CN220301630U - 一种上反式变截面钢梁及其屋面体系 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种上反式变截面钢梁及其屋面体系，涉及建筑屋面的技术领域，解决了大跨度房间净高不足问题，降低了屋面自重。本实用新型包括上反式变截面钢梁，上反式变截面钢梁由上翼缘、下翼缘、腹板、中间加劲肋板和边加劲肋板焊接组成，上翼缘通过腹板、中间加劲肋板和边加劲肋板与下翼缘焊接，上反式变截面钢梁的两端分别铰接在支撑构件上，上反式变截面钢梁的顶端通过若干个栓钉连接有楼板。利用排水需要的坡度，设置成上反式变截面屋面钢梁，避免在屋面上设置找坡层，从而减少屋面附加恒荷载，减少地震力，提高结构抵抗外荷载的能力，无需模板及施工临时搭建的支撑体系，节约钢材及工程造价。
Description
技术领域
本实用新型涉及建筑屋面的技术领域，具体是一种上反式变截面钢梁及其屋面体系。
背景技术
随着经济的发展和城镇化的进程，人们对美化生活的向往，大型会议、展览、宴会、影视等大空间场所的需求越来越多，这些大开敞、大开间、大空间场所多放在多层或带裙房高层裙房的顶层，在运营阶段屋面可能增加一些新的功能要求，比如光伏、休闲设施，同时，为了增加屋面保温能力，避免屋面漏水，减少后期的维修，屋面采用有坡度的混凝土屋面，通过找坡层进行找坡，满足自然排水。
对于大空间的屋面，可用网架、网壳、桁架等轻钢结构，但此类结构适用于压型钢板或铝板等轻屋面，而且对屋盖下的吊挂荷载的位置及大小有限制要求；大跨度屋面还可以采用后张法预应力混凝土结构，预应力混凝土梁截面和自重大，跨度一般不超过24m，需要专业的施工队伍，屋面施工时需要模板和脚手架等支撑体系，施工周期长，费用高，无法解决带裙房高层基础沉降差导致的预应力损失问题。
现阶段，大跨度屋面也有采用钢梁加组合楼板的形式，但钢梁上、下翼缘水平，截面高度通常为跨度的1/15-1/22，层高比较高，通过屋面找坡层进行找坡排水，找坡层的重量在200-400kg/m2，附加荷载非常大。
实用新型内容
为解决上述问题，即解决上述背景技术提出的问题，本实用新型提出了一种上反式变截面钢梁及其屋面体系，其包括上反式变截面钢梁，所述上反式变截面钢梁由上翼缘、下翼缘、腹板、中间加劲肋板和边加劲肋板焊接组成，所述上翼缘通过腹板、中间加劲肋板和边加劲肋板与下翼缘焊接，所述上反式变截面钢梁的两端分别铰接在支撑构件上，所述上反式变截面钢梁的顶端通过若干个栓钉连接有楼板。
本实用新型的进一步设置为：所述上翼缘由跨中至两端支撑构件分别向下倾斜，坡度范围为2%-8%，所述腹板由跨中至两端支撑构件的高度逐渐降低，所述下翼缘水平设置。
本实用新型的进一步设置为：所述中间加劲肋板安装于跨中上翼缘变坡度处，左右两端分别安装有边加劲肋板，距离范围为1-2倍上反式变截面钢梁的两端端部高度。
本实用新型的进一步设置为：所述支撑构件为混凝土、钢或钢与混凝土组合构件，形状为矩形、工字型或箱型。
本实用新型的进一步设置为：所述楼板为压型钢板组合楼板或钢筋桁架楼承板组合楼板。
本实用新型的进一步设置为：所述上反式变截面钢梁沿屋面长度方向单向布置，间距范围为2-4m，跨度范围为15-40m，端部高度范围为0.55-1.3m，焊接组合截面形式为工字型或箱型。
