CN203334428U - 多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构，包括正交正放式钢网格墙架和连接在其上的作为每楼层楼盖结构的钢空腹梁，各楼层楼盖的钢空腹梁相互正交连接成平面式网格状，并且每根与正交正放式钢网格墙架相连接的钢空腹梁都与其所连接的正交正放式钢网格墙架的平面夹角为45°，该相互正交连接成平面式网格状的钢空腹梁与所连接的正交正放式钢网格墙架平面形成45°夹角而形成的楼盖即为正交斜放式钢空腹梁网格楼盖，各楼层的正交斜放式钢空腹梁网格楼盖与正交正放式钢网格墙架相连接即为多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构。本实用新型具有用钢量低等优点。

Description

多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构

技术领域

本实用新型涉及一种多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构，属于建筑钢结构技术领域。

背景技术

随着经济建设的发展，大跨度公共建筑与工业厂房在全国遍地开花，而公共建筑与工业厂房中的轻工制造、电子、信息等楼面荷载5kn/m²、跨度ly =18m以上的建筑占全国公共建筑与工业建筑的85%以上，按全国32个省、市、自治区，每年建造工业厂房8000万平方米计算，公共建筑与轻工等工业厂房每年兴建量达6800万m²，若采用常规的单层轻钢结构厂房模式，包括交通绿化设施用地（35%），每年工业厂房占用土地137838亩/年，按改革开放前三十年计算，轻钢单层厂房占用土地已达414万亩，按工业用地10万元/亩计算，已达4140亿元。“十二五”期间，仍按这样的单层大跨度结构模式兴建厂房和公共建筑，不仅耗费大量资金，并且大量占用土地资源，将大规模减少绿地和森林，严重影响“生态文明建设”和“环境保护的循环经济”国策。“十二五”的今天，全国各地仍然采用常规单层大跨度（ly=18m～30m）轻钢结构厂房，其主要原因在于：兴建多层（2层～5层）大跨度（ly=15m～30m）公共建筑和工业厂房时，仍然采用常规框架结构，其用钢量过大，当三层跨度18m楼面使用标准荷载5kN/m²时，非地震区用钢量达122.5 kg/m²，每年6800万m²建筑用钢833万吨，按单价（材料、人工、运输、安装）1万元/吨计算，耗资833亿元。为解决这些问题，本实用新型的发明人曾于2011年提出过发明名称为：“装配整体式空间钢网格正交正放盒式结构”、申请号为：201110437708.5的技术方案，采用该方案，其用钢量为85 kg/m²，比传统技术下降37.5 kg/m²（约下降30%），每年可减少钢材用量约250万吨。采用该项技术，能为我国广大城镇兴建多层大跨度开创一条新路，并且该项技术已在某些多层大跨度工业建筑进行工程实践。以科学发展观分析问题，世界上没有最好，只有更好。因为工业厂房的平面形式其长（即纵向长度lx）、宽（即跨度ly）的长宽之比一般为：lx/ly=n(n=2,3,4,…8)，如ly=18m，n=6，则lx=108m，本实用新型的发明人经多年研究发现，由于现有的多层厂房楼盖结构（包括申请号为：201110437708.5所公开的技术方案的结构）的荷载主要由短跨方向传递，沿厂房长向（即lx）受力极小，这就如同钢筋混凝土单向板受力一样，其楼面荷载q均由短向传递，其长向均按构造要求配筋。这种单向受力的楼盖，没有充分发挥楼盖空间三维受力的特性，因此现有的这些建筑楼盖钢结构的用钢量还是比较大，还是不能满足多、快、好、省的实际使用的需要。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种用钢量较少、并且结构简单、制作工厂化、工程造价低、施工省时省力、施工质量可靠、结构强度高、结构稳定性好的多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构，以克服现有技术的不足。

本实用新型的技术方案是这样构成的：本实用新型的一种多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构为：该结构包括正交正放式钢网格墙架和连接在其上的作为每楼层楼盖结构的正交斜放钢空腹梁，各楼层楼盖的钢空腹梁相互正交连接成平面式网格状，并且每根与正交正放式钢网格墙架相连接的钢空腹梁都与其所连接的正交正放式钢网格墙架的平面夹角为45°，该相互正交连接成平面式网格状的钢空腹梁与所连接的正交正放式钢网格墙架平面形成45°夹角而形成的楼盖即为正交斜放式钢空腹梁网格楼盖，各楼层的正交斜放式钢空腹梁网格楼盖与正交正放式钢网格墙架相连接即为多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构。

