專利名稱:大(中)跨度裝配整體式混凝土空心筒拱屋蓋的綜合技術(shù)的制作方法
本發(fā)明涉及到一種空心的混凝土預(yù)制構(gòu)件，通過裝配化施工方法，建造的拱形屋蓋結(jié)構(gòu)，特別適用于較大跨度，需要有較大室內(nèi)空間的建筑物作為屋蓋結(jié)構(gòu)，國際分類號E04B1/04、1/32;E04C1/07、1/08;E04G11/20。
大(中)跨度的建筑物在現(xiàn)代工業(yè)和民用領(lǐng)域的應(yīng)用正日趨廣泛，流行的屋頂結(jié)構(gòu)型式有平板網(wǎng)架、懸索、薄殼;尚有拱、剛架、充氣膜及它們的結(jié)合體等。有橋吊的中跨度廠房或倉庫則常用桁板體系、T形板、V形折板及鞍形殼等。
如所周知，上列各類現(xiàn)有技術(shù)均具有各自的某些優(yōu)點，然而用之形成的建筑物全部功能的總造價、維修費及能耗均較高;總工期亦較長，且隨跨度之增大，各項費用及技術(shù)難度將急劇上升在不容忽視的安全與美學(xué)方面亦各有不同程度顧忌;再者，材料供應(yīng)和施工技術(shù)設(shè)備條件也常限制它們更為廣泛地應(yīng)用。
采用被認為先進的網(wǎng)架或懸索時，為降低荷載和造價，往往用木檁和木望板，于是鋼管或鋼索的年久銹蝕及耐火性低;木基層的可燃、蟲柱、朽爛均可能危及安全，又由于木基層質(zhì)輕且不易連接得很牢固，故其抗颶風(fēng)掀頂能力很差，大跨度平的或中凹的屋頂在暴雨或大雪情況下，因嚴重超載而坍毀已于世界范圍內(nèi)不乏實例。
網(wǎng)架重心高且水平方向為剛性平板，故地震時柱(一般很高)和基礎(chǔ)底面的力矩較大，懸索的鋼筋混凝土支承環(huán)本身位置高，重量很大而剛度卻很小，故傳給柱和基底的地震力矩亦較大，風(fēng)載對它們的下部結(jié)構(gòu)影響較大。
結(jié)構(gòu)用的鋼管、鋼索和薄壁型鋼等，如同木材和鋁合金瓦一樣在我國尚不能普遍地大量供應(yīng)，網(wǎng)架或懸索下若不吊頂則欠美觀;吸音不易處理;照明及空調(diào)及音響設(shè)備不易妥善安放;而且網(wǎng)架下弦以上巨大的無效結(jié)構(gòu)空間必然會增大空調(diào)能耗。但是，若為美觀與節(jié)能，滿吊保溫頂棚，則不僅其本身耗費很多工時和材料，而且因增大荷載，使結(jié)構(gòu)用材料增多。如采用混凝土屋面基層，雖然在安全、耐久方面較木基層為優(yōu)，但結(jié)構(gòu)將明顯地增加鋼材混凝土的用量，吊頂工序常須搭設(shè)滿堂腳手架，既費工又費時，懸索結(jié)構(gòu)雖然其鋼索用鋼量不大，但是其支承環(huán)卻須耗用大量的鋼材、模板、混凝土及工時，其總自重并不很輕，網(wǎng)架或懸索上較為合理的輕質(zhì)保溫、防水及圍護材料均較昂貴且材源欠豐;其墻體、立柱和基礎(chǔ)亦須耗用較多工料。
大跨度的網(wǎng)架或懸索結(jié)構(gòu)下既使作吊頂，其室內(nèi)空間在許多情況下仍不能被充分利用;且四周墻體面積又較高大;屋面及墻面之熱阻因構(gòu)造與造價關(guān)系常不便作得很充分，故空調(diào)耗能費用頗巨。
網(wǎng)架或懸索結(jié)構(gòu)對施工技術(shù)及設(shè)備條件要求均較高，尤其是當(dāng)跨度較大的情況，各道工序所完成的建筑、結(jié)構(gòu)功能均較單一，互相關(guān)系為簡單迭加，故工序繁多。又由于許多工序須待上一道工序全部完成后才能開始，不易同時作業(yè)，總工作量較大，故總工期長，再者，懸索中間凹下而形成的外立面和室內(nèi)景觀尚不為大多數(shù)人所樂于接受，國外有將網(wǎng)架桿件及節(jié)點鍍銅或鍍鉻以求美觀和耐久，但其造價過于高昂，還不如吊頂和涂漆為好。
不言而喻，鋼或木結(jié)構(gòu)的維修工作量大，壽命較短。
大(中)跨度情況下，平面結(jié)構(gòu)諸如桁架、肋拱及剛架的出平面穩(wěn)定性及抗震能力均較差，自重大，經(jīng)濟性較空間網(wǎng)架、懸索更差。
T形板、V形折板及鞍形殼的跨度很有限，如超過30m時，運輸、吊裝均感困難，耗材亦多。T形板和鞍形殼的模板較麻煩。V形板之保溫防水處理亦不甚簡單，且其內(nèi)外表面積均大，不利節(jié)能。
充氣薄膜則由于其巨大的能耗，較低的安全性與舒適性，很高的維修費，故至今尚不能被視為永久性的結(jié)構(gòu)方案。
各種材料作成的球形殼雖可作到很大跨度，但其模板或支架工程艱巨，空調(diào)利用率很低，音質(zhì)處理花費很大，就美學(xué)觀點而言，圓形或多邊形平面所對應(yīng)的立面缺乏壯觀之感。其應(yīng)用范圍亦狹窄。
現(xiàn)有的鋼筋混凝土筒拱屋頂，則由于其材料及形體本身固有性能，而具有很多優(yōu)點值得獲取，諸如抗震、抗風(fēng)、抗雨、抗雪、不銹、不蛀、不腐、防火、抗溫差;其支承構(gòu)件，基礎(chǔ)及墻體造價較低;立面與室內(nèi)美觀方面較易為人們所接受;可用空中拉桿或不用空中拉桿來抗推力，后一種情況時，其室內(nèi)空間高低不同，常能被合理地充分利用;室內(nèi)屋頂下吸音處理較容易;吸散熱面積較小，無效空間小，熱阻可做得較大而且經(jīng)濟，故耗能可較少，在兩山墻上之拱冠附近開窗，容易形成自然通風(fēng)降溫，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之維修費遠低于鋼或木結(jié)構(gòu)之維修費，而且使用壽命長。筒拱之建筑平面為矩形，縱向開間數(shù)目無限制，橫向又能多跨連續(xù)，而且其拱跨尺寸范圍可大可小，故其應(yīng)用范圍較廣泛。
雖然鋼筋混凝土筒拱的現(xiàn)有技術(shù)具有以上多項優(yōu)點，但不論其為現(xiàn)澆或預(yù)制裝配方案，均存在著嚴重缺點有待解決，試分析如下現(xiàn)有的采用混凝土預(yù)制構(gòu)件通過裝配化施工方法建造的拱形屋蓋結(jié)構(gòu)體系可分為拱架蓋板式屋蓋及預(yù)制筒殼式屋蓋兩大類，在拱架蓋板屋蓋體系中，拱形剛架或拱形桁架集中承受了一個跨間的全部荷載，處于平面受力狀態(tài)，因此使構(gòu)件斷面較大，耗鋼量也大，作為屋面構(gòu)件的大型屋面板或檁條預(yù)制板體系，只能作為受彎構(gòu)件使用，從結(jié)構(gòu)受力上講是不合理的，此外由于剛架斷面或桁架的高度較大，占據(jù)了部分室內(nèi)使用空間。
預(yù)制筒殼屋蓋體系一般采用具有一定外形尺寸的槽形板拼接而成，槽形板沿拱軸方向為壓彎構(gòu)件，縱向拼接在一起又處于空間受力狀態(tài)，因此這種屋蓋體系構(gòu)件受力趨于合理，但是目前這兩種屋蓋結(jié)構(gòu)體系用于近代的大型公共建筑上作屋蓋使用時，因各種管線、管道的安裝、保溫、隔熱、節(jié)能的要求以及室內(nèi)美觀要求等，只有通過在屋蓋結(jié)構(gòu)下面安裝吊頂加以解決，從而增加了結(jié)構(gòu)的靜載，增加了工程成本，壓低了室內(nèi)使用空間，此外這兩種屋蓋結(jié)構(gòu)的跨度也因經(jīng)濟合理性及施工技術(shù)條件受到了一定的限制。現(xiàn)澆筒拱，其模板與支架的工作量很大，尤其當(dāng)跨度較大時，耗用工時及材料過多;在坡度徒處澆注工藝麻煩;總工期長，造價高。預(yù)制裝配式筒拱，一般須有尺寸長大且笨重的拱式或桁架式的橫隔構(gòu)件來支承預(yù)制拱板，并保證其整體穩(wěn)定，跨度稍大時，其橫隔構(gòu)件的制作，運輸和吊裝即感困難，而且材料、工時消耗均多。同時，預(yù)制拱板也需要很多煩瑣工序如模板制作、澆注混凝土、起吊入池、蒸氣養(yǎng)護、構(gòu)件出池、脫模、修模、構(gòu)件堆放、構(gòu)件運輸、卸車堆放、吊裝、焊接、灌縫等，因而工時，材料及能源消耗較多，且要求具有一定設(shè)備條件，拱板簡支于橫隔構(gòu)件上時，其彎矩與剪力均較大，故鋼材用料較多，抗震性亦較差。
若不吊頂，其天花欠美觀，且照明、音響及空調(diào)設(shè)備不易妥善安設(shè);若作吊頂則困難較多、費用頗巨，現(xiàn)澆拱板下雖可作貼襯處理或抹灰裝飾，但其專用腳手架開支亦不小，預(yù)制肋形板下則難作以上處理。
在混凝土板上面作隔氣層、保溫層，找平層及防水層等常用的傳統(tǒng)建筑工序，必然會明顯地加大屋頂總重，延長總工期、增加總造價，且不利于抗震和地基安全，油氈防水層雖然造價較低，但其表面顏色很深，吸散熱系數(shù)很大，況且豆石保護層又將增大屋面的表面積，槽形板下內(nèi)表面積也較大，因此不論是冬季還是夏季均不利于減輕空調(diào)采暖負荷，油氈施工往往使勞動條件很差，污染環(huán)境，油氈防水層的維修量大、麻煩，其漏水常使保溫層效果減弱。
波形拱雖可免除橫隔構(gòu)件，但是其拱板不論現(xiàn)澆或預(yù)制，模板均很復(fù)雜。而且波形拱上的保溫、找平、防水工程均較麻煩，室內(nèi)天花不夠美觀，吸散熱表面積較大，也有吊頂與經(jīng)濟的矛盾。
為了經(jīng)濟合理地增大筒拱截面的慣性矩以保障拱的穩(wěn)定，除做成波形和加設(shè)大型橫隔外，另一方法是將預(yù)制構(gòu)件做成空心狀，按一定形式排列結(jié)合成無大型橫隔的空心筒拱，如美國專利US3、597、890，所介紹的技術(shù)只能應(yīng)用于跨較小的情況，而且以現(xiàn)代水平衡量，它們在經(jīng)濟和技術(shù)上已不具明顯效益，跨度稍大時，譬如25m以上就難以加大其構(gòu)件尺寸來實施，這主要是由于它們的構(gòu)造本身不能經(jīng)濟合理地適應(yīng)大(中)跨度結(jié)構(gòu)的力學(xué)要求，以及大尺寸構(gòu)件的制作成型和拼裝工藝要求，其工藝很煩瑣。