本实用新型的有益技术效果为：本实用新型解决了大跨度房间净高不足问题，突破常规钢梁高度为跨度的1/15-1/22，端部最小高度减小到跨度的1/20-1/38，利用排水需要的坡度，设置成上反式变截面屋面钢梁，避免在屋面上设置找坡层，从而减少屋面附加恒荷载，减少地震力，提高结构抵抗外荷载的能力，无需模板及施工临时搭建的支撑体系，节约钢材及工程造价。
附图说明
图1示出了上反式变截面钢梁及其屋面体系结构示意图。
图2示出了上反式变截面钢梁结构示意图。
图3示出了上反式变截面钢梁及其屋面体系俯视示意图。
图4示出了沿图1中C-C向的剖视图。
图5示出了沿图2中D-D向的剖视图。
图6示出了简支构件荷载和内力示意图。
附图标记：1、上反式变截面钢梁，2、上翼缘，3、下翼缘，4、腹板，5、中间加劲肋板，6、边加劲肋板，7、支撑构件，8、楼板，9、栓钉。
具体实施方式
下面参照说明书附图1-6来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。
本实用新型提出了一种上反式变截面钢梁及其屋面体系，包括上反式变截面钢梁1，上反式变截面钢梁1由上翼缘2、下翼缘3、腹板4、中间加劲肋板5和边加劲肋板6焊接组成，上翼缘2通过腹板4、中间加劲肋板5和边加劲肋板6与下翼缘3焊接，上反式变截面钢梁1的两端分别铰接在支撑构件7上，释放了由大跨度屋面两侧建筑高度或重量相差太大而引起的基础沉降差带来的附加内力，减小上反式变截面钢梁1截面高度。上反式变截面钢梁1的顶端通过若干个栓钉9连接有楼板8，楼板8上放置保温层和防水层，减少大跨度房间采暖或制冷的能量耗散，其上还可以安装光伏、绿化、休闲设施，减少二次改造。
上翼缘2由跨中至两端支撑构件7分别向下倾斜，坡度范围为2%-8%，腹板4由跨中至两端支撑构件7的高度逐渐降低，下翼缘3水平设置。不仅解决了大跨度梁高度太高而导致的净高降低或层高太高问题，更重要的是通过上翼缘2找坡，避免设置找坡层，从而减少屋面附加恒荷载200-400kg/m2，降低地震力，进一步减少钢梁截面或提高结构的安全度，节约工程造价。
中间加劲肋板5安装于跨中上翼缘2变坡度处，左右两端分别安装有边加劲肋板6，距离范围为1-2倍上反式变截面钢梁1的两端端部高度。上反式变截面钢梁1的上翼缘2在中间加劲肋板5处不得断开，在钢构件加工厂自动形成坡度的改变，避免了在上翼缘2变坡度处上反式变截面钢梁1发生应力突变。支撑构件7为混凝土、钢或钢与混凝土组合构件，形状为矩形、工字型或箱型。楼板8为压型钢板组合楼板或钢筋桁架楼承板组合楼板。此类楼板可以承受250-600kg/m2屋面荷载，楼板承载力满足室外休闲、景观、运动、光伏或小型设备等要求。上反式变截面钢梁1沿屋面长度方向单向布置，间距范围为2-4m，跨度范围为15-40m，端部高度范围为0.55-1.3m，焊接组合截面形式为工字型或箱型，可为上翼缘2和下翼缘3不等宽工字型截面，也可为箱型截面。工厂加工，现场安装，施工便利，充分利用钢梁的受力特点和构件截面的抗力特性，受力越大、构件截面越大，跨中弯矩最大，钢梁截面最高，同时，解决了超大跨钢结构重屋面的承载能力和变形问题。所述跨度方向即为说明书附图3中的横向，长度方向即为说明书附图3中的纵向，端部高度即为说明书附图1中的上反式变截面钢梁1的左右两端高度。
实施例一：为变截面梁承受的荷载，/>为跨度，V为剪力，M为弯矩。剪力：梁端剪力/>；弯矩：/>；/>时，弯矩最大/>；
