CN87101842A - 大(中)跨度装配整体式混凝土空心筒拱屋盖的综合技术 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种由混凝土薄板拼接而成的薄壁箱形构件作为筒状拱形屋盖结构的基本构件，采用装配化施工方法，通过高强度的聚合物混凝土将这种箱形构件拼接成一个整体性好，刚度极大的空间屋盖结构。由于结构受力性能，减轻了结构自重，增强了抗风载和抗地震荷载的能力，从设计、施工、使用以及节能等方面都有较大的综合性经济效益，适用于作体育馆、展览厅、大礼堂等大型公共建筑的屋盖结构体系。

Description

本发明涉及到一种空心的混凝土预制构件，通过装配化施工方法，建造的拱形屋盖结构，特别适用于较大跨度，需要有较大室内空间的建筑物作为屋盖结构，国际分类号：E04B1/04、1/32;E04C1/07、1/08;E04G11/20。

大（中）跨度的建筑物在现代工业和民用领域的应用正日趋广泛，流行的屋顶结构型式有平板网架、悬索、薄壳;尚有拱、刚架、充气膜及它们的结合体等。有桥吊的中跨度厂房或仓库则常用桁板体系、T形板、V形折板及鞍形壳等。

如所周知，上列各类现有技术均具有各自的某些优点，然而用之形成的建筑物全部功能的总造价、维修费及能耗均较高;总工期亦较长，且随跨度之增大，各项费用及技术难度将急剧上升在不容忽视的安全与美学方面亦各有不同程度顾忌;再者，材料供应和施工技术设备条件也常限制它们更为广泛地应用。

采用被认为先进的网架或悬索时，为降低荷载和造价，往往用木檩和木望板，于是钢管或钢索的年久锈蚀及耐火性低;木基层的可燃、虫柱、朽烂均可能危及安全，又由于木基层质轻且不易连接得很牢固，故其抗飓风掀顶能力很差，大跨度平的或中凹的屋顶在暴雨或大雪情况下，因严重超载而坍毁已于世界范围内不乏实例。

网架重心高且水平方向为刚性平板，故地震时柱（一般很高）和基础底面的力矩较大，悬索的钢筋混凝土支承环本身位置高，重量很大而刚度却很小，故传给柱和基底的地震力矩亦较大，风载对它们的下部结构影响较大。

结构用的钢管、钢索和薄壁型钢等，如同木材和铝合金瓦一样在我国尚不能普遍地大量供应，网架或悬索下若不吊顶则欠美观;吸音不易处理;照明及空调及音响设备不易妥善安放;而且网架下弦以上巨大的无效结构空间必然会增大空调能耗。但是，若为美观与节能，满吊保温顶棚，则不仅其本身耗费很多工时和材料，而且因增大荷载，使结构用材料增多。如采用混凝土屋面基层，虽然在安全、耐久方面较木基层为优，但结构将明显地增加钢材混凝土的用量，吊顶工序常须搭设满堂脚手架，既费工又费时，悬索结构虽然其钢索用钢量不大，但是其支承环却须耗用大量的钢材、模板、混凝土及工时，其总自重并不很轻，网架或悬索上较为合理的轻质保温、防水及围护材料均较昂贵且材源欠丰;其墙体、立柱和基础亦须耗用较多工料。

大跨度的网架或悬索结构下既使作吊顶，其室内空间在许多情况下仍不能被充分利用;且四周墙体面积又较高大;屋面及墙面之热阻因构造与造价关系常不便作得很充分，故空调耗能费用颇巨。

网架或悬索结构对施工技术及设备条件要求均较高，尤其是当跨度较大的情况，各道工序所完成的建筑、结构功能均较单一，互相关系为简单迭加，故工序繁多。又由于许多工序须待上一道工序全部完成后才能开始，不易同时作业，总工作量较大，故总工期长，再者，悬索中间凹下而形成的外立面和室内景观尚不为大多数人所乐于接受，国外有将网架杆件及节点镀铜或镀铬以求美观和耐久，但其造价过于高昂，还不如吊顶和涂漆为好。

不言而喻，钢或木结构的维修工作量大，寿命较短。

大（中）跨度情况下，平面结构诸如桁架、肋拱及刚架的出平面稳定性及抗震能力均较差，自重大，经济性较空间网架、悬索更差。

T形板、V形折板及鞍形壳的跨度很有限，如超过30m时，运输、吊装均感困难，耗材亦多。T形板和鞍形壳的模板较麻烦。V形板之保温防水处理亦不甚简单，且其内外表面积均大，不利节能。

充气薄膜则由于其巨大的能耗，较低的安全性与舒适性，很高的维修费，故至今尚不能被视为永久性的结构方案。

各种材料作成的球形壳虽可作到很大跨度，但其模板或支架工程艰巨，空调利用率很低，音质处理花费很大，就美学观点而言，圆形或多边形平面所对应的立面缺乏壮观之感。其应用范围亦狭窄。