美國專利US4、125、979介紹了用平板形組件拼合成具有穿通式空腔構(gòu)件的方法。但是，該方法實際上存在若干問題而難以實施，首先，混凝土制品之間公差配合精確度不可能象金屬或木制品之間那樣高，故實際上，該專利的“連結(jié)座”的凹槽難以保障混凝土制板狀肋準(zhǔn)確地豎立起來。即使能大致豎立，而當(dāng)肋較高時，“連結(jié)座”則須做得相當(dāng)大，又須相當(dāng)精確，人工、材料均費。其次，其連結(jié)縫必然很寬，不能經(jīng)濟合理地使用高效粘結(jié)材料，該專利所建議采用的水泥砂漿連結(jié)棱體之體積雖大，但仍不易保證安全，因為那些堅硬的混凝土“連結(jié)座”必然要妨礙連結(jié)材料的自由凝固收縮，且其粘接力亦很有限。再者，在頂板與主肋之間澆搗水泥砂漿等連結(jié)材料的工序，無疑是非常棘手的一環(huán)。此外，該方法即使能成形，其構(gòu)件的起吊問題也難解決。
用于建造拱形結(jié)構(gòu)的拼裝支架及移動式模架如美國專利US1、071、118，由兩個多邊形桁架及拱腳拉桿組成的三鉸拱支架尚可用以建造中等跨度的橋涵類拱形結(jié)構(gòu)，限于構(gòu)造原因，對高大屋頂快速重復(fù)使用要求則感困難，且其構(gòu)造較復(fù)雜，組裝與分解均費工時，故均不適于大跨度屋頂?shù)氖┕ぁ?br>本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種由一塊頂板，一塊底板，中間放置兩片帶肋板的腹板，通過在板縫間填充聚合物砂漿拼接而成的中間空心，兩端開口的薄壁箱形構(gòu)件作為這種拱型屋蓋的基本構(gòu)件，代替預(yù)制筒殼屋蓋結(jié)構(gòu)中的槽形板構(gòu)件;采用高強的聚合物混凝土作為箱形構(gòu)件接縫間的填充材料，拼接而成的有底板，中間有空心通道，具有一定厚度的筒狀拱形屋蓋結(jié)構(gòu)，既使結(jié)構(gòu)受力更為合理，又可以解決吊頂?shù)墓δ?。因此，這種筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)是建筑功能和結(jié)構(gòu)受力得以充分發(fā)揮的統(tǒng)一體。
本發(fā)明的目的①提供建造大跨度(40～240m)、中跨度(15～50m)無空中拉桿或有空中拉桿的建筑物、屋頂?shù)姆椒ㄓ绕涫怯袠蚴降踯嚨膹S房屋頂?shù)幕炷量招耐补皹?gòu)造，并能充分發(fā)揮材料的力學(xué)性能;經(jīng)濟而輕質(zhì)地處理各項建筑功能，使構(gòu)件的制作與拼裝省料、省工。
②提供適宜構(gòu)成大跨度筒拱的雙工字形混凝土構(gòu)件的詳細構(gòu)造，包括其主肋與加勁肋的不同形式;及其平臥疊澆各組件，然后膠結(jié)成形的具體工藝方法。
③提供全封閉空腔構(gòu)件永久性內(nèi)模的構(gòu)造作法，要求其價廉輕質(zhì)，簡單易制，并起防水和保溫作用。
④提供筒拱單元內(nèi)或兩單元之間構(gòu)件的板與板，肋與肋間接縫中注入聚合物的具體方法步驟。
⑤提供適于安裝大跨度無空中拉桿筒拱的移動式拼裝支架的構(gòu)造，要求它能使雙工形構(gòu)件位置準(zhǔn)確;支承狀況有利，接縫材料可以自由凝固收縮;支架本身受力合理;構(gòu)造簡單造價低;安裝及分解均迅捷;多樣用途;適于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計也適于個體設(shè)計。
⑥解決建造有橋吊廠房，借用該廠房吊車橋架為拼裝屋頂支架的可移底托時，逾越每開間筒拱單元前方一根已張緊的空中拉桿的問題，該支架可使被拼裝構(gòu)件在拼裝過程中呈有利的支承狀況。
⑦提供用對稱的兩段圓曲線來近似代替合理拱軸;倒懸鏈線的具體方法，以使支架制作更為簡易。
⑧提供雙工形構(gòu)件在被建的建筑物之室內(nèi)地面上制作時，其組件排列的合理方法。
本發(fā)明是以如下方法完成的首先預(yù)制好所需數(shù)量的薄壁箱形構(gòu)件，箱形構(gòu)件的外形尺寸在滿足設(shè)計要求的前提下，寬度取1.5～4.5m，長度取3.0～6.0m，高度取筒拱跨度的1/120～1/90，板厚取30～90mm的各類密實性混凝土制成所需要的薄板，拼接箱形構(gòu)件的薄板有四種，即頂板、底板、腹板和肋板，可以在平面臺座上重疊生產(chǎn)，其中腹板朝上的一側(cè)的兩端各予埋一個箱形構(gòu)件用的吊鉤，可以保證吊鉤的予埋錨固長度，腹板兩側(cè)的中部各有一個凹形缺口，在橫向與相鄰的箱形構(gòu)件對接時可以構(gòu)成一個縱向通孔，供安裝縱向管線之用，頂板上有四個穿通吊鉤用吊鉤予留孔，沿拼接腹板位置予留一定數(shù)量的注漿孔，供頂板與腹板和肋板聯(lián)結(jié)時灌注聚合物砂漿之用，底板中部可以予留供照明用的燈具孔。拼接箱形構(gòu)件時夾在頂板及底板之間的兩片帶肋腹板稍靠中間，使頂板和底板都有一小段懸挑部分，以便于縱向相鄰的箱形構(gòu)件的接縫處的節(jié)點施工，腹板拼接箱形構(gòu)件時各薄板間的縫隙采用聚合物砂漿填實，可以采用不飽合聚脂或水玻璃配制。和筒殼屋蓋結(jié)構(gòu)的施工一樣，在拼接薄壁箱形筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)之前需做好如下幾項工作。首先施工好筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的支座系統(tǒng)，支座基礎(chǔ)應(yīng)保證其水平位移值和基礎(chǔ)不均沉降值在設(shè)計的允許范圍內(nèi)，上部結(jié)構(gòu)應(yīng)保證有足夠的剛度，可采用帶斜承柱的三角形構(gòu)架或扶壁式剛架、門式剛架等;其次需預(yù)制好筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的邊緣構(gòu)件，由它支承著筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的全部薄壁箱形構(gòu)件，并把荷載由它傳遞給支座系統(tǒng)的上部結(jié)構(gòu)，從受力的觀點上可以理解為一個簡支的深梁，支座為相鄰兩構(gòu)架或剛架的頂部，荷載為由它支承的箱形構(gòu)件傳遞的全部荷載，顯然這種邊緣構(gòu)件的外形尺寸，其長度取相鄰兩支座系統(tǒng)的間距，即開間尺寸，其高度取筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的箱形構(gòu)件高度，其寬度或深梁的高度應(yīng)根據(jù)受力要求及筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的拱軸曲線尺寸確定，這種邊緣構(gòu)件可以作成中間空心的六面封閉體，也可以作成保證上下兩片起深梁作用的其它種型式的構(gòu)件，可以在現(xiàn)場預(yù)制再進行吊裝，也可以隨支座系統(tǒng)的上部結(jié)構(gòu)一起現(xiàn)澆，但必須保證與箱形構(gòu)件結(jié)縫處的相對位置及表面的平整度，再次，需根據(jù)筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的高度和曲率尺寸架設(shè)一臺可以移動的，可以有小行程升降的工具式臺車架，供組裝筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的箱形構(gòu)件之用。這個臺車架的長度為筒拱屋蓋的跨度，臺車架寬度為一個開間的尺寸。上述準(zhǔn)備工作完成后就可以進行筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的安裝工作。第一步在安裝位置架設(shè)好工具式臺車架，校正好頂部各支承點的高程及水平位置，保證筒拱軸線的曲率;第二步通過起重機將箱形構(gòu)件吊至安裝位置，完成一個開間的筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的安裝、灌縫等全部拼接工作，在一個開間內(nèi)可以縱向安裝兩排至三排由箱形構(gòu)件沿筒拱軸線逐個拼接的標(biāo)準(zhǔn)筒拱單元，先完成一個標(biāo)準(zhǔn)筒拱單元的箱形構(gòu)件的安裝，相鄰構(gòu)件的橫向、縱向接縫的澆注以后。再依次進行第二個標(biāo)準(zhǔn)筒拱單元的箱形構(gòu)件安裝和接縫澆注工作。直至一個開間內(nèi)的幾個標(biāo)準(zhǔn)筒拱單元全部拼接完畢，箱形構(gòu)件間接縫澆注的聚合物混凝土其標(biāo)號不少于300kg/cm2，可以采用呋喃甲醇、丁晴橡膠、環(huán)氧乳液或水玻璃等化工材料配制而成;第三步待箱形構(gòu)件接縫的聚合物混凝土達到一定強度以后，則可以將工具式臺車架的頂面支承部分下降，使之脫開該開間的筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的底板，繼而將工具式臺車移至相鄰的下一個開間，將頂面支承部分重新上升至箱形構(gòu)件安裝位置，然后再重復(fù)第二步的筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的拼接工作。就這樣拼接成了整個建筑的筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)，筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)，一般根據(jù)設(shè)計要求確定，從結(jié)構(gòu)受力角度來講，筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)拱軸曲線可采用圓弧形、拋物線形和倒懸鏈形，其中倒懸鏈形最有利于減少構(gòu)件截面的彎矩和剪力，跨度可選擇30～240m，矢跨比為1/8～1/12，每開間的寬度可選擇3.0～9.0m。