上述钢空腹梁相互正交连接成平面式网格状时，通过预先由钢空腹梁正交连接组成的十字型结构的装配单元C、或正交连接组成的具有一个正方形网格的井字型结构的装配单元B、或正交连接组成的具有两个正方形网格的两横与三竖交叉型结构的装配单元A相互装配连接组成平面式网格状结构。

在上述装配单元A、装配单元B和装配单元C的每个钢空腹梁的正交连接处都设有剪力键，钢空腹梁通过剪力键相互正交连接。

上述的剪力键由方型钢构成；所述的钢空腹梁由两根相互平行的T型钢构成；在构成剪力键的方型钢的上下两端都焊接有剪力键钢板，该剪力键钢板同时也与连接在剪力键上的钢空腹梁焊接在一起；并且由两根相互平行的T型钢构成的钢空腹梁通过焊接的方式与剪力键连接，在与剪力键焊接连接处的上下两根T型钢之间都焊接有加强钢板，同时加强钢板靠近剪力键的一侧也与剪力键焊接连接。

在组成装配单元A、装配单元B和装配单元C的每个钢空腹梁悬空的一端上都设有螺栓孔，装配单元A或/和装配单元B或/和装配单元C相互装配连接组成平面式网格状结构时，通过设有螺栓孔的连接钢板搭接在每两个相互对接的钢空腹梁上并通过螺栓穿过连接钢板和钢空腹梁的螺栓孔进行连接。

由于采用了上述技术方案，本实用新型采用钢空腹梁正交斜放网格作为楼盖结构，并且采用正交正放式钢网格墙架作为每层楼盖的支承，预先将各楼层楼盖的钢空腹网格，它与正交正放的周边墙架网格柱连接，即横向空腹网格与竖向钢网格相互组成空间网格盒式结构，由于楼盖正交斜放，它与墙架网格横向梁45^o交汇，即形成装配整体正交斜放空间钢网格盒式结构新体系。本实用新型通过正交斜放式钢空腹梁网格楼盖与正交正放式钢网格墙架的连接所制作得到的正交斜放多层空间钢网格盒式建筑结构，使钢空腹梁正交的两个方向受力均匀，从而使两个方向构件共同承担楼面荷载，这样即可达到有效降低用钢量的功效。本实用新型所提出的技术方案实际是一种装配整体式空间钢网格正交斜放楼盖盒式结构的新体系。本实用新型的提出是根据多层大跨度工业车间形式的特点所决定的。由于工业车间平面一般为窄长矩形（如图1所示），其长（即纵向长度lx）与宽（即跨度ly）的长宽之比通常为lx/ly=4。如工业车间为跨度ly=18m，其纵向长度lx=4ly=72m，若做成传统方式的正交正放的网格式楼盖（如图2所示），在楼盖正中央作用外力P=1时，其沿lx向分配的外荷载为：p _x =p/n，沿ly短向分配荷载P _y =p-p/n，当n=4时，沿跨度（ly）梁分配的荷载为：p _y =3p/4，从此可明显地看出其空间受力极不均匀。如同钢筋砼单向板一样，沿短向（ly）配筋由计算确定，沿长向（lx）配筋由构造确定，如图2所示。当楼盖两边跨度相等，即lx=ly，则楼面中央荷载分配两个方向荷载Px=Py=0.5P，即正方形平面的正交正放网格式楼盖受力均匀（如图3所示）。当为矩形平面（如图2所示），且lx/ly≥n（n=2,3,…8）时，按本实用新型的空间钢网格空腹楼盖应布置正交斜放网格，如图2中45°夹角虚线位置，楼面荷载P作用在45°夹角空腹梁（图2中虚线表示）两个方向时，也可做到Px=Py=0.5P。从这里就可明显地看出，对于矩形平面的建筑结构（即lx/ly≥n，n=2,3,…8），如采用本实用新型的正交斜放式钢空腹梁网格楼盖与正交正放式钢网格墙架连接组成的正交斜放多层空间钢网格盒式建筑结构，其沿lx和ly方向的受力分布就非常均匀，其受力分布均匀的效果可达到正方形平面的受力效果。因此，采用本实用新型可明显地达到降低用钢量的目的。

