所述柱型钢沿竖向贯穿各所述柱箍筋，若干柱纵筋沿所述柱型钢的周向间隔布置且均与各所述柱箍筋连接。