計算簡圖按無鉸拱計算，由于這種筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件采用了上有頂板，下有底板并具有一定高度的薄壁箱形構(gòu)件，其截面的慣性矩相當(dāng)大，可以使頂板和底板在承受彎矩時的應(yīng)力值大大縮小，從而使整個截面的應(yīng)力值減少，在一個標(biāo)準(zhǔn)筒拱單元的各截面都處于受壓狀態(tài)，無拉應(yīng)力出現(xiàn)，充分地發(fā)揮了砼材料的抗壓性能。此外由于截面慣性矩大，使箱形構(gòu)件本身具有較大的剛度，通過高強的聚合物砼將若干個箱形構(gòu)件按一定的拱軸曲率聯(lián)結(jié)在一起，構(gòu)成一個具有一定厚度的連成一個整體的空間筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)，這種屋蓋結(jié)構(gòu)具有較大的整體剛度，同時由于實際上處于空間受力狀態(tài)，因此這種屋蓋結(jié)構(gòu)具有了較大的強度貯備，是一種安全可靠的屋蓋結(jié)構(gòu)體系。從建筑使用功能角度講，由于這種筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的上下兩層面板中間具有較大的空間，橫縱相通，可以放置空調(diào)、電氣等各種管道、管線，也可以在其中進行保溫、隔熱等技術(shù)處理，箱形構(gòu)件的底板開設(shè)孔洞，經(jīng)過建筑藝術(shù)處理后就是整個屋蓋體系的天花板。從而節(jié)約了天花板的材料消耗和安裝費用，減輕了屋蓋結(jié)構(gòu)的吊頂靜載，特別是因此而增大了室內(nèi)的使用空間，可以壓低建筑物的總高度，由此可以大幅度地減輕結(jié)構(gòu)自重，減少了風(fēng)荷載和地震荷載值，使整個結(jié)構(gòu)設(shè)計更趨于合理化，同時也可以減少能源消耗，便于維修。因此本發(fā)明的效果主要體現(xiàn)在采用這種薄壁箱形構(gòu)件拼接的筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)體系是使結(jié)構(gòu)受力性能和建筑使用功能得到了合理地統(tǒng)一，通過高強聚合物混凝土連成一個整體性好、整體剛度較大，處于空間受力狀態(tài)的筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)具有較大的安全度，由于省去了吊頂，降低了建筑物總高度從而給設(shè)計、施工、使用等方面帶來較大的綜合性經(jīng)濟效益。特別是應(yīng)用于跨度較大的體育館、展覽廳、大禮堂等大型公共建筑上更能顯示出較大的綜合性經(jīng)濟效益。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述圖1、2為大跨度混凝土空心筒拱結(jié)構(gòu)及剖面。
圖3、4為拱冠處采用框形采光構(gòu)件的混凝土空心筒拱單元及由一種全封閉空腔構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)單元。
圖5是預(yù)制混凝土雙工字形構(gòu)件。
圖6-9為重疊澆制雙工形構(gòu)件組件，吊環(huán)的埋設(shè)、主肋與頂板及底板相膠結(jié)、平板形主肋的配筋。
圖10、11為雙工形構(gòu)件主肋采用帶有若干(圓)孔洞的型式。
圖12、13是鋼筋混凝土平行弦格構(gòu)式的雙工形構(gòu)件的主肋。
圖14、15由各種斷面型鋼焊接成的平行弦格構(gòu)式主肋。
圖16、17為鋼制雙工形構(gòu)件主肋的上下弦型鋼分別予埋在構(gòu)件的頂板和底板內(nèi)。
圖18為雙工形構(gòu)件底板平面。
圖19～24為由型鋼焊成的柱狀槽模，底板上形成的淺槽以膠結(jié)主肋。
圖25為主肋平臥與加勁肋相膠結(jié)。
圖26～28主肋與加勁肋由三角架定位，進行拼裝粘接。
圖29～35為全封閉空腔構(gòu)件盒狀內(nèi)模。
圖36～38為橋吊式廠房。
圖39-40為混凝土框形采光構(gòu)件。
圖41～43為廠形梁柱多跨連續(xù)筒拱房屋。
圖44為混凝土空心筒拱單元支承點處。
圖45-46為兩個雙工形構(gòu)件接縫。
圖47-48雙工構(gòu)件主肋間接縫。
圖49側(cè)邊構(gòu)件與拱板構(gòu)件的肋間接縫。
圖50～51為雙工形拱板構(gòu)件形成筒拱后的板間接縫。
圖52-66為大跨度筒拱側(cè)邊構(gòu)件有框形肋的空心構(gòu)件及節(jié)點構(gòu)造。
圖67為大跨度筒拱單元拼裝過程。
圖68、69為圖67的局部放大。
圖70為圖67的縱向剖面。
圖71、72為中等跨度筒拱單元拼裝過程。
圖73為中等跨度筒拱結(jié)構(gòu)施工平面。
圖74為有橋吊的廠房施工過程。
圖75、76為橋吊廠房縱向剖面。
實施例本發(fā)明中的筒拱構(gòu)造適用于下列尺寸拱跨L＝40～240m;支點縱距B＝5～12m;
矢跨比f/L＝1/10～1/2;筒拱總厚h＝L/120～L/80。
自然荷載范圍風(fēng)速v≤180km/hr;雪載s≤100kg/m2;
地震烈度I≤9°;溫差△≤80℃。
筒拱單元由兩個全封閉空腔的側(cè)邊構(gòu)件11和若干雙工字形中間拱板構(gòu)件10組成，構(gòu)件間接縫12，構(gòu)件沿縱向任意次重復(fù)而形成筒拱屋蓋，在支座兩側(cè)設(shè)有輔助房間13將支承斜柱14隱藏于隔墻內(nèi)，支承構(gòu)件可為斜柱亦可為扶壁或門形剛架等形式，水平推力可由地面位置的預(yù)應(yīng)力拉桿15或地基來承受，須天然采光時，可在拱冠或其他部位用框形采光構(gòu)件17代替，支座處可用棱柱形現(xiàn)澆邊緣構(gòu)件16取代，或在側(cè)邊處用壁厚稍大的同類構(gòu)件18取代11構(gòu)件，對超大跨度的筒拱，其側(cè)邊構(gòu)件改用有框形肋的空心構(gòu)件19取代11構(gòu)件，構(gòu)件間的水平接縫及單元間拱向接縫均可填充混凝土(包括膨脹混凝土)或聚合物砂漿等材料，一般較大跨度及自然荷載較大時宜用聚合物砂漿。10構(gòu)件由四種平面形組件底板20、主肋21、加勁肋22及頂板23，10及11構(gòu)件的高度即為空心筒拱的總厚度，宜取h＝L/100左右。在頂板內(nèi)理設(shè)起吊環(huán)24數(shù)目可為4個～8個。在事先完成的所建房屋的地面上按順序重疊水平臥澆，在澆制時的工具式周邊側(cè)?？捎媒卿摶虿垆摵赋?當(dāng)拱跨L較大時主肋也可采用由四周邊扁鋼25及橫向鋼筋26焊成的永久性側(cè)模兼配筋，依靠同一個尺寸精確的樣板母模周邊型鋼的內(nèi)壁來控制它們外廓尺寸及平直度，然后焊接定形。吊環(huán)24下面焊有與主肋同寬的扁鋼或槽鋼24′以便與主肋相應(yīng)埋件粘接或焊接，10構(gòu)件的底板上面及頂板下面與主肋相膠結(jié)處分別有一凹槽面27和凸臺面28以便與主肋的上下兩平直面相膠結(jié)，在拱跨很大且自然條件嚴酷的情況下宜用永久性型鋼側(cè)模來制作主肋，在構(gòu)件間的水平接縫中，可將主肋上下永久側(cè)模型鋼的端頭相焊接，以增大安全儲備。
10構(gòu)件主肋除可用實腹平板式外，尚可用帶空調(diào)的平板主肋，其孔洞29可是任何形狀，如圓形、橢圓形、矩形或多邊形等，周邊側(cè)模及孔洞側(cè)模宜用扁鋼制成永久式兼為主肋的配筋，用短鋼材30(角鋼或鋼筋)將它們相焊接定形，并提供錨固及部分抗剪力作用。然后在平臥狀態(tài)下澆注主肋砼。加一種砼主肋形式為平行弦格構(gòu)式主肋，宜采用由周邊型鋼和若干個相同的三角型鋼31組成的永久性側(cè)模兼主肋的配筋，它們之間也用短鋼材相焊接定形，然后澆注砼32主肋還可采用由各種截面的型鋼焊接而成的平行弦格構(gòu)33上弦型鋼34，下弦型鋼35分別予先埋入頂板及底板的砼內(nèi)，當(dāng)10構(gòu)件成形時，臨時用工具式槽鋼梁支承頂板，焊接主肋的腹桿型鋼36，以免去膠結(jié)工序，腹桿36也可用獨根粗鋼筋來彎成蛇行形式，實腹式主肋較適于拱跨L≤80m。
為了照明、空調(diào)或音響的目的，10構(gòu)件的底板上可開設(shè)任何形狀的孔洞37。為保障構(gòu)件的成形膠結(jié)質(zhì)量，在垂直于主肋的那一對底板的工具式側(cè)模角鋼之上緣刻出與主肋的位置及寬度相對應(yīng)的精確淺槽38。將兩條作為槽模的剛性型鋼(或型鋁)桿件39(稍長于主肋)嵌入兩兩相對的淺槽口內(nèi)，呈簡支狀態(tài)，槽模型鋼的外側(cè)刻有底板砼的上表水平線，然后澆注底板砼，形成位置及平直度很精確的槽底面，槽深可為5～10mm，槽寬宜較主肋大5mm左右，上口又比槽底寬出5mm左右。在底板上涂隔離劑后，疊澆頂板，于是準(zhǔn)確而平直的凸臺自然得出，主肋與底板相膠結(jié)前，先將軟膏狀的高效粘接劑(加粉狀填充材料的聚合物或改性水玻璃)40注入淺槽內(nèi)，厚約為3～5mm，主肋落入淺槽中后將大部分粘接劑擠出而與底板相膠結(jié)。若主肋與加勁肋先行膠結(jié)成聯(lián)合體后再與底板相膠結(jié)，在制作組件時應(yīng)使加勁肋的高度較主肋的高度小15～20mm，二者膠結(jié)時，使上齊平，而下部則加勁肋短于主肋，在定位膠結(jié)組件時，借助于三個(大面兩個，端面一個)三角形型鋼定位工具，(其豎向型鋼的工作面41可用螺旋方法微調(diào)其左右位置及鉛直度)主肋的一個大面緊貼著定位工具的工作面徐徐地準(zhǔn)確落入淺槽;此刻，加勁肋與底板之間留有10mm左右的縫隙，用工具式小鐵楔42臨時支頂加勁肋，使主肋和加勁肋之聯(lián)合體能自行鉛直豎立，然后將膏狀粘合劑壓入縫隙使用加勁肋與底板相膠結(jié)，待粘合劑初凝時移去定位工具和小鐵楔。頂板與主肋及加勁肋之間平面位置亦借助于三或四個三角形定位工具工作面準(zhǔn)確定位。一般情況，在頂板的長邊用兩個定位工具，短邊用一個，重疊澆注構(gòu)件，即A構(gòu)件底板不動，而其主肋、加勁肋及頂板均來自B上的相應(yīng)疊澆組件，同樣第二塊構(gòu)件底板不動，而其他組件均來自C，依此類推，以減少組件的搬動工作。