例如，对于跨度ly=4000，lx=8000的周边简支承板，其板厚h=140mm（l/28.6），按常规的单向板配筋方式进行配筋，沿短向（ly）上下层配筋，需每平方米受力钢筋10.17kg，沿长向（lx）需每平方米钢筋2.4kg，合计12.57kg/m²；当砼板平面尺寸为方形（4m×4m），楼面荷载由两个方向的受力钢筋承担（q/2），即可按常规的双向板方式进行配筋，即两个方向上下层配筋均一样，合计为8kg/m²；这两种配筋量每平方米相差12.57-8=4.57kg/m²，即单向板配筋量比双向板配筋量增大35%以上。由单向与双向混凝土板配筋可知，双向板的空间三维受力大大优于单向板，由此类推，当工业厂房楼盖的平面为矩形，并且其lx/ly=n（n=2,3,4,…8）时,若采用常规钢框架，当ly=18m时，q=5kN/m²用钢量为122.5kg/m²，当采用申请号为201110437708.5所公开的“装配整体式正交正放空腹夹层板楼盖盒式结构”的技术方案时，其用钢量为86 kg/m²；而采用本实用新型所提出的技术方案时，其用钢量仅为72.5 kg/m²，这比常规钢框架结构的多层（三层）大跨度（ly=18m）工业厂房用钢量（122.5 kg/m²）下降40%以上（即下降50 kg/m²）。所以，本实用新型与现有技术相比，本实用新型不仅具有能有效降低用钢量的优点，而且还具有结构简单、制作容易、工程造价低、施工省时省力、施工质量可靠、结构强度高、结构稳定性好等优点。

附图说明

图1为矩形平面楼盖的示意图；

图2为矩形平面楼盖受力分析示意图；

图3为正方形平面楼盖受力分析示意图；

图4是本实用新型的结构模型示意图；

图5为本实用新型的正交斜放式钢空腹梁网格楼盖与正交正放式钢网格墙架连接时的平面结构示意图，图中虚线所框的部分为各装配单元的划分部分；

图6是本实用新型的装配单元A的结构示意图；

图7是本实用新型的装配单元B的结构示意图；

图8是本实用新型的装配单元C的结构示意图；

图9是图6的Ⅰ向结构示意图；

图10是图8的Ⅱ向结构示意图；

图11是本实用新型的装配单元B与装配单元C连接时的结构示意图；

图12是图11的Ⅲ部局部放大结构示意图；

图13是本实用新型装配单元C焊接组装的结构图；

图14是图13的Ⅳ-Ⅳ局部剖视结构图。

附图标记说明：1－正交正放式钢网格墙架，2－钢空腹梁，3－正交斜放式钢空腹梁网格楼盖，4－剪力键，5－剪力键钢板，6－加强钢板，7－连接钢板，8－螺栓，α－正交正放式钢网格墙架的平面与其相连接的钢空腹梁之间的夹角。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但不作为对本实用新型的任何限制依据。

本实用新型的实施例：本实用新型是根据下述的一种多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构的制作方法所构建的，该方法是在现有的钢空腹梁和正交正放式钢网格墙架的基础上改进而成的，该方法包括采用钢空腹梁作为楼盖结构，并且采用正交正放式钢网格墙架作为每层楼盖的支撑，实施时，预先将各楼层楼盖的钢空腹梁采用正交的方式连接成平面式网格状的钢空腹梁，即将每根钢空腹梁按相互垂直的方式连接成网格状，然后将各楼层楼盖的连接成网格状的钢空腹梁与正交正放式钢网格墙架相连接，连接时使每根钢空腹梁都与其所连接的正交正放式钢网格墙架的平面成45°的夹角，这样即可制作得到本实用新型的多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构。

上述通过正交方式连接成平面式网格状的钢空腹梁并采用斜放45°夹角的方式与正交正放式钢网格墙架相连接所形成的楼盖即为正交斜放式钢空腹梁网格楼盖，通过该正交斜放式钢空腹梁网格楼盖与正交正放式钢网格墙架的连接即得到本实用新型的多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构，该结构也可称为正交斜放多层空间钢网格盒式建筑结构。