现有的钢筋混凝土筒拱屋顶，则由于其材料及形体本身固有性能，而具有很多优点值得获取，诸如：抗震、抗风、抗雨、抗雪、不锈、不蛀、不腐、防火、抗温差;其支承构件，基础及墙体造价较低;立面与室内美观方面较易为人们所接受;可用空中拉杆或不用空中拉杆来抗推力，后一种情况时，其室内空间高低不同，常能被合理地充分利用;室内屋顶下吸音处理较容易;吸散热面积较小，无效空间小，热阻可做得较大而且经济，故耗能可较少，在两山墙上之拱冠附近开窗，容易形成自然通风降温，钢筋混凝土结构之维修费远低于钢或木结构之维修费，而且使用寿命长。筒拱之建筑平面为矩形，纵向开间数目无限制，横向又能多跨连续，而且其拱跨尺寸范围可大可小，故其应用范围较广泛。

虽然钢筋混凝土筒拱的现有技术具有以上多项优点，但不论其为现浇或预制装配方案，均存在着严重缺点有待解决，试分析如下：

现有的采用混凝土预制构件通过装配化施工方法建造的拱形屋盖结构体系可分为拱架盖板式屋盖及预制筒壳式屋盖两大类，在拱架盖板屋盖体系中，拱形刚架或拱形桁架集中承受了一个跨间的全部荷载，处于平面受力状态，因此使构件断面较大，耗钢量也大，作为屋面构件的大型屋面板或檩条预制板体系，只能作为受弯构件使用，从结构受力上讲是不合理的，此外由于刚架断面或桁架的高度较大，占据了部分室内使用空间。

预制筒壳屋盖体系一般采用具有一定外形尺寸的槽形板拼接而成，槽形板沿拱轴方向为压弯构件，纵向拼接在一起又处于空间受力状态，因此这种屋盖体系构件受力趋于合理，但是目前这两种屋盖结构体系用于近代的大型公共建筑上作屋盖使用时，因各种管线、管道的安装、保温、隔热、节能的要求以及室内美观要求等，只有通过在屋盖结构下面安装吊顶加以解决，从而增加了结构的静载，增加了工程成本，压低了室内使用空间，此外这两种屋盖结构的跨度也因经济合理性及施工技术条件受到了一定的限制。现浇筒拱，其模板与支架的工作量很大，尤其当跨度较大时，耗用工时及材料过多;在坡度徒处浇注工艺麻烦;总工期长，造价高。预制装配式筒拱，一般须有尺寸长大且笨重的拱式或桁架式的横隔构件来支承预制拱板，并保证其整体稳定，跨度稍大时，其横隔构件的制作，运输和吊装即感困难，而且材料、工时消耗均多。同时，预制拱板也需要很多烦琐工序如：模板制作、浇注混凝土、起吊入池、蒸气养护、构件出池、脱模、修模、构件堆放、构件运输、卸车堆放、吊装、焊接、灌缝等，因而工时，材料及能源消耗较多，且要求具有一定设备条件，拱板简支于横隔构件上时，其弯矩与剪力均较大，故钢材用料较多，抗震性亦较差。

若不吊顶，其天花欠美观，且照明、音响及空调设备不易妥善安设;若作吊顶则困难较多、费用颇巨，现浇拱板下虽可作贴衬处理或抹灰装饰，但其专用脚手架开支亦不小，预制肋形板下则难作以上处理。

在混凝土板上面作隔气层、保温层，找平层及防水层等常用的传统建筑工序，必然会明显地加大屋顶总重，延长总工期、增加总造价，且不利于抗震和地基安全，油毡防水层虽然造价较低，但其表面颜色很深，吸散热系数很大，况且豆石保护层又将增大屋面的表面积，槽形板下内表面积也较大，因此不论是冬季还是夏季均不利于减轻空调采暖负荷，油毡施工往往使劳动条件很差，污染环境，油毡防水层的维修量大、麻烦，其漏水常使保温层效果减弱。

波形拱虽可免除横隔构件，但是其拱板不论现浇或预制，模板均很复杂。而且波形拱上的保温、找平、防水工程均较麻烦，室内天花不够美观，吸散热表面积较大，也有吊顶与经济的矛盾。

为了经济合理地增大筒拱截面的惯性矩以保障拱的稳定，除做成波形和加设大型横隔外，另一方法是将预制构件做成空心状，按一定形式排列结合成无大型横隔的空心筒拱，如美国专利US3、597、890，所介绍的技术只能应用于跨较小的情况，而且以现代水平衡量，它们在经济和技术上已不具明显效益，跨度稍大时，譬如25m以上就难以加大其构件尺寸来实施，这主要是由于它们的构造本身不能经济合理地适应大（中）跨度结构的力学要求，以及大尺寸构件的制作成型和拼装工艺要求，其工艺很烦琐。