11構(gòu)件的永久性內(nèi)模主要由一塊頂板43及四塊側(cè)板44這五塊剛性保溫板材相互膠合而成，根據(jù)剛度情況可增設(shè)中間肋，其保溫板材可選用蔗渣板，瓦楞紙板、蜂窩紙板、木絲板或泡沫塑料板等，該永久性內(nèi)模的五個外表面可蒙貼防水塑料膜或卷材以保護其本身和增強構(gòu)件的防水作用。11構(gòu)件由兩個邊橫肋45，兩個中間橫肋45′底板46頂板47及兩個縱向肋48組成。有三個相同的全封閉空腔，澆完底板后將內(nèi)模放在其上，可支承在四角的預(yù)制砼塊上以保證內(nèi)模準(zhǔn)確的豎向位置，然后澆注11構(gòu)件的縱橫肋及頂板。11構(gòu)件宜用鋼筋砼或預(yù)應(yīng)力砼制作，尤其在其頂板的長邊方向用預(yù)應(yīng)力鋼筋配筋為宜，以形成雙向壓應(yīng)力，為構(gòu)件自防水創(chuàng)造有條件，作為邊梁的11構(gòu)件的板與肋厚度可比作為中間部分拱板的11構(gòu)件為大。
在有橋式吊車的廠房應(yīng)用時，空心筒拱結(jié)構(gòu)單元可由外形為長方體的構(gòu)件及邊緣構(gòu)件組合而成;各構(gòu)件接縫間填充砼最好是膨脹砼，柔性拉桿49穿過邊緣構(gòu)件的予留孔洞50，被張緊后錨固于邊緣構(gòu)件外側(cè)豎面51后，柔性拉桿可用吊桿52做構(gòu)造吊起，邊緣構(gòu)件下端有予埋鐵件53與柱54的柱頂埋件相聯(lián)結(jié)。天車橋架55可借用為拼裝支架的可移式底托，也可專門設(shè)計工具式橋架底托，為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的方式大量重復(fù)利用，該專用橋架底托可為平行弦桁架形式，設(shè)置螺栓連接的桁架中段一至二節(jié)，其長度可為3m，于是可以用增減桁架中段的方法以適應(yīng)二或三種跨度，邊緣構(gòu)件其左部連有一個實心棱柱體56用以放置鋼筋、埋設(shè)為穿拉桿的予留孔洞和連接予埋件53，左端兩個相垂直的小斜邊與51取代了長方體構(gòu)件的豎直縱肋的外側(cè)邊。邊緣構(gòu)件的頂板及底板宜稍厚于長方體構(gòu)件的板厚，予埋聯(lián)結(jié)鐵件的斜角度應(yīng)使邊緣構(gòu)件處于工作位置時，該鐵件為水平狀態(tài)。由于拉桿的拉力遠大于柱頂處水平排架力，故筒拱體系傳遞排架力時，乃由拉桿應(yīng)力的小范圍變化來實現(xiàn)。
框形砼采光構(gòu)件17，該構(gòu)件由兩個縱向肋57，兩個拱向邊肋58及若干中間拱向肋58′構(gòu)成，其肋高可與其相配合的10或11構(gòu)件高度相同或偏大50～100mm，宜用鋼筋砼預(yù)制，于采光構(gòu)件的肋上，膠結(jié)金屬制玻璃框59，在框上鑲鋼化玻璃或鉛絲玻璃60，若強調(diào)保溫，也可在肋下膠結(jié)或焊接金屬玻璃框，再鑲一層玻璃。
多跨連續(xù)的空心筒拱房屋，等跨的空心筒拱61可由10或11構(gòu)件組成，兩端的支承構(gòu)件62可用廠形柱，也可用其他形式構(gòu)件，中間柱63可做成空心的以利排水。筒拱構(gòu)件65若為10構(gòu)件時，應(yīng)加設(shè)現(xiàn)澆邊梁64之擋模66，柱的受力鋼筋67邊梁的縱向受拉主筋68大跨度空心筒拱支座處邊梁構(gòu)件與支承構(gòu)件(斜柱)之間有一縫隙71，約寬為50～70mm，在該縫隙上端及下端分別填入兩塊高強混凝土71′、71″(400號左右)，聚合物砼或膨脹砼尤宜，豎柱69及屋面梁70可整澆亦可分別預(yù)制后匯交澆注成整體構(gòu)架。構(gòu)件間縫下面可貼較厚的透明塑料條狀軟片作為接縫底模。聚合物可裝入黃油槍類工具將其通過咀管壓入接縫，拱板構(gòu)件間縫上可蓋貼高質(zhì)量條狀防水卷材72其寬度約為150mm左右。
對于超大跨度(120m以上)的筒拱，其側(cè)邊構(gòu)件嫌其肋部混凝土用量多，故改用有框形肋的空心構(gòu)件19，該構(gòu)件可是普通鋼筋砼，也可是預(yù)應(yīng)力砼(長線法)，其成形方法有三種整體澆注或用10構(gòu)件的膠結(jié)方式或縱、橫肋均平臥預(yù)制，就位后，現(xiàn)澆底板和頂板成整體。19構(gòu)件是由兩縱肋73，兩端橫肋74，中間橫肋75，底板76，頂板77組成，其間接縫用聚合物砂漿填充，端橫肋74、中橫肋75，縱肋73與底板76及頂板77之間用封閉箍筋78、78′、78″相聯(lián)接。在空心拱板下面采用剛性保溫(兼吸音、裝飾)板，中間通過條形同種材料粘合成有空氣間層的構(gòu)造，以節(jié)約粘合劑，并增大保溫、吸音及裝飾效果，79取代10或11構(gòu)件，80是條形保溫板材墊條，81是剛性保溫板材(約1.5～2.0m見方)，81′是空氣間層，采用的側(cè)模的樣板母模，其工作面即其四框的型鋼82，83的內(nèi)側(cè)面82′和83′，用以控制各組件的工具式或永久性型鋼側(cè)模的精確度。
大跨度空心筒拱的拼裝;移動式拼裝支架主要由成對的多邊形桁架84及與其螺栓連接的支腿85、85′和型鋼檁86組成，兩個低支腿85和兩個高支腿85′下端設(shè)有4個千斤頂87和4個行走鋼輪88，輪下有鋼軌及其順軌枕木91，千斤頂?shù)淖饔檬鞘怪Ъ苌仙翜?zhǔn)確的拼裝工作位置，以及下降而脫離已進入工作狀態(tài)的筒拱結(jié)構(gòu)單元。10構(gòu)件傾斜地簡支在檁86上;11構(gòu)件下端放在支承構(gòu)件上，上端放在支架的端檁上。11和10構(gòu)件均宜利用所建的室內(nèi)地墻砼15就地予制，構(gòu)件被吊起后直接放在支架檁上，檁上有小面積的突起墊塊89，其作用是為僅使10構(gòu)件的一對主肋下面得到支承以保護底板不致?lián)p壞，墊塊中間設(shè)有可伸出和縮入墊塊的小鋼柱90，其作用是使其上方一塊10構(gòu)件的拱向位置準(zhǔn)確并形成水平接縫，待縫的填充材料初凝后將小鋼柱以螺旋或彈簧方法縮到墊塊表面下。
橋式吊車廠房筒拱屋蓋在拼裝時其結(jié)構(gòu)單元的接縫中的快硬細石砼達到R＝100kg/cm2后，張緊空中拉桿，聯(lián)結(jié)邊緣構(gòu)件與柱頂后，拼裝桁架由千斤頂控制而落下脫離筒拱構(gòu)件，天車橋架稍向前移動，待千斤頂接近前方的空中拉桿時，天車橋架停止移動，用由懸臂桿93、受壓桿94和受拉桿95構(gòu)成的F形工具式小托架臨時取代千斤頂對桁架的支頂作用，使天車橋架能向前移動至使前方空中拉桿接近左邊的一對千斤頂時停止，用右邊一對千斤頂替下F形小托架，并使小托架取代千斤頂，使天車橋架向前移至下一工作位置。型鋼梁92腹板處孔洞96是為方便F形小托架的拉桿的臨時固定而設(shè)。由此，一套大(中)跨度砼空心筒拱輕屋頂裝配成型。
本發(fā)明的保溫、隔熱處理其特點是不必在頂板上面作，其一因為構(gòu)件中的永久性內(nèi)模本身系由輕質(zhì)保溫板材膠合而成。其二構(gòu)件均具有空氣間層，有一定熱阻。其三采用構(gòu)件自防水即做拱向接縫的高質(zhì)卷材蓋縫處理。其四是用長線法在板正中間配予應(yīng)力鋼絲解決正負彎矩問題，有效地防止板面裂縫的雙向壓應(yīng)力，構(gòu)件下貼軟式板材，對飛機，雷電或室內(nèi)的各種噪音均形成相當(dāng)有效的音障。并可改善室內(nèi)音質(zhì)，尚能由于其顏色及平整表面來增加室內(nèi)美觀效果。同時，能使空心筒拱的底板和頂板之間的溫差無論在夏季或冬季均大為減小，空心筒拱的空腔內(nèi)可經(jīng)濟而美觀地兼做采暖通風(fēng)管道，安設(shè)照光及音響設(shè)備，又能減少很多重量。
施工方面的特點是就地平臥疊澆混凝土組件，現(xiàn)場膠結(jié)成雙工形構(gòu)件，由于無圍護結(jié)構(gòu)上面的各項煩瑣工序，免除了處理瀝青、石棉、油漆、鋁合金等有害物質(zhì)，改善了勞動條件，減少了工序，縮短了工期，免除了尺寸長、大且笨重的預(yù)制構(gòu)件，故吊裝設(shè)備易于獲得，因為起吊高度大且噸位大的起重設(shè)備數(shù)量有限。
本發(fā)明最適用于跨度超過100米的大型公用建筑的屋蓋結(jié)構(gòu)，箱形構(gòu)件的高度在1.5米以上能更充分地發(fā)揮出它的結(jié)構(gòu)受力性能及建筑使用功能。
權(quán)利要求
1.一種由若干種混凝土預(yù)制構(gòu)件拼接而成的大跨度拱型屋蓋結(jié)構(gòu)，其特征在于采用一種具有頂板和底板的箱形構(gòu)件作為拱型屋蓋結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件，其基本構(gòu)件由板狀構(gòu)件、側(cè)邊構(gòu)件經(jīng)粘接組合成筒拱結(jié)構(gòu)單元，沿縱向任意次重復(fù)，通過在構(gòu)件接縫間填充聚合物混凝土拼接而成筒狀拱型屋蓋結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求
(1)所述的屋蓋結(jié)構(gòu)，其特征為側(cè)邊構(gòu)件可穿設(shè)空中抗推力拉桿的帶有一個條狀實心部分的全封閉空腔預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件;橫剖面可為矩形或不規(guī)則多邊形;其實心部分的端部由一短斜邊及另一與之相垂直的短斜邊取代長方體的一個豎向邊;在構(gòu)件兩端各有一個預(yù)留孔洞與支承用斜邊平行;孔洞下的構(gòu)件兩端部各有一塊預(yù)埋備焊支點鋼板;構(gòu)件的縱肋呈水平狀;橫向肋沿拱軸排列。
3.如權(quán)利要求
(1)所述的屋蓋結(jié)構(gòu)，其特征是板狀構(gòu)件具有拱向主肋的預(yù)制混凝土雙工字形截面帶穿通式空腔;由平臥疊澆成的平直形底板、頂板、主肋及加勁肋四種組件用粘接劑膠結(jié)成形。