上述的多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构的层数为2～5层，一般地上总高度应小于或等于24m；上述的正交斜放多层空间钢网格盒式建筑结构的平面形状为矩形，其纵向长度lx与其跨度ly之比为：lx/ly=n，其中n为大于或等于2的自然数,其跨度ly为15m～30m，在通常情况下n=2,3,4,…8；预先将各楼层的钢空腹梁采用正交的方式连接成平面式网格状的钢空腹梁时，其各网格的形状为相同尺寸的正方形形状。

实施时，在进行预先将各楼层的钢空腹梁采用正交的方式连接成平面式网格状的钢空腹梁时，可在工厂车间内预先将钢空腹梁焊接成十字型结构的装配单元C、或焊接成具有一个正方形网格的井字型结构的装配单元B、或焊接成具有两个正方形网格的两横与三竖交叉型结构的装配单元A，然后再将制作好的装配单元A、装配单元B和装配单元C运到现场后组装成正交的平面式网格状的钢空腹梁，并将该连接成平面网格状的钢空腹梁与正交正放式钢网格墙架相连接，连接时使每根钢空腹梁都与其所连接的正交正放式钢网格墙架的平面成45°的夹角，通过该正交斜放式钢空腹梁网格楼盖与正交正放式钢网格墙架的连接即可制作得到本实用新型的多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构或称为正交斜放多层空间钢网格盒式建筑结构。

根据上述方法构建的本实用新型的一种多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构为，如图4～图14所示，该结构包括正交正放式钢网格墙架1和连接在其上的作为每楼层楼盖结构的钢空腹梁2，制作时，将各楼层楼盖的钢空腹梁2相互正交连接成平面式网格状，并且使每根与正交正放式钢网格墙架1相连接的钢空腹梁2都与其所连接的正交正放式钢网格墙架1的平面夹角α为45°，该相互正交连接成平面式网格状的钢空腹梁2与所连接的正交正放式钢网格墙架1平面形成45°夹角α而形成的楼盖即为正交斜放式钢空腹梁网格楼盖3，将各楼层的正交斜放式钢空腹梁网格楼盖3与正交正放式钢网格墙架1相连接后，即可得到本实用新型的多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构，该结构也可称为正交斜放多层空间钢网格盒式建筑结构。

在将上述钢空腹梁2相互正交连接成平面式网格状时，可通过预先在工厂车间制作的方式，将钢空腹梁2焊接连接制作成十字型结构的装配单元C、或具有一个正方形网格的井字型结构的装配单元B、或具有两个正方形网格的两横与三竖交叉型结构的装配单元A的装配单元（如图6～图10所示），然后将正交连接组成的十字型结构的装配单元C、或正交连接组成的具有一个正方形网格的井字型结构的装配单元B、或正交连接组成的具有两个正方形网格的两横与三竖交叉型结构的装配单元A运输到建筑现场后，将其相互装配连接组成平面式网格状结构；同时将该连接成平面网格状结构的钢空腹梁与正交正放式钢网格墙架1相连接，连接时使每根钢空腹梁2都与其所连接的正交正放式钢网格墙架的平面成45°的夹角α，从而形成正交斜放式钢空腹梁网格楼盖2与正交正放式钢网格墙架1的连接结构，该结构即为本实用新型的多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构或称为正交斜放多层空间钢网格盒式建筑结构（如图4和图5所示，图5中虚线所框的部分为各装配单元的划分部分）。

为了达到更高的连接强度，制作时，在装配单元A、装配单元B和装配单元C的每个钢空腹梁2的正交连接处都采用剪力键4进行连接，即将钢空腹梁2通过剪力键4相互正交连接。

上述的剪力键4可采用现有的方型钢构成；上述的钢空腹梁2可采用两根相互平行的T型钢构成；为了提高连接强度，在构成剪力键4的方型钢的上下两端都分别焊接一块剪力键钢板5，并将该剪力键钢板5同时也与连接在剪力键4上的钢空腹梁2焊接在一起；将由两根相互平行的T型钢构成的钢空腹梁2也通过焊接的方式与剪力键4连接，在与剪力键4焊接连接处的上下两根T型钢之间都焊接有加强钢板6，同时将加强钢板6靠近剪力键4的一侧也与剪力键1焊接连接（如图13、图14所示）。