美国专利US4、125、979介绍了用平板形组件拼合成具有穿通式空腔构件的方法。但是，该方法实际上存在若干问题而难以实施，首先，混凝土制品之间公差配合精确度不可能象金属或木制品之间那样高，故实际上，该专利的“连结座”的凹槽难以保障混凝土制板状肋准确地竖立起来。即使能大致竖立，而当肋较高时，“连结座”则须做得相当大，又须相当精确，人工、材料均费。其次，其连结缝必然很宽，不能经济合理地使用高效粘结材料，该专利所建议采用的水泥砂浆连结棱体之体积虽大，但仍不易保证安全，因为那些坚硬的混凝土“连结座”必然要妨碍连结材料的自由凝固收缩，且其粘接力亦很有限。再者，在顶板与主肋之间浇捣水泥砂浆等连结材料的工序，无疑是非常棘手的一环。此外，该方法即使能成形，其构件的起吊问题也难解决。

用于建造拱形结构的拼装支架及移动式模架如美国专利US1、071、118，由两个多边形桁架及拱脚拉杆组成的三铰拱支架尚可用以建造中等跨度的桥涵类拱形结构，限于构造原因，对高大屋顶快速重复使用要求则感困难，且其构造较复杂，组装与分解均费工时，故均不适于大跨度屋顶的施工。

本发明的任务在于提供一种由一块顶板，一块底板，中间放置两片带肋板的腹板，通过在板缝间填充聚合物砂浆拼接而成的中间空心，两端开口的薄壁箱形构件作为这种拱型屋盖的基本构件，代替预制筒壳屋盖结构中的槽形板构件;采用高强的聚合物混凝土作为箱形构件接缝间的填充材料，拼接而成的有底板，中间有空心通道，具有一定厚度的筒状拱形屋盖结构，既使结构受力更为合理，又可以解决吊顶的功能。因此，这种筒拱屋盖结构是建筑功能和结构受力得以充分发挥的统一体。

本发明的目的：

①提供建造大跨度（40～240m）、中跨度（15～50m）无空中拉杆或有空中拉杆的建筑物、屋顶的方法尤其是有桥式吊车的厂房屋顶的混凝土空心筒拱构造，并能充分发挥材料的力学性能;经济而轻质地处理各项建筑功能，使构件的制作与拼装省料、省工。

②提供适宜构成大跨度筒拱的双工字形混凝土构件的详细构造，包括其主肋与加劲肋的不同形式;及其平卧叠浇各组件，然后胶结成形的具体工艺方法。

③提供全封闭空腔构件永久性内模的构造作法，要求其价廉轻质，简单易制，并起防水和保温作用。

④提供筒拱单元内或两单元之间构件的板与板，肋与肋间接缝中注入聚合物的具体方法步骤。

⑤提供适于安装大跨度无空中拉杆筒拱的移动式拼装支架的构造，要求它能使双工形构件位置准确;支承状况有利，接缝材料可以自由凝固收缩;支架本身受力合理;构造简单造价低;安装及分解均迅捷;多样用途;适于标准设计也适于个体设计。

⑥解决建造有桥吊厂房，借用该厂房吊车桥架为拼装屋顶支架的可移底托时，逾越每开间筒拱单元前方一根已张紧的空中拉杆的问题，该支架可使被拼装构件在拼装过程中呈有利的支承状况。