4.如權(quán)利要求
(1)所述的屋蓋結(jié)構(gòu)，其特征是板狀構(gòu)件在主肋的平面位置，底板上面和頂板下面分別有通長的淺平槽和凸平臺;在兩根主肋外側(cè)或內(nèi)側(cè)增設(shè)加勁肋。
5.如權(quán)利要求
(1)、(4)所述的屋蓋結(jié)構(gòu)，其特征在于板狀構(gòu)件加勁肋可為有筋或無筋的實體混凝土平板、帶有(圓、矩、多邊形)孔洞的鋼筋混凝土平板，各種腹桿系的平行弦鋼筋混凝土格構(gòu)，各種腹桿系的平行弦型鋼格構(gòu)。
6.如權(quán)利要求
(1)所述的屋蓋結(jié)構(gòu)，其特征是板狀構(gòu)件主肋在平臥澆制時，其四個周邊、孔洞或桿件兩側(cè)可用扁鋼或角鋼或槽鋼作為永久性側(cè)模兼為配筋;該型鋼側(cè)模間，于一定間隔處用短鋼桿焊聯(lián)定型。
7.如權(quán)利要求
(1)所述的屋蓋結(jié)構(gòu)，其特征是板狀構(gòu)件上下弦型鋼分別預(yù)先埋入雙工型混凝土構(gòu)件的頂板和底板內(nèi)，當(dāng)構(gòu)件成型時，用工具臨時支承頂板后，焊接主肋的型鋼腹桿或用獨根粗鋼筋彎成的蛇行式腹桿。
8.如權(quán)利要求
(1)所述屋蓋結(jié)構(gòu)的板狀構(gòu)件的拼接方法，其特征是主肋在底板上，和頂板在主肋上的準(zhǔn)確落位由型鋼焊成的三角架定位，在主肋與底板膠結(jié)前，先把軟膏狀粘合劑置于底板上面的兩道淺槽內(nèi);頂板與主肋和加勁肋相膠結(jié)前，將軟膏狀粘合劑涂在主肋與加勁肋上呈山脊?fàn)?，待上部組件降下時自然膠合成一體;加勁肋與底板間的狹縫端部暫用工具式薄鐵楔擠頂，使主肋與加勁肋聯(lián)合體自行豎立。
9.如權(quán)利要求
(1)所述屋蓋結(jié)構(gòu)的板狀構(gòu)件拼裝方法，其特征是主肋(或其他組件)精確的外廓尺寸和平直度可用同一個樣板型模取得;用以膠結(jié)主肋的底板上面的淺槽和頂板下面的凸臺的精確成形可在垂直于主肋的底板側(cè)模角鋼上緣刻出與主肋位置及寬度相對應(yīng)的精確淺槽口，將兩個作為槽模的組合剛桿嵌入兩個相對的澆槽口內(nèi)，呈簡支狀，槽模兩側(cè)刻有底板混凝土上表面的水平線，然后澆注底板混凝土，形成淺槽;在底頂板即形成精確平直的淺槽與凸臺。
10.如權(quán)利要求
(1)所述的屋蓋結(jié)構(gòu)的板狀構(gòu)件，其特征是全封閉空腔的預(yù)制混凝土構(gòu)件的永久性空腔內(nèi)模，由五面剛性保溫板材相互膠合而成，即四面豎向側(cè)板和一面水平頂板;內(nèi)模的五個與混凝土接觸面均可貼設(shè)防水用塑料薄膜或鉆膜，盒形內(nèi)模其口朝下，四角點支承在埋在構(gòu)件的底板混凝土內(nèi)的四個混凝土制墊塊或鋼筋凳上，然后澆注構(gòu)件的縱橫和頂板，構(gòu)件的中間橫肋數(shù)目不限，從而分隔成若干獨立的全封閉空腔。
11.如權(quán)利要求
(1)所述的屋蓋結(jié)構(gòu)，其特征是各種預(yù)制構(gòu)件間的板與板或肋與肋間在用聚合物或改性水玻璃填充聯(lián)結(jié)時，先在接縫兩側(cè)或下側(cè)粘貼較厚的透明塑料軟片作為縫模，再用黃油槍類的工具將含粉狀填料的粘合劑壓入接縫中，塑料縫模上在一定間距處設(shè)有注入咀。
12.如權(quán)利要求
(1)所述的屋蓋結(jié)構(gòu)的拼裝方法，其特征是由成對的措形桁架(多邊型上弦)和與其螺栓聯(lián)結(jié)的檁及落地支腿成的移動式支架拼裝成型;其拱型桁架與檁均呈雙伸臂梁的支承狀態(tài);檁上設(shè)有使雙工形構(gòu)件的主肋下的端部受支承的小面積突起墊塊，數(shù)目與主肋根數(shù)相同每個墊塊上設(shè)有一個可以靠旋轉(zhuǎn)方式或彈簧控制其伸出或縮進墊塊表面的小鋼柱;檁下可吊設(shè)用于屋頂下面裝修的腳手;桁架下可吊設(shè)用于預(yù)制雙工字形構(gòu)件的電葫蘆。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種由混凝土薄板拼接而成的薄壁箱形構(gòu)件作為筒狀拱形屋蓋結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件，采用裝配化施工方法，通過高強度的聚合物混凝土將這種箱形構(gòu)件拼接成一個整體性好，剛度極大的空間屋蓋結(jié)構(gòu)。由于結(jié)構(gòu)受力性能，減輕了結(jié)構(gòu)自重，增強了抗風(fēng)載和抗地震荷載的能力，從設(shè)計、施工、使用以及節(jié)能等方面都有較大的綜合性經(jīng)濟效益，適用于作體育館、展覽廳、大禮堂等大型公共建筑的屋蓋結(jié)構(gòu)體系。
文檔編號E04B1/04、1/32;E04C1/07、1/08;E04G11/20。
大(中)跨度的建筑物在現(xiàn)代工業(yè)和民用領(lǐng)域的應(yīng)用正日趨廣泛，流行的屋頂結(jié)構(gòu)型式有平板網(wǎng)架、懸索、薄殼;尚有拱、剛架、充氣膜及它們的結(jié)合體等。有橋吊的中跨度廠房或倉庫則常用桁板體系、T形板、V形折板及鞍形殼等。
如所周知，上列各類現(xiàn)有技術(shù)均具有各自的某些優(yōu)點，然而用之形成的建筑物全部功能的總造價、維修費及能耗均較高;總工期亦較長，且隨跨度之增大，各項費用及技術(shù)難度將急劇上升在不容忽視的安全與美學(xué)方面亦各有不同程度顧忌;再者，材料供應(yīng)和施工技術(shù)設(shè)備條件也常限制它們更為廣泛地應(yīng)用。
采用被認為先進的網(wǎng)架或懸索時，為降低荷載和造價，往往用木檁和木望板，于是鋼管或鋼索的年久銹蝕及耐火性低;木基層的可燃、蟲柱、朽爛均可能危及安全，又由于木基層質(zhì)輕且不易連接得很牢固，故其抗颶風(fēng)掀頂能力很差，大跨度平的或中凹的屋頂在暴雨或大雪情況下，因嚴重超載而坍毀已于世界范圍內(nèi)不乏實例。
網(wǎng)架重心高且水平方向為剛性平板，故地震時柱(一般很高)和基礎(chǔ)底面的力矩較大，懸索的鋼筋混凝土支承環(huán)本身位置高，重量很大而剛度卻很小，故傳給柱和基底的地震力矩亦較大，風(fēng)載對它們的下部結(jié)構(gòu)影響較大。
結(jié)構(gòu)用的鋼管、鋼索和薄壁型鋼等，如同木材和鋁合金瓦一樣在我國尚不能普遍地大量供應(yīng)，網(wǎng)架或懸索下若不吊頂則欠美觀;吸音不易處理;照明及空調(diào)及音響設(shè)備不易妥善安放;而且網(wǎng)架下弦以上巨大的無效結(jié)構(gòu)空間必然會增大空調(diào)能耗。但是，若為美觀與節(jié)能，滿吊保溫頂棚，則不僅其本身耗費很多工時和材料，而且因增大荷載，使結(jié)構(gòu)用材料增多。如采用混凝土屋面基層，雖然在安全、耐久方面較木基層為優(yōu)，但結(jié)構(gòu)將明顯地增加鋼材混凝土的用量，吊頂工序常須搭設(shè)滿堂腳手架，既費工又費時，懸索結(jié)構(gòu)雖然其鋼索用鋼量不大，但是其支承環(huán)卻須耗用大量的鋼材、模板、混凝土及工時，其總自重并不很輕，網(wǎng)架或懸索上較為合理的輕質(zhì)保溫、防水及圍護材料均較昂貴且材源欠豐;其墻體、立柱和基礎(chǔ)亦須耗用較多工料。
大跨度的網(wǎng)架或懸索結(jié)構(gòu)下既使作吊頂，其室內(nèi)空間在許多情況下仍不能被充分利用;且四周墻體面積又較高大;屋面及墻面之熱阻因構(gòu)造與造價關(guān)系常不便作得很充分，故空調(diào)耗能費用頗巨。
網(wǎng)架或懸索結(jié)構(gòu)對施工技術(shù)及設(shè)備條件要求均較高，尤其是當(dāng)跨度較大的情況，各道工序所完成的建筑、結(jié)構(gòu)功能均較單一，互相關(guān)系為簡單迭加，故工序繁多。又由于許多工序須待上一道工序全部完成后才能開始，不易同時作業(yè)，總工作量較大，故總工期長，再者，懸索中間凹下而形成的外立面和室內(nèi)景觀尚不為大多數(shù)人所樂于接受，國外有將網(wǎng)架桿件及節(jié)點鍍銅或鍍鉻以求美觀和耐久，但其造價過于高昂，還不如吊頂和涂漆為好。
不言而喻，鋼或木結(jié)構(gòu)的維修工作量大，壽命較短。
大(中)跨度情況下，平面結(jié)構(gòu)諸如桁架、肋拱及剛架的出平面穩(wěn)定性及抗震能力均較差，自重大，經(jīng)濟性較空間網(wǎng)架、懸索更差。
T形板、V形折板及鞍形殼的跨度很有限，如超過30m時，運輸、吊裝均感困難，耗材亦多。T形板和鞍形殼的模板較麻煩。V形板之保溫防水處理亦不甚簡單，且其內(nèi)外表面積均大，不利節(jié)能。
充氣薄膜則由于其巨大的能耗，較低的安全性與舒適性，很高的維修費，故至今尚不能被視為永久性的結(jié)構(gòu)方案。
各種材料作成的球形殼雖可作到很大跨度，但其模板或支架工程艱巨，空調(diào)利用率很低，音質(zhì)處理花費很大，就美學(xué)觀點而言，圓形或多邊形平面所對應(yīng)的立面缺乏壯觀之感。其應(yīng)用范圍亦狹窄。
現(xiàn)有的鋼筋混凝土筒拱屋頂，則由于其材料及形體本身固有性能，而具有很多優(yōu)點值得獲取，諸如抗震、抗風(fēng)、抗雨、抗雪、不銹、不蛀、不腐、防火、抗溫差;其支承構(gòu)件，基礎(chǔ)及墻體造價較低;立面與室內(nèi)美觀方面較易為人們所接受;可用空中拉桿或不用空中拉桿來抗推力，后一種情況時，其室內(nèi)空間高低不同，常能被合理地充分利用;室內(nèi)屋頂下吸音處理較容易;吸散熱面積較小，無效空間小，熱阻可做得較大而且經(jīng)濟，故耗能可較少，在兩山墻上之拱冠附近開窗，容易形成自然通風(fēng)降溫，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之維修費遠低于鋼或木結(jié)構(gòu)之維修費，而且使用壽命長。筒拱之建筑平面為矩形，縱向開間數(shù)目無限制，橫向又能多跨連續(xù)，而且其拱跨尺寸范圍可大可小，故其應(yīng)用范圍較廣泛。