在荷载作用下的挠度：；/>时，挠度最大/>；
变截面钢梁受弯强度：；
变截面钢梁受剪强度：；
式中：——变截面梁承受的线荷载；/>——变截面梁的跨度；/>——变截面梁承受的剪力；/>——变截面梁承受的弯矩；/>——变截面梁的毛截面惯性矩；/>——净截面模量；/>——毛截面面积矩；/>——腹板厚度；/>——截面塑性发展系数；与钢梁的截面形状、高度相关，为截面特性。/>——变截面梁钢材的弹性模量；/>——抗拉强度设计值；/>——抗剪强度设计值；/>——梁的A端剪力；/>——梁的B端剪力；/>——/>处的弯矩；/>——/>处；/>——最大弯矩；/>——/>处的挠度；/>——最大挠度；根据上述公式结合说明书附图6可以明显看出：跨中弯矩和挠度最大、端部剪力最大，对简支（两端铰接）钢梁来说，强度由跨中弯矩控制，钢梁刚度（EI）越大，挠度越小；同时，挠度与整个钢梁刚度相关，铰接钢梁的端部不能太小，为了充分利用钢梁的特性，减少自重，节约钢材和成本，采用变坡度的上反式变截面钢梁1，在弯矩和挠度最大处，钢梁截面最高；在弯矩和挠度为零的端部，钢梁最矮。采用变坡度的上反式变截面钢梁1将梁高由传统跨度的1/15-1/22扩展到跨度的1/20-1/38，大幅度提高净高，比如跨度27m钢梁，传统梁高1.35m，采用变坡度的上反式变截面钢梁1端部梁高仅0.8m，提高净高0.55m，通过有限元分析研究，承载力与挠度满足现行规范要求，极大地满足了大空间房屋的使用要求。虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种上反式变截面钢梁及其屋面体系，包括上反式变截面钢梁（1），其特征在于：所述上反式变截面钢梁（1）由上翼缘（2）、下翼缘（3）、腹板（4）、中间加劲肋板（5）和边加劲肋板（6）焊接组成，所述上翼缘（2）通过腹板（4）、中间加劲肋板（5）和边加劲肋板（6）与下翼缘（3）焊接，所述上反式变截面钢梁（1）的两端分别铰接在支撑构件（7）上，所述上反式变截面钢梁（1）的顶端通过若干个栓钉（9）连接有楼板（8）。
2.根据权利要求1所述的一种上反式变截面钢梁及其屋面体系，其特征在于：所述上翼缘（2）由跨中至两端支撑构件（7）分别向下倾斜，坡度范围为2%-8%，所述腹板（4）由跨中至两端支撑构件（7）的高度逐渐降低，所述下翼缘（3）水平设置。
3.根据权利要求1所述的一种上反式变截面钢梁及其屋面体系，其特征在于：所述中间加劲肋板（5）安装于跨中上翼缘（2）变坡度处，左右两端分别安装有边加劲肋板（6），距离范围为1-2倍上反式变截面钢梁（1）的两端端部高度。
4.根据权利要求1所述的一种上反式变截面钢梁及其屋面体系，其特征在于：所述支撑构件（7）为混凝土、钢或钢与混凝土组合构件，形状为矩形、工字型或箱型。
5.根据权利要求1所述的一种上反式变截面钢梁及其屋面体系，其特征在于：所述楼板（8）为压型钢板组合楼板或钢筋桁架楼承板组合楼板。
6.根据权利要求1所述的一种上反式变截面钢梁及其屋面体系，其特征在于：所述上反式变截面钢梁（1）沿屋面长度方向单向布置，间距范围为2-4m，跨度范围为15-40m，端部高度范围为0.55-1.3m，焊接组合截面形式为工字型或箱型。
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