⑦提供用对称的两段圆曲线来近似代替合理拱轴;倒悬链线的具体方法，以使支架制作更为简易。

⑧提供双工形构件在被建的建筑物之室内地面上制作时，其组件排列的合理方法。

本发明是以如下方法完成的：

首先预制好所需数量的薄壁箱形构件，箱形构件的外形尺寸在满足设计要求的前提下，宽度取1.5～4.5m，长度取3.0～6.0m，高度取筒拱跨度的1/120～1/90，板厚取30～90mm的各类密实性混凝土制成所需要的薄板，拼接箱形构件的薄板有四种，即顶板、底板、腹板和肋板，可以在平面台座上重叠生产，其中腹板朝上的一侧的两端各予埋一个箱形构件用的吊钩，可以保证吊钩的予埋锚固长度，腹板两侧的中部各有一个凹形缺口，在横向与相邻的箱形构件对接时可以构成一个纵向通孔，供安装纵向管线之用，顶板上有四个穿通吊钩用吊钩予留孔，沿拼接腹板位置予留一定数量的注浆孔，供顶板与腹板和肋板联结时灌注聚合物砂浆之用，底板中部可以予留供照明用的灯具孔。拼接箱形构件时夹在顶板及底板之间的两片带肋腹板稍靠中间，使顶板和底板都有一小段悬挑部分，以便于纵向相邻的箱形构件的接缝处的节点施工，腹板拼接箱形构件时各薄板间的缝隙采用聚合物砂浆填实，可以采用不饱合聚脂或水玻璃配制。和筒壳屋盖结构的施工一样，在拼接薄壁箱形筒拱屋盖结构之前需做好如下几项工作。首先施工好筒拱屋盖结构的支座系统，支座基础应保证其水平位移值和基础不均沉降值在设计的允许范围内，上部结构应保证有足够的刚度，可采用带斜承柱的三角形构架或扶壁式刚架、门式刚架等;其次需预制好筒拱屋盖结构的边缘构件，由它支承着筒拱屋盖结构的全部薄壁箱形构件，并把荷载由它传递给支座系统的上部结构，从受力的观点上可以理解为一个简支的深梁，支座为相邻两构架或刚架的顶部，荷载为由它支承的箱形构件传递的全部荷载，显然这种边缘构件的外形尺寸，其长度取相邻两支座系统的间距，即开间尺寸，其高度取筒拱屋盖结构的箱形构件高度，其宽度或深梁的高度应根据受力要求及筒拱屋盖结构的拱轴曲线尺寸确定，这种边缘构件可以作成中间空心的六面封闭体，也可以作成保证上下两片起深梁作用的其它种型式的构件，可以在现场预制再进行吊装，也可以随支座系统的上部结构一起现浇，但必须保证与箱形构件结缝处的相对位置及表面的平整度，再次，需根据筒拱屋盖结构的高度和曲率尺寸架设一台可以移动的，可以有小行程升降的工具式台车架，供组装筒拱屋盖结构的箱形构件之用。这个台车架的长度为筒拱屋盖的跨度，台车架宽度为一个开间的尺寸。上述准备工作完成后就可以进行筒拱屋盖结构的安装工作。第一步在安装位置架设好工具式台车架，校正好顶部各支承点的高程及水平位置，保证筒拱轴线的曲率;第二步通过起重机将箱形构件吊至安装位置，完成一个开间的筒拱屋盖结构的安装、灌缝等全部拼接工作，在一个开间内可以纵向安装两排至三排由箱形构件沿筒拱轴线逐个拼接的标准筒拱单元，先完成一个标准筒拱单元的箱形构件的安装，相邻构件的横向、纵向接缝的浇注以后。再依次进行第二个标准筒拱单元的箱形构件安装和接缝浇注工作。直至一个开间内的几个标准筒拱单元全部拼接完毕，箱形构件间接缝浇注的聚合物混凝土其标号不少于300kg/cm²，可以采用呋喃甲醇、丁晴橡胶、环氧乳液或水玻璃等化工材料配制而成;第三步待箱形构件接缝的聚合物混凝土达到一定强度以后，则可以将工具式台车架的顶面支承部分下降，使之脱开该开间的筒拱屋盖结构的底板，继而将工具式台车移至相邻的下一个开间，将顶面支承部分重新上升至箱形构件安装位置，然后再重复第二步的筒拱屋盖结构的拼接工作。就这样拼接成了整个建筑的筒拱屋盖结构，筒拱屋盖结构的尺寸参数，一般根据设计要求确定，从结构受力角度来讲，筒拱屋盖结构拱轴曲线可采用圆弧形、抛物线形和倒悬链形，其中倒悬链形最有利于减少构件截面的弯矩和剪力，跨度可选择30～240m，矢跨比为1/8～1/12，每开间的宽度可选择3.0～9.0m。计算简图按无铰拱计算，由于这种筒拱屋盖结构的基本构件采用了上有顶板，下有底板并具有一定高度的薄壁箱形构件，其截面的惯性矩相当大，可以使顶板和底板在承受弯矩时的应力值大大缩小，从而使整个截面的应力值减少，在一个标准筒拱单元的各截面都处于受压状态，无拉应力出现，充分地发挥了砼材料的抗压性能。此外由于截面惯性矩大，使箱形构件本身具有较大的刚度，通过高强的聚合物砼将若干个箱形构件按一定的拱轴曲率联结在一起，构成一个具有一定厚度的连成一个整体的空间筒拱屋盖结构，这种屋盖结构具有较大的整体刚度，同时由于实际上处于空间受力状态，因此这种屋盖结构具有了较大的强度贮备，是一种安全可靠的屋盖结构体系。从建筑使用功能角度讲，由于这种筒拱屋盖结构的上下两层面板中间具有较大的空间，横纵相通，可以放置空调、电气等各种管道、管线，也可以在其中进行保温、隔热等技术处理，箱形构件的底板开设孔洞，经过建筑艺术处理后就是整个屋盖体系的天花板。从而节约了天花板的材料消耗和安装费用，减轻了屋盖结构的吊顶静载，特别是因此而增大了室内的使用空间，可以压低建筑物的总高度，由此可以大幅度地减轻结构自重，减少了风荷载和地震荷载值，使整个结构设计更趋于合理化，同时也可以减少能源消耗，便于维修。因此本发明的效果主要体现在采用这种薄壁箱形构件拼接的筒拱屋盖结构体系是使结构受力性能和建筑使用功能得到了合理地统一，通过高强聚合物混凝土连成一个整体性好、整体刚度较大，处于空间受力状态的筒拱屋盖结构具有较大的安全度，由于省去了吊顶，降低了建筑物总高度从而给设计、施工、使用等方面带来较大的综合性经济效益。特别是应用于跨度较大的体育馆、展览厅、大礼堂等大型公共建筑上更能显示出较大的综合性经济效益。