在工厂制作时，预先在组成装配单元A、装配单元B和装配单元C的每个钢空腹梁2悬空的一端上都同时制作出螺栓孔，在将装配单元A或/和装配单元B或/和装配单元C相互装配连接组成平面式网格状结构时，通过设有螺栓孔的连接钢板7搭接在每两个相互对接的钢空腹梁2上并通过螺栓8穿过连接钢板7和钢空腹梁2的螺栓孔进行连接即成（如图11和图12所示）。

在具体实施时，将预先在工厂制作好的装配单元A、装配单元B和装配单元C运至施工现场，当基础工程完毕后，先安装第一层正交正放式钢网格墙架1，再采用高强度的螺栓8将装配单元A或/和装配单元B或/和装配单元C连接安装成第一层平面网格状结构的钢空腹梁楼盖，并使该楼盖的每根钢空腹梁2都与其所连接的正交正放式钢网格墙架1平面的夹角α为45°，这样所形成的楼盖即为正交斜放式钢空腹梁网格楼盖3；为了达到更高的连接强度，在各连接节点处翼缘位置处、在现场直接采用对接焊缝连接，从而使各连接节点均形成“栓焊连接”。当第一层楼盖网格形成整体后，在网格上翼缘打销钉后，再浇筑80mm厚钢筋混凝土面板，形成钢-砼组合空腹夹层板楼盖。当第一层形成整体后再按第一层施工安装方法施工第二层和第三层，即将各楼层的正交斜放式钢空腹梁网格楼盖3与正交正放式钢网格墙架1相连接后，即可得到本实用新型的正交斜放多层空间钢网格盒式建筑结构的新型结构体系（如图4和图5所示）。

Claims (5)

1.一种多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构，包括正交正放式钢网格墙架（1）和连接在其上的作为每楼层楼盖结构的钢空腹梁（2），其特征在于：各楼层楼盖的钢空腹梁（2）相互正交连接成平面式网格状，并且每根与正交正放式钢网格墙架（1）相连接的钢空腹梁（2）都与其所连接的正交正放式钢网格墙架（1）的平面夹角（α）为45°，该相互正交连接成平面式网格状的钢空腹梁（2）与所连接的正交正放式钢网格墙架（1）平面形成45°夹角（α）而形成的楼盖即为正交斜放式钢空腹梁网格楼盖（3），各楼层的正交斜放式钢空腹梁网格楼盖（3）与正交正放式钢网格墙架（1）相连接即为多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构。

2.根据权利要求1所述的多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构，其特征在于：钢空腹梁（2）相互正交连接成平面式网格状时，通过预先由钢空腹梁（2）正交连接组成的十字型结构的装配单元C、或正交连接组成的具有一个正方形网格的井字型结构的装配单元B、或正交连接组成的具有两个正方形网格的两横与三竖交叉型结构的装配单元A相互装配连接组成平面式网格状结构。

3.根据权利要求2所述的多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构，其特征在于：在装配单元A、装配单元B和装配单元C的每个钢空腹梁（2）的正交连接处都设有剪力键（4），钢空腹梁（2）通过剪力键（4）相互正交连接。

4.根据权利要求3所述的多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构，其特征在于：所述的剪力键（4）由方型钢构成；所述的钢空腹梁（2）由两根相互平行的T型钢构成；在构成剪力键（4）的方型钢的上下两端都焊接有剪力键钢板（5），该剪力键钢板（5）同时也与连接在剪力键（4）上的钢空腹梁（2）焊接在一起；并且由两根相互平行的T型钢构成的钢空腹梁（2）通过焊接的方式与剪力键（4）连接，在与剪力键（4）焊接连接处的上下两根T型钢之间都焊接有加强钢板（6），同时加强钢板（6）靠近剪力键（4）的一侧也与剪力键（1）焊接连接。

5.根据权利要求4所述的多层大跨度公共建筑与工业厂房装配整体盒式结构，其特征在于：在组成装配单元A、装配单元B和装配单元C的每个钢空腹梁（2）悬空的一端上都设有螺栓孔，装配单元A或/和装配单元B或/和装配单元C相互装配连接组成平面式网格状结构时，通过设有螺栓孔的连接钢板（7）搭接在每两个相互对接的钢空腹梁（2）上并通过螺栓（8）穿过连接钢板（7）和钢空腹梁（2）的螺栓孔进行连接。

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