雖然鋼筋混凝土筒拱的現(xiàn)有技術(shù)具有以上多項優(yōu)點，但不論其為現(xiàn)澆或預(yù)制裝配方案，均存在著嚴重缺點有待解決，試分析如下現(xiàn)有的采用混凝土預(yù)制構(gòu)件通過裝配化施工方法建造的拱形屋蓋結(jié)構(gòu)體系可分為拱架蓋板式屋蓋及預(yù)制筒殼式屋蓋兩大類，在拱架蓋板屋蓋體系中，拱形剛架或拱形桁架集中承受了一個跨間的全部荷載，處于平面受力狀態(tài)，因此使構(gòu)件斷面較大，耗鋼量也大，作為屋面構(gòu)件的大型屋面板或檁條預(yù)制板體系，只能作為受彎構(gòu)件使用，從結(jié)構(gòu)受力上講是不合理的，此外由于剛架斷面或桁架的高度較大，占據(jù)了部分室內(nèi)使用空間。
預(yù)制筒殼屋蓋體系一般采用具有一定外形尺寸的槽形板拼接而成，槽形板沿拱軸方向為壓彎構(gòu)件，縱向拼接在一起又處于空間受力狀態(tài)，因此這種屋蓋體系構(gòu)件受力趨于合理，但是目前這兩種屋蓋結(jié)構(gòu)體系用于近代的大型公共建筑上作屋蓋使用時，因各種管線、管道的安裝、保溫、隔熱、節(jié)能的要求以及室內(nèi)美觀要求等，只有通過在屋蓋結(jié)構(gòu)下面安裝吊頂加以解決，從而增加了結(jié)構(gòu)的靜載，增加了工程成本，壓低了室內(nèi)使用空間，此外這兩種屋蓋結(jié)構(gòu)的跨度也因經(jīng)濟合理性及施工技術(shù)條件受到了一定的限制。現(xiàn)澆筒拱，其模板與支架的工作量很大，尤其當(dāng)跨度較大時，耗用工時及材料過多;在坡度徒處澆注工藝麻煩;總工期長，造價高。預(yù)制裝配式筒拱，一般須有尺寸長大且笨重的拱式或桁架式的橫隔構(gòu)件來支承預(yù)制拱板，并保證其整體穩(wěn)定，跨度稍大時，其橫隔構(gòu)件的制作，運輸和吊裝即感困難，而且材料、工時消耗均多。同時，預(yù)制拱板也需要很多煩瑣工序如模板制作、澆注混凝土、起吊入池、蒸氣養(yǎng)護、構(gòu)件出池、脫模、修模、構(gòu)件堆放、構(gòu)件運輸、卸車堆放、吊裝、焊接、灌縫等，因而工時，材料及能源消耗較多，且要求具有一定設(shè)備條件，拱板簡支于橫隔構(gòu)件上時，其彎矩與剪力均較大，故鋼材用料較多，抗震性亦較差。
若不吊頂，其天花欠美觀，且照明、音響及空調(diào)設(shè)備不易妥善安設(shè);若作吊頂則困難較多、費用頗巨，現(xiàn)澆拱板下雖可作貼襯處理或抹灰裝飾，但其專用腳手架開支亦不小，預(yù)制肋形板下則難作以上處理。
在混凝土板上面作隔氣層、保溫層，找平層及防水層等常用的傳統(tǒng)建筑工序，必然會明顯地加大屋頂總重，延長總工期、增加總造價，且不利于抗震和地基安全，油氈防水層雖然造價較低，但其表面顏色很深，吸散熱系數(shù)很大，況且豆石保護層又將增大屋面的表面積，槽形板下內(nèi)表面積也較大，因此不論是冬季還是夏季均不利于減輕空調(diào)采暖負荷，油氈施工往往使勞動條件很差，污染環(huán)境，油氈防水層的維修量大、麻煩，其漏水常使保溫層效果減弱。
波形拱雖可免除橫隔構(gòu)件，但是其拱板不論現(xiàn)澆或預(yù)制，模板均很復(fù)雜。而且波形拱上的保溫、找平、防水工程均較麻煩，室內(nèi)天花不夠美觀，吸散熱表面積較大，也有吊頂與經(jīng)濟的矛盾。
為了經(jīng)濟合理地增大筒拱截面的慣性矩以保障拱的穩(wěn)定，除做成波形和加設(shè)大型橫隔外，另一方法是將預(yù)制構(gòu)件做成空心狀，按一定形式排列結(jié)合成無大型橫隔的空心筒拱，如美國專利US3、597、890，所介紹的技術(shù)只能應(yīng)用于跨較小的情況，而且以現(xiàn)代水平衡量，它們在經(jīng)濟和技術(shù)上已不具明顯效益，跨度稍大時，譬如25m以上就難以加大其構(gòu)件尺寸來實施，這主要是由于它們的構(gòu)造本身不能經(jīng)濟合理地適應(yīng)大(中)跨度結(jié)構(gòu)的力學(xué)要求，以及大尺寸構(gòu)件的制作成型和拼裝工藝要求，其工藝很煩瑣。
美國專利US4、125、979介紹了用平板形組件拼合成具有穿通式空腔構(gòu)件的方法。但是，該方法實際上存在若干問題而難以實施，首先，混凝土制品之間公差配合精確度不可能象金屬或木制品之間那樣高，故實際上，該專利的“連結(jié)座”的凹槽難以保障混凝土制板狀肋準(zhǔn)確地豎立起來。即使能大致豎立，而當(dāng)肋較高時，“連結(jié)座”則須做得相當(dāng)大，又須相當(dāng)精確，人工、材料均費。其次，其連結(jié)縫必然很寬，不能經(jīng)濟合理地使用高效粘結(jié)材料，該專利所建議采用的水泥砂漿連結(jié)棱體之體積雖大，但仍不易保證安全，因為那些堅硬的混凝土“連結(jié)座”必然要妨礙連結(jié)材料的自由凝固收縮，且其粘接力亦很有限。再者，在頂板與主肋之間澆搗水泥砂漿等連結(jié)材料的工序，無疑是非常棘手的一環(huán)。此外，該方法即使能成形，其構(gòu)件的起吊問題也難解決。
用于建造拱形結(jié)構(gòu)的拼裝支架及移動式模架如美國專利US1、071、118，由兩個多邊形桁架及拱腳拉桿組成的三鉸拱支架尚可用以建造中等跨度的橋涵類拱形結(jié)構(gòu)，限于構(gòu)造原因，對高大屋頂快速重復(fù)使用要求則感困難，且其構(gòu)造較復(fù)雜，組裝與分解均費工時，故均不適于大跨度屋頂?shù)氖┕ぁ?br>本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種由一塊頂板，一塊底板，中間放置兩片帶肋板的腹板，通過在板縫間填充聚合物砂漿拼接而成的中間空心，兩端開口的薄壁箱形構(gòu)件作為這種拱型屋蓋的基本構(gòu)件，代替預(yù)制筒殼屋蓋結(jié)構(gòu)中的槽形板構(gòu)件;采用高強的聚合物混凝土作為箱形構(gòu)件接縫間的填充材料，拼接而成的有底板，中間有空心通道，具有一定厚度的筒狀拱形屋蓋結(jié)構(gòu)，既使結(jié)構(gòu)受力更為合理，又可以解決吊頂?shù)墓δ堋Ｒ虼?，這種筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)是建筑功能和結(jié)構(gòu)受力得以充分發(fā)揮的統(tǒng)一體。
本發(fā)明的目的①提供建造大跨度(40～240m)、中跨度(15～50m)無空中拉桿或有空中拉桿的建筑物、屋頂?shù)姆椒ㄓ绕涫怯袠蚴降踯嚨膹S房屋頂?shù)幕炷量招耐补皹?gòu)造，并能充分發(fā)揮材料的力學(xué)性能;經(jīng)濟而輕質(zhì)地處理各項建筑功能，使構(gòu)件的制作與拼裝省料、省工。
②提供適宜構(gòu)成大跨度筒拱的雙工字形混凝土構(gòu)件的詳細構(gòu)造，包括其主肋與加勁肋的不同形式;及其平臥疊澆各組件，然后膠結(jié)成形的具體工藝方法。
③提供全封閉空腔構(gòu)件永久性內(nèi)模的構(gòu)造作法，要求其價廉輕質(zhì)，簡單易制，并起防水和保溫作用。
④提供筒拱單元內(nèi)或兩單元之間構(gòu)件的板與板，肋與肋間接縫中注入聚合物的具體方法步驟。
⑤提供適于安裝大跨度無空中拉桿筒拱的移動式拼裝支架的構(gòu)造，要求它能使雙工形構(gòu)件位置準(zhǔn)確;支承狀況有利，接縫材料可以自由凝固收縮;支架本身受力合理;構(gòu)造簡單造價低;安裝及分解均迅捷;多樣用途;適于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計也適于個體設(shè)計。
⑥解決建造有橋吊廠房，借用該廠房吊車橋架為拼裝屋頂支架的可移底托時，逾越每開間筒拱單元前方一根已張緊的空中拉桿的問題，該支架可使被拼裝構(gòu)件在拼裝過程中呈有利的支承狀況。
⑦提供用對稱的兩段圓曲線來近似代替合理拱軸;倒懸鏈線的具體方法，以使支架制作更為簡易。
⑧提供雙工形構(gòu)件在被建的建筑物之室內(nèi)地面上制作時，其組件排列的合理方法。
本發(fā)明是以如下方法完成的首先預(yù)制好所需數(shù)量的薄壁箱形構(gòu)件，箱形構(gòu)件的外形尺寸在滿足設(shè)計要求的前提下，寬度取1.5～4.5m，長度取3.0～6.0m，高度取筒拱跨度的1/120～1/90，板厚取30～90mm的各類密實性混凝土制成所需要的薄板，拼接箱形構(gòu)件的薄板有四種，即頂板、底板、腹板和肋板，可以在平面臺座上重疊生產(chǎn)，其中腹板朝上的一側(cè)的兩端各予埋一個箱形構(gòu)件用的吊鉤，可以保證吊鉤的予埋錨固長度，腹板兩側(cè)的中部各有一個凹形缺口，在橫向與相鄰的箱形構(gòu)件對接時可以構(gòu)成一個縱向通孔，供安裝縱向管線之用，頂板上有四個穿通吊鉤用吊鉤予留孔，沿拼接腹板位置予留一定數(shù)量的注漿孔，供頂板與腹板和肋板聯(lián)結(jié)時灌注聚合物砂漿之用，底板中部可以予留供照明用的燈具孔。拼接箱形構(gòu)件時夾在頂板及底板之間的兩片帶肋腹板稍靠中間，使頂板和底板都有一小段懸挑部分，以便于縱向相鄰的箱形構(gòu)件的接縫處的節(jié)點施工，腹板拼接箱形構(gòu)件時各薄板間的縫隙采用聚合物砂漿填實，可以采用不飽合聚脂或水玻璃配制。和筒殼屋蓋結(jié)構(gòu)的施工一樣，在拼接薄壁箱形筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)之前需做好如下幾項工作。