以下结合附图对本发明作进一步描述：

图1、2为大跨度混凝土空心筒拱结构及剖面。

图3、4为拱冠处采用框形采光构件的混凝土空心筒拱单元及由一种全封闭空腔构件组成的结构单元。

图5是预制混凝土双工字形构件。

图6-9为重叠浇制双工形构件组件，吊环的埋设、主肋与顶板及底板相胶结、平板形主肋的配筋。

图10、11为双工形构件主肋采用带有若干（圆）孔洞的型式。

图12、13是钢筋混凝土平行弦格构式的双工形构件的主肋。

图14、15由各种断面型钢焊接成的平行弦格构式主肋。

图16、17为钢制双工形构件主肋的上下弦型钢分别予埋在构件的顶板和底板内。

图18为双工形构件底板平面。

图19～24为由型钢焊成的柱状槽模，底板上形成的浅槽以胶结主肋。

图25为主肋平卧与加劲肋相胶结。

图26～28主肋与加劲肋由三角架定位，进行拼装粘接。

图29～35为全封闭空腔构件盒状内模。

图36～38为桥吊式厂房。

图39-40为混凝土框形采光构件。

图41～43为厂形梁柱多跨连续筒拱房屋。

图44为混凝土空心筒拱单元支承点处。

图45-46为两个双工形构件接缝。

图47-48双工构件主肋间接缝。

图49侧边构件与拱板构件的肋间接缝。

图50～51为双工形拱板构件形成筒拱后的板间接缝。

图52-66为大跨度筒拱侧边构件有框形肋的空心构件及节点构造。

图67为大跨度筒拱单元拼装过程。

图68、69为图67的局部放大。

图70为图67的纵向剖面。

图71、72为中等跨度筒拱单元拼装过程。

图73为中等跨度筒拱结构施工平面。

图74为有桥吊的厂房施工过程。

图75、76为桥吊厂房纵向剖面。

实施例：

本发明中的筒拱构造适用于下列尺寸：

拱跨L＝40～240m;支点纵距B＝5～12m;

矢跨比f/L＝1/10～1/2;筒拱总厚h＝L/120～L/80。

自然荷载范围：风速v≤180km/hr;雪载s≤100kg/m²;

地震烈度I≤9°;温差△≤80℃。

筒拱单元由两个全封闭空腔的侧边构件11和若干双工字形中间拱板构件10组成，构件间接缝12，构件沿纵向任意次重复而形成筒拱屋盖，在支座两侧设有辅助房间13将支承斜柱14隐藏于隔墙内，支承构件可为斜柱亦可为扶壁或门形刚架等形式，水平推力可由地面位置的预应力拉杆15或地基来承受，须天然采光时，可在拱冠或其他部位用框形采光构件17代替，支座处可用棱柱形现浇边缘构件16取代，或在侧边处用壁厚稍大的同类构件18取代11构件，对超大跨度的筒拱，其侧边构件改用有框形肋的空心构件19取代11构件，构件间的水平接缝及单元间拱向接缝均可填充混凝土（包括膨胀混凝土）或聚合物砂浆等材料，一般较大跨度及自然荷载较大时宜用聚合物砂浆。10构件由四种平面形组件：底板20、主肋21、加劲肋22及顶板23，10及11构件的高度即为空心筒拱的总厚度，宜取h＝L/100左右。在顶板内理设起吊环24数目可为4个～8个。在事先完成的所建房屋的地面上按顺序重叠水平卧浇，在浇制时的工具式周边侧模可用角钢或槽钢焊成;当拱跨L较大时主肋也可采用由四周边扁钢25及横向钢筋26焊成的永久性侧模兼配筋，依靠同一个尺寸精确的样板母模周边型钢的内壁来控制它们外廓尺寸及平直度，然后焊接定形。吊环24下面焊有与主肋同宽的扁钢或槽钢24′以便与主肋相应埋件粘接或焊接，10构件的底板上面及顶板下面与主肋相胶结处分别有一凹槽面27和凸台面28以便与主肋的上下两平直面相胶结，在拱跨很大且自然条件严酷的情况下宜用永久性型钢侧模来制作主肋，在构件间的水平接缝中，可将主肋上下永久侧模型钢的端头相焊接，以增大安全储备。

10构件主肋除可用实腹平板式外，尚可用带空调的平板主肋，其孔洞29可是任何形状，如圆形、椭圆形、矩形或多边形等，周边侧模及孔洞侧模宜用扁钢制成永久式兼为主肋的配筋，用短钢材30（角钢或钢筋）将它们相焊接定形，并提供锚固及部分抗剪力作用。然后在平卧状态下浇注主肋砼。加一种砼主肋形式为平行弦格构式主肋，宜采用由周边型钢和若干个相同的三角型钢31组成的永久性侧模兼主肋的配筋，它们之间也用短钢材相焊接定形，然后浇注砼32主肋还可采用由各种截面的型钢焊接而成的平行弦格构33上弦型钢34，下弦型钢35分别予先埋入顶板及底板的砼内，当10构件成形时，临时用工具式槽钢梁支承顶板，焊接主肋的腹杆型钢36，以免去胶结工序，腹杆36也可用独根粗钢筋来弯成蛇行形式，实腹式主肋较适于拱跨L≤80m。

为了照明、空调或音响的目的，10构件的底板上可开设任何形状的孔洞37。为保障构件的成形胶结质量，在垂直于主肋的那一对底板的工具式侧模角钢之上缘刻出与主肋的位置及宽度相对应的精确浅槽38。将两条作为槽模的刚性型钢（或型铝）杆件39（稍长于主肋）嵌入两两相对的浅槽口内，呈简支状态，槽模型钢的外侧刻有底板砼的上表水平线，然后浇注底板砼，形成位置及平直度很精确的槽底面，槽深可为5～10mm，槽宽宜较主肋大5mm左右，上口又比槽底宽出5mm左右。在底板上涂隔离剂后，叠浇顶板，于是准确而平直的凸台自然得出，主肋与底板相胶结前，先将软膏状的高效粘接剂（加粉状填充材料的聚合物或改性水玻璃）40注入浅槽内，厚约为3～5mm，主肋落入浅槽中后将大部分粘接剂挤出而与底板相胶结。若主肋与加劲肋先行胶结成联合体后再与底板相胶结，在制作组件时应使加劲肋的高度较主肋的高度小15～20mm，二者胶结时，使上齐平，而下部则加劲肋短于主肋，在定位胶结组件时，借助于三个（大面两个，端面一个）三角形型钢定位工具，（其竖向型钢的工作面41可用螺旋方法微调其左右位置及铅直度）主肋的一个大面紧贴着定位工具的工作面徐徐地准确落入浅槽;此刻，加劲肋与底板之间留有10mm左右的缝隙，用工具式小铁楔42临时支顶加劲肋，使主肋和加劲肋之联合体能自行铅直竖立，然后将膏状粘合剂压入缝隙使用加劲肋与底板相胶结，待粘合剂初凝时移去定位工具和小铁楔。顶板与主肋及加劲肋之间平面位置亦借助于三或四个三角形定位工具工作面准确定位。一般情况，在顶板的长边用两个定位工具，短边用一个，重叠浇注构件，即A构件底板不动，而其主肋、加劲肋及顶板均来自B上的相应叠浇组件，同样第二块构件底板不动，而其他组件均来自C，依此类推，以减少组件的搬动工作。

11构件的永久性内模主要由一块顶板43及四块侧板44这五块刚性保温板材相互胶合而成，根据刚度情况可增设中间肋，其保温板材可选用蔗渣板，瓦楞纸板、蜂窝纸板、木丝板或泡沫塑料板等，该永久性内模的五个外表面可蒙贴防水塑料膜或卷材以保护其本身和增强构件的防水作用。11构件由两个边横肋45，两个中间横肋45′底板46顶板47及两个纵向肋48组成。有三个相同的全封闭空腔，浇完底板后将内模放在其上，可支承在四角的预制砼块上以保证内模准确的竖向位置，然后浇注11构件的纵横肋及顶板。11构件宜用钢筋砼或预应力砼制作，尤其在其顶板的长边方向用预应力钢筋配筋为宜，以形成双向压应力，为构件自防水创造有条件，作为边梁的11构件的板与肋厚度可比作为中间部分拱板的11构件为大。

在有桥式吊车的厂房应用时，空心筒拱结构单元可由外形为长方体的构件及边缘构件组合而成;各构件接缝间填充砼最好是膨胀砼，柔性拉杆49穿过边缘构件的予留孔洞50，被张紧后锚固于边缘构件外侧竖面51后，柔性拉杆可用吊杆52做构造吊起，边缘构件下端有予埋铁件53与柱54的柱顶埋件相联结。天车桥架55可借用为拼装支架的可移式底托，也可专门设计工具式桥架底托，为标准设计的方式大量重复利用，该专用桥架底托可为平行弦桁架形式，设置螺栓连接的桁架中段一至二节，其长度可为3m，于是可以用增减桁架中段的方法以适应二或三种跨度，边缘构件其左部连有一个实心棱柱体56用以放置钢筋、埋设为穿拉杆的予留孔洞和连接予埋件53，左端两个相垂直的小斜边与51取代了长方体构件的竖直纵肋的外侧边。边缘构件的顶板及底板宜稍厚于长方体构件的板厚，予埋联结铁件的斜角度应使边缘构件处于工作位置时，该铁件为水平状态。由于拉杆的拉力远大于柱顶处水平排架力，故筒拱体系传递排架力时，乃由拉杆应力的小范围变化来实现。

框形砼采光构件17，该构件由两个纵向肋57，两个拱向边肋58及若干中间拱向肋58′构成，其肋高可与其相配合的10或11构件高度相同或偏大50～100mm，宜用钢筋砼预制，于采光构件的肋上，胶结金属制玻璃框59，在框上镶钢化玻璃或铅丝玻璃60，若强调保温，也可在肋下胶结或焊接金属玻璃框，再镶一层玻璃。