首先施工好筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的支座系統(tǒng)，支座基礎(chǔ)應(yīng)保證其水平位移值和基礎(chǔ)不均沉降值在設(shè)計的允許范圍內(nèi)，上部結(jié)構(gòu)應(yīng)保證有足夠的剛度，可采用帶斜承柱的三角形構(gòu)架或扶壁式剛架、門式剛架等;其次需預(yù)制好筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的邊緣構(gòu)件，由它支承著筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的全部薄壁箱形構(gòu)件，并把荷載由它傳遞給支座系統(tǒng)的上部結(jié)構(gòu)，從受力的觀點上可以理解為一個簡支的深梁，支座為相鄰兩構(gòu)架或剛架的頂部，荷載為由它支承的箱形構(gòu)件傳遞的全部荷載，顯然這種邊緣構(gòu)件的外形尺寸，其長度取相鄰兩支座系統(tǒng)的間距，即開間尺寸，其高度取筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的箱形構(gòu)件高度，其寬度或深梁的高度應(yīng)根據(jù)受力要求及筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的拱軸曲線尺寸確定，這種邊緣構(gòu)件可以作成中間空心的六面封閉體，也可以作成保證上下兩片起深梁作用的其它種型式的構(gòu)件，可以在現(xiàn)場預(yù)制再進行吊裝，也可以隨支座系統(tǒng)的上部結(jié)構(gòu)一起現(xiàn)澆，但必須保證與箱形構(gòu)件結(jié)縫處的相對位置及表面的平整度，再次，需根據(jù)筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的高度和曲率尺寸架設(shè)一臺可以移動的，可以有小行程升降的工具式臺車架，供組裝筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的箱形構(gòu)件之用。這個臺車架的長度為筒拱屋蓋的跨度，臺車架寬度為一個開間的尺寸。上述準(zhǔn)備工作完成后就可以進行筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的安裝工作。第一步在安裝位置架設(shè)好工具式臺車架，校正好頂部各支承點的高程及水平位置，保證筒拱軸線的曲率;第二步通過起重機將箱形構(gòu)件吊至安裝位置，完成一個開間的筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的安裝、灌縫等全部拼接工作，在一個開間內(nèi)可以縱向安裝兩排至三排由箱形構(gòu)件沿筒拱軸線逐個拼接的標(biāo)準(zhǔn)筒拱單元，先完成一個標(biāo)準(zhǔn)筒拱單元的箱形構(gòu)件的安裝，相鄰構(gòu)件的橫向、縱向接縫的澆注以后。再依次進行第二個標(biāo)準(zhǔn)筒拱單元的箱形構(gòu)件安裝和接縫澆注工作。直至一個開間內(nèi)的幾個標(biāo)準(zhǔn)筒拱單元全部拼接完畢，箱形構(gòu)件間接縫澆注的聚合物混凝土其標(biāo)號不少于300kg/cm2，可以采用呋喃甲醇、丁晴橡膠、環(huán)氧乳液或水玻璃等化工材料配制而成;第三步待箱形構(gòu)件接縫的聚合物混凝土達到一定強度以后，則可以將工具式臺車架的頂面支承部分下降，使之脫開該開間的筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的底板，繼而將工具式臺車移至相鄰的下一個開間，將頂面支承部分重新上升至箱形構(gòu)件安裝位置，然后再重復(fù)第二步的筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的拼接工作。就這樣拼接成了整個建筑的筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)，筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)，一般根據(jù)設(shè)計要求確定，從結(jié)構(gòu)受力角度來講，筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)拱軸曲線可采用圓弧形、拋物線形和倒懸鏈形，其中倒懸鏈形最有利于減少構(gòu)件截面的彎矩和剪力，跨度可選擇30～240m，矢跨比為1/8～1/12，每開間的寬度可選擇3.0～9.0m。計算簡圖按無鉸拱計算，由于這種筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件采用了上有頂板，下有底板并具有一定高度的薄壁箱形構(gòu)件，其截面的慣性矩相當(dāng)大，可以使頂板和底板在承受彎矩時的應(yīng)力值大大縮小，從而使整個截面的應(yīng)力值減少，在一個標(biāo)準(zhǔn)筒拱單元的各截面都處于受壓狀態(tài)，無拉應(yīng)力出現(xiàn)，充分地發(fā)揮了砼材料的抗壓性能。此外由于截面慣性矩大，使箱形構(gòu)件本身具有較大的剛度，通過高強的聚合物砼將若干個箱形構(gòu)件按一定的拱軸曲率聯(lián)結(jié)在一起，構(gòu)成一個具有一定厚度的連成一個整體的空間筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)，這種屋蓋結(jié)構(gòu)具有較大的整體剛度，同時由于實際上處于空間受力狀態(tài)，因此這種屋蓋結(jié)構(gòu)具有了較大的強度貯備，是一種安全可靠的屋蓋結(jié)構(gòu)體系。從建筑使用功能角度講，由于這種筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)的上下兩層面板中間具有較大的空間，橫縱相通，可以放置空調(diào)、電氣等各種管道、管線，也可以在其中進行保溫、隔熱等技術(shù)處理，箱形構(gòu)件的底板開設(shè)孔洞，經(jīng)過建筑藝術(shù)處理后就是整個屋蓋體系的天花板。從而節(jié)約了天花板的材料消耗和安裝費用，減輕了屋蓋結(jié)構(gòu)的吊頂靜載，特別是因此而增大了室內(nèi)的使用空間，可以壓低建筑物的總高度，由此可以大幅度地減輕結(jié)構(gòu)自重，減少了風(fēng)荷載和地震荷載值，使整個結(jié)構(gòu)設(shè)計更趨于合理化，同時也可以減少能源消耗，便于維修。因此本發(fā)明的效果主要體現(xiàn)在采用這種薄壁箱形構(gòu)件拼接的筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)體系是使結(jié)構(gòu)受力性能和建筑使用功能得到了合理地統(tǒng)一，通過高強聚合物混凝土連成一個整體性好、整體剛度較大，處于空間受力狀態(tài)的筒拱屋蓋結(jié)構(gòu)具有較大的安全度，由于省去了吊頂，降低了建筑物總高度從而給設(shè)計、施工、使用等方面帶來較大的綜合性經(jīng)濟效益。特別是應(yīng)用于跨度較大的體育館、展覽廳、大禮堂等大型公共建筑上更能顯示出較大的綜合性經(jīng)濟效益。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述圖1、2為大跨度混凝土空心筒拱結(jié)構(gòu)及剖面。
圖3、4為拱冠處采用框形采光構(gòu)件的混凝土空心筒拱單元及由一種全封閉空腔構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)單元。
圖5是預(yù)制混凝土雙工字形構(gòu)件。
圖6-9為重疊澆制雙工形構(gòu)件組件，吊環(huán)的埋設(shè)、主肋與頂板及底板相膠結(jié)、平板形主肋的配筋。
圖10、11為雙工形構(gòu)件主肋采用帶有若干(圓)孔洞的型式。
圖12、13是鋼筋混凝土平行弦格構(gòu)式的雙工形構(gòu)件的主肋。
圖14、15由各種斷面型鋼焊接成的平行弦格構(gòu)式主肋。
圖16、17為鋼制雙工形構(gòu)件主肋的上下弦型鋼分別予埋在構(gòu)件的頂板和底板內(nèi)。
圖18為雙工形構(gòu)件底板平面。
圖19～24為由型鋼焊成的柱狀槽模，底板上形成的淺槽以膠結(jié)主肋。
圖25為主肋平臥與加勁肋相膠結(jié)。
圖26～28主肋與加勁肋由三角架定位，進行拼裝粘接。
圖29～35為全封閉空腔構(gòu)件盒狀內(nèi)模。
圖36～38為橋吊式廠房。
圖39-40為混凝土框形采光構(gòu)件。
圖41～43為廠形梁柱多跨連續(xù)筒拱房屋。
圖44為混凝土空心筒拱單元支承點處。
圖45-46為兩個雙工形構(gòu)件接縫。
圖47-48雙工構(gòu)件主肋間接縫。
圖49側(cè)邊構(gòu)件與拱板構(gòu)件的肋間接縫。
圖50～51為雙工形拱板構(gòu)件形成筒拱后的板間接縫。
圖52-66為大跨度筒拱側(cè)邊構(gòu)件有框形肋的空心構(gòu)件及節(jié)點構(gòu)造。
圖67為大跨度筒拱單元拼裝過程。
圖68、69為圖67的局部放大。
圖70為圖67的縱向剖面。
圖71、72為中等跨度筒拱單元拼裝過程。
圖73為中等跨度筒拱結(jié)構(gòu)施工平面。
圖74為有橋吊的廠房施工過程。
圖75、76為橋吊廠房縱向剖面。
實施例本發(fā)明中的筒拱構(gòu)造適用于下列尺寸拱跨L＝40～240m;支點縱距B＝5～12m;
矢跨比f/L＝1/10～1/2;筒拱總厚h＝L/120～L/80。
自然荷載范圍風(fēng)速v≤180km/hr;雪載s≤100kg/m2;
地震烈度I≤9°;溫差△≤80℃。