多跨连续的空心筒拱房屋，等跨的空心筒拱61可由10或11构件组成，两端的支承构件62可用厂形柱，也可用其他形式构件，中间柱63可做成空心的以利排水。筒拱构件65若为10构件时，应加设现浇边梁64之挡模66，柱的受力钢筋67边梁的纵向受拉主筋68大跨度空心筒拱支座处边梁构件与支承构件（斜柱）之间有一缝隙71，约宽为50～70mm，在该缝隙上端及下端分别填入两块高强混凝土71′、71″（400号左右），聚合物砼或膨胀砼尤宜，竖柱69及屋面梁70可整浇亦可分别预制后汇交浇注成整体构架。构件间缝下面可贴较厚的透明塑料条状软片作为接缝底模。聚合物可装入黄油枪类工具将其通过咀管压入接缝，拱板构件间缝上可盖贴高质量条状防水卷材72其宽度约为150mm左右。

对于超大跨度（120m以上）的筒拱，其侧边构件嫌其肋部混凝土用量多，故改用有框形肋的空心构件19，该构件可是普通钢筋砼，也可是预应力砼（长线法），其成形方法有三种：整体浇注或用10构件的胶结方式或纵、横肋均平卧预制，就位后，现浇底板和顶板成整体。19构件是由两纵肋73，两端横肋74，中间横肋75，底板76，顶板77组成，其间接缝用聚合物砂浆填充，端横肋74、中横肋75，纵肋73与底板76及顶板77之间用封闭箍筋78、78′、78″相联接。在空心拱板下面采用刚性保温（兼吸音、装饰）板，中间通过条形同种材料粘合成有空气间层的构造，以节约粘合剂，并增大保温、吸音及装饰效果，79取代10或11构件，80是条形保温板材垫条，81是刚性保温板材（约1.5～2.0m见方），81′是空气间层，采用的侧模的样板母模，其工作面即其四框的型钢82，83的内侧面82′和83′，用以控制各组件的工具式或永久性型钢侧模的精确度。

大跨度空心筒拱的拼装;移动式拼装支架主要由成对的多边形桁架84及与其螺栓连接的支腿85、85′和型钢檩86组成，两个低支腿85和两个高支腿85′下端设有4个千斤顶87和4个行走钢轮88，轮下有钢轨及其顺轨枕木91，千斤顶的作用是使支架上升至准确的拼装工作位置，以及下降而脱离已进入工作状态的筒拱结构单元。10构件倾斜地简支在檩86上;11构件下端放在支承构件上，上端放在支架的端檩上。11和10构件均宜利用所建的室内地墙砼15就地予制，构件被吊起后直接放在支架檩上，檩上有小面积的突起垫块89，其作用是为仅使10构件的一对主肋下面得到支承以保护底板不致损坏，垫块中间设有可伸出和缩入垫块的小钢柱90，其作用是使其上方一块10构件的拱向位置准确并形成水平接缝，待缝的填充材料初凝后将小钢柱以螺旋或弹簧方法缩到垫块表面下。

桥式吊车厂房筒拱屋盖在拼装时其结构单元的接缝中的快硬细石砼达到R＝100kg/cm²后，张紧空中拉杆，联结边缘构件与柱顶后，拼装桁架由千斤顶控制而落下脱离筒拱构件，天车桥架稍向前移动，待千斤顶接近前方的空中拉杆时，天车桥架停止移动，用由悬臂杆93、受压杆94和受拉杆95构成的F形工具式小托架临时取代千斤顶对桁架的支顶作用，使天车桥架能向前移动至使前方空中拉杆接近左边的一对千斤顶时停止，用右边一对千斤顶替下F形小托架，并使小托架取代千斤顶，使天车桥架向前移至下一工作位置。型钢梁92腹板处孔洞96是为方便F形小托架的拉杆的临时固定而设。由此，一套大（中）跨度砼空心筒拱轻屋顶装配成型。

本发明的保温、隔热处理其特点是不必在顶板上面作，其一因为构件中的永久性内模本身系由轻质保温板材胶合而成。其二构件均具有空气间层，有一定热阻。其三采用构件自防水即做拱向接缝的高质卷材盖缝处理。其四是用长线法在板正中间配予应力钢丝解决正负弯矩问题，有效地防止板面裂缝的双向压应力，构件下贴软式板材，对飞机，雷电或室内的各种噪音均形成相当有效的音障。并可改善室内音质，尚能由于其颜色及平整表面来增加室内美观效果。同时，能使空心筒拱的底板和顶板之间的温差无论在夏季或冬季均大为减小，空心筒拱的空腔内可经济而美观地兼做采暖通风管道，安设照光及音响设备，又能减少很多重量。

施工方面的特点是就地平卧叠浇混凝土组件，现场胶结成双工形构件，由于无围护结构上面的各项烦琐工序，免除了处理沥青、石棉、油漆、铝合金等有害物质，改善了劳动条件，减少了工序，缩短了工期，免除了尺寸长、大且笨重的预制构件，故吊装设备易于获得，因为起吊高度大且吨位大的起重设备数量有限。

本发明最适用于跨度超过100米的大型公用建筑的屋盖结构，箱形构件的高度在1.5米以上能更充分地发挥出它的结构受力性能及建筑使用功能。

Claims (12)

1、一种由若干种混凝土预制构件拼接而成的大跨度拱型屋盖结构，其特征在于采用一种具有顶板和底板的箱形构件作为拱型屋盖结构的基本构件，其基本构件由板状构件、侧边构件经粘接组合成筒拱结构单元，沿纵向任意次重复，通过在构件接缝间填充聚合物混凝土拼接而成筒状拱型屋盖结构。

2、如权利要求（1）所述的屋盖结构，其特征为侧边构件可穿设空中抗推力拉杆的带有一个条状实心部分的全封闭空腔预制钢筋混凝土构件;横剖面可为矩形或不规则多边形;其实心部分的端部由一短斜边及另一与之相垂直的短斜边取代长方体的一个竖向边;在构件两端各有一个预留孔洞与支承用斜边平行;孔洞下的构件两端部各有一块预埋备焊支点钢板;构件的纵肋呈水平状;横向肋沿拱轴排列。

3、如权利要求（1）所述的屋盖结构，其特征是板状构件具有拱向主肋的预制混凝土双工字形截面带穿通式空腔;由平卧叠浇成的平直形底板、顶板、主肋及加劲肋四种组件用粘接剂胶结成形。

4、如权利要求（1）所述的屋盖结构，其特征是板状构件在主肋的平面位置，底板上面和顶板下面分别有通长的浅平槽和凸平台;在两根主肋外侧或内侧增设加劲肋。

5、如权利要求（1）、（4）所述的屋盖结构，其特征在于板状构件加劲肋可为有筋或无筋的实体混凝土平板、带有（圆、矩、多边形）孔洞的钢筋混凝土平板，各种腹杆系的平行弦钢筋混凝土格构，各种腹杆系的平行弦型钢格构。

6、如权利要求（1）所述的屋盖结构，其特征是板状构件主肋在平卧浇制时，其四个周边、孔洞或杆件两侧可用扁钢或角钢或槽钢作为永久性侧模兼为配筋;该型钢侧模间，于一定间隔处用短钢杆焊联定型。

7、如权利要求（1）所述的屋盖结构，其特征是板状构件上下弦型钢分别预先埋入双工型混凝土构件的顶板和底板内，当构件成型时，用工具临时支承顶板后，焊接主肋的型钢腹杆或用独根粗钢筋弯成的蛇行式腹杆。

8、如权利要求（1）所述屋盖结构的板状构件的拼接方法，其特征是主肋在底板上，和顶板在主肋上的准确落位由型钢焊成的三角架定位，在主肋与底板胶结前，先把软膏状粘合剂置于底板上面的两道浅槽内;顶板与主肋和加劲肋相胶结前，将软膏状粘合剂涂在主肋与加劲肋上呈山脊状，待上部组件降下时自然胶合成一体;加劲肋与底板间的狭缝端部暂用工具式薄铁楔挤顶，使主肋与加劲肋联合体自行竖立。

9、如权利要求（1）所述屋盖结构的板状构件拼装方法，其特征是主肋（或其他组件）精确的外廓尺寸和平直度可用同一个样板型模取得;用以胶结主肋的底板上面的浅槽和顶板下面的凸台的精确成形可在垂直于主肋的底板侧模角钢上缘刻出与主肋位置及宽度相对应的精确浅槽口，将两个作为槽模的组合刚杆嵌入两个相对的浇槽口内，呈简支状，槽模两侧刻有底板混凝土上表面的水平线，然后浇注底板混凝土，形成浅槽;在底顶板即形成精确平直的浅槽与凸台。

10、如权利要求（1）所述的屋盖结构的板状构件，其特征是全封闭空腔的预制混凝土构件的永久性空腔内模，由五面刚性保温板材相互胶合而成，即四面竖向侧板和一面水平顶板;内模的五个与混凝土接触面均可贴设防水用塑料薄膜或钻膜，盒形内模其口朝下，四角点支承在埋在构件的底板混凝土内的四个混凝土制垫块或钢筋凳上，然后浇注构件的纵横和顶板，构件的中间横肋数目不限，从而分隔成若干独立的全封闭空腔。

11、如权利要求（1）所述的屋盖结构，其特征是各种预制构件间的板与板或肋与肋间在用聚合物或改性水玻璃填充联结时，先在接缝两侧或下侧粘贴较厚的透明塑料软片作为缝模，再用黄油枪类的工具将含粉状填料的粘合剂压入接缝中，塑料缝模上在一定间距处设有注入咀。

12、如权利要求（1）所述的屋盖结构的拼装方法，其特征是由成对的措形桁架（多边型上弦）和与其螺栓联结的檩及落地支腿成的移动式支架拼装成型;其拱型桁架与檩均呈双伸臂梁的支承状态;檩上设有使双工形构件的主肋下的端部受支承的小面积突起垫块，数目与主肋根数相同：每个垫块上设有一个可以靠旋转方式或弹簧控制其伸出或缩进垫块表面的小钢柱;檩下可吊设用于屋顶下面装修的脚手;桁架下可吊设用于预制双工字形构件的电葫芦。

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