筒拱單元由兩個全封閉空腔的側(cè)邊構(gòu)件11和若干雙工字形中間拱板構(gòu)件10組成，構(gòu)件間接縫12，構(gòu)件沿縱向任意次重復(fù)而形成筒拱屋蓋，在支座兩側(cè)設(shè)有輔助房間13將支承斜柱14隱藏于隔墻內(nèi)，支承構(gòu)件可為斜柱亦可為扶壁或門形剛架等形式，水平推力可由地面位置的預(yù)應(yīng)力拉桿15或地基來承受，須天然采光時，可在拱冠或其他部位用框形采光構(gòu)件17代替，支座處可用棱柱形現(xiàn)澆邊緣構(gòu)件16取代，或在側(cè)邊處用壁厚稍大的同類構(gòu)件18取代11構(gòu)件，對超大跨度的筒拱，其側(cè)邊構(gòu)件改用有框形肋的空心構(gòu)件19取代11構(gòu)件，構(gòu)件間的水平接縫及單元間拱向接縫均可填充混凝土(包括膨脹混凝土)或聚合物砂漿等材料，一般較大跨度及自然荷載較大時宜用聚合物砂漿。10構(gòu)件由四種平面形組件底板20、主肋21、加勁肋22及頂板23，10及11構(gòu)件的高度即為空心筒拱的總厚度，宜取h＝L/100左右。在頂板內(nèi)理設(shè)起吊環(huán)24數(shù)目可為4個～8個。在事先完成的所建房屋的地面上按順序重疊水平臥澆，在澆制時的工具式周邊側(cè)?？捎媒卿摶虿垆摵赋?當(dāng)拱跨L較大時主肋也可采用由四周邊扁鋼25及橫向鋼筋26焊成的永久性側(cè)模兼配筋，依靠同一個尺寸精確的樣板母模周邊型鋼的內(nèi)壁來控制它們外廓尺寸及平直度，然后焊接定形。吊環(huán)24下面焊有與主肋同寬的扁鋼或槽鋼24′以便與主肋相應(yīng)埋件粘接或焊接，10構(gòu)件的底板上面及頂板下面與主肋相膠結(jié)處分別有一凹槽面27和凸臺面28以便與主肋的上下兩平直面相膠結(jié)，在拱跨很大且自然條件嚴酷的情況下宜用永久性型鋼側(cè)模來制作主肋，在構(gòu)件間的水平接縫中，可將主肋上下永久側(cè)模型鋼的端頭相焊接，以增大安全儲備。
10構(gòu)件主肋除可用實腹平板式外，尚可用帶空調(diào)的平板主肋，其孔洞29可是任何形狀，如圓形、橢圓形、矩形或多邊形等，周邊側(cè)模及孔洞側(cè)模宜用扁鋼制成永久式兼為主肋的配筋，用短鋼材30(角鋼或鋼筋)將它們相焊接定形，并提供錨固及部分抗剪力作用。然后在平臥狀態(tài)下澆注主肋砼。加一種砼主肋形式為平行弦格構(gòu)式主肋，宜采用由周邊型鋼和若干個相同的三角型鋼31組成的永久性側(cè)模兼主肋的配筋，它們之間也用短鋼材相焊接定形，然后澆注砼32主肋還可采用由各種截面的型鋼焊接而成的平行弦格構(gòu)33上弦型鋼34，下弦型鋼35分別予先埋入頂板及底板的砼內(nèi)，當(dāng)10構(gòu)件成形時，臨時用工具式槽鋼梁支承頂板，焊接主肋的腹桿型鋼36，以免去膠結(jié)工序，腹桿36也可用獨根粗鋼筋來彎成蛇行形式，實腹式主肋較適于拱跨L≤80m。
為了照明、空調(diào)或音響的目的，10構(gòu)件的底板上可開設(shè)任何形狀的孔洞37。為保障構(gòu)件的成形膠結(jié)質(zhì)量，在垂直于主肋的那一對底板的工具式側(cè)模角鋼之上緣刻出與主肋的位置及寬度相對應(yīng)的精確淺槽38。將兩條作為槽模的剛性型鋼(或型鋁)桿件39(稍長于主肋)嵌入兩兩相對的淺槽口內(nèi)，呈簡支狀態(tài)，槽模型鋼的外側(cè)刻有底板砼的上表水平線，然后澆注底板砼，形成位置及平直度很精確的槽底面，槽深可為5～10mm，槽寬宜較主肋大5mm左右，上口又比槽底寬出5mm左右。在底板上涂隔離劑后，疊澆頂板，于是準(zhǔn)確而平直的凸臺自然得出，主肋與底板相膠結(jié)前，先將軟膏狀的高效粘接劑(加粉狀填充材料的聚合物或改性水玻璃)40注入淺槽內(nèi)，厚約為3～5mm，主肋落入淺槽中后將大部分粘接劑擠出而與底板相膠結(jié)。若主肋與加勁肋先行膠結(jié)成聯(lián)合體后再與底板相膠結(jié)，在制作組件時應(yīng)使加勁肋的高度較主肋的高度小15～20mm，二者膠結(jié)時，使上齊平，而下部則加勁肋短于主肋，在定位膠結(jié)組件時，借助于三個(大面兩個，端面一個)三角形型鋼定位工具，(其豎向型鋼的工作面41可用螺旋方法微調(diào)其左右位置及鉛直度)主肋的一個大面緊貼著定位工具的工作面徐徐地準(zhǔn)確落入淺槽;此刻，加勁肋與底板之間留有10mm左右的縫隙，用工具式小鐵楔42臨時支頂加勁肋，使主肋和加勁肋之聯(lián)合體能自行鉛直豎立，然后將膏狀粘合劑壓入縫隙使用加勁肋與底板相膠結(jié)，待粘合劑初凝時移去定位工具和小鐵楔。頂板與主肋及加勁肋之間平面位置亦借助于三或四個三角形定位工具工作面準(zhǔn)確定位。一般情況，在頂板的長邊用兩個定位工具，短邊用一個，重疊澆注構(gòu)件，即A構(gòu)件底板不動，而其主肋、加勁肋及頂板均來自B上的相應(yīng)疊澆組件，同樣第二塊構(gòu)件底板不動，而其他組件均來自C，依此類推，以減少組件的搬動工作。
11構(gòu)件的永久性內(nèi)模主要由一塊頂板43及四塊側(cè)板44這五塊剛性保溫板材相互膠合而成，根據(jù)剛度情況可增設(shè)中間肋，其保溫板材可選用蔗渣板，瓦楞紙板、蜂窩紙板、木絲板或泡沫塑料板等，該永久性內(nèi)模的五個外表面可蒙貼防水塑料膜或卷材以保護其本身和增強構(gòu)件的防水作用。11構(gòu)件由兩個邊橫肋45，兩個中間橫肋45′底板46頂板47及兩個縱向肋48組成。有三個相同的全封閉空腔，澆完底板后將內(nèi)模放在其上，可支承在四角的預(yù)制砼塊上以保證內(nèi)模準(zhǔn)確的豎向位置，然后澆注11構(gòu)件的縱橫肋及頂板。11構(gòu)件宜用鋼筋砼或預(yù)應(yīng)力砼制作，尤其在其頂板的長邊方向用預(yù)應(yīng)力鋼筋配筋為宜，以形成雙向壓應(yīng)力，為構(gòu)件自防水創(chuàng)造有條件，作為邊梁的11構(gòu)件的板與肋厚度可比作為中間部分拱板的11構(gòu)件為大。
在有橋式吊車的廠房應(yīng)用時，空心筒拱結(jié)構(gòu)單元可由外形為長方體的構(gòu)件及邊緣構(gòu)件組合而成;各構(gòu)件接縫間填充砼最好是膨脹砼，柔性拉桿49穿過邊緣構(gòu)件的予留孔洞50，被張緊后錨固于邊緣構(gòu)件外側(cè)豎面51后，柔性拉桿可用吊桿52做構(gòu)造吊起，邊緣構(gòu)件下端有予埋鐵件53與柱54的柱頂埋件相聯(lián)結(jié)。天車橋架55可借用為拼裝支架的可移式底托，也可專門設(shè)計工具式橋架底托，為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的方式大量重復(fù)利用，該專用橋架底托可為平行弦桁架形式，設(shè)置螺栓連接的桁架中段一至二節(jié)，其長度可為3m，于是可以用增減桁架中段的方法以適應(yīng)二或三種跨度，邊緣構(gòu)件其左部連有一個實心棱柱體56用以放置鋼筋、埋設(shè)為穿拉桿的予留孔洞和連接予埋件53，左端兩個相垂直的小斜邊與51取代了長方體構(gòu)件的豎直縱肋的外側(cè)邊。邊緣構(gòu)件的頂板及底板宜稍厚于長方體構(gòu)件的板厚，予埋聯(lián)結(jié)鐵件的斜角度應(yīng)使邊緣構(gòu)件處于工作位置時，該鐵件為水平狀態(tài)。由于拉桿的拉力遠大于柱頂處水平排架力，故筒拱體系傳遞排架力時，乃由拉桿應(yīng)力的小范圍變化來實現(xiàn)。
框形砼采光構(gòu)件17，該構(gòu)件由兩個縱向肋57，兩個拱向邊肋58及若干中間拱向肋58′構(gòu)成，其肋高可與其相配合的10或11構(gòu)件高度相同或偏大50～100mm，宜用鋼筋砼預(yù)制，于采光構(gòu)件的肋上，膠結(jié)金屬制玻璃框59，在框上鑲鋼化玻璃或鉛絲玻璃60，若強調(diào)保溫，也可在肋下膠結(jié)或焊接金屬玻璃框，再鑲一層玻璃。
多跨連續(xù)的空心筒拱房屋，等跨的空心筒拱61可由10或11構(gòu)件組成，兩端的支承構(gòu)件62可用廠形柱，也可用其他形式構(gòu)件，中間柱63可做成空心的以利排水。筒拱構(gòu)件65若為10構(gòu)件時，應(yīng)加設(shè)現(xiàn)澆邊梁64之擋模66，柱的受力鋼筋67邊梁的縱向受拉主筋68大跨度空心筒拱支座處邊梁構(gòu)件與支承構(gòu)件(斜柱)之間有一縫隙71，約寬為50～70mm，在該縫隙上端及下端分別填入兩塊高強混凝土71′、71″(400號左右)，聚合物砼或膨脹砼尤宜，豎柱69及屋面梁70可整澆亦可分別預(yù)制后匯交澆注成整體構(gòu)架。構(gòu)件間縫下面可貼較厚的透明塑料條狀軟片作為接縫底模。聚合物可裝入黃油槍類工具將其通過咀管壓入接縫，拱板構(gòu)件間縫上可蓋貼高質(zhì)量條狀防水卷材72其寬度約為150mm左右。
對于超大跨度(120m以上)的筒拱，其側(cè)邊構(gòu)件嫌其肋部混凝土用量多，故改用有框形肋的空心構(gòu)件19，該構(gòu)件可是普通鋼筋砼，也可是預(yù)應(yīng)力砼(長線法)，其成形方法有三種整體澆注或用10構(gòu)件的膠結(jié)方式或縱、橫肋均平臥預(yù)制，就位后，現(xiàn)澆底板和頂板成整體。19構(gòu)件是由兩縱肋73，兩端橫肋74，中間橫肋75，底板76，頂板77組成，其間接縫用聚合物砂漿填充，端橫肋74、中橫肋75，縱肋73與底板76及頂板77之間用封閉箍筋78、78′、78″相聯(lián)接。在空心拱板下面采用剛性保溫(兼吸音、裝飾)板，中間通過條形同種材料粘合成有空氣間層的構(gòu)造，以節(jié)約粘合劑，并增大保溫、吸音及裝飾效果，79取代10或11構(gòu)件，80是條形保溫板材墊條，81是剛性保溫板材(約1.5～2.0m見方)，81′是空氣間層，采用的側(cè)模的樣板母模，其工作面即其四框的型鋼82，83的內(nèi)側(cè)面82′和83′，用以控制各組件的工具式或永久性型鋼側(cè)模的精確度。
大跨度空心筒拱的拼裝;移動式拼裝支架主要由成對的多邊形桁架84及與其螺栓連接的支腿85、85′和型鋼檁86組成，兩個低支腿85和兩個高支腿85′下端設(shè)有4個千斤頂87和4個行走鋼輪88，輪下有鋼軌及其順軌枕木91，千斤頂?shù)淖饔檬鞘怪Ъ苌仙翜?zhǔn)確的拼裝工作位置，以及下降而脫離已進入工作狀態(tài)的筒拱結(jié)構(gòu)單元。10構(gòu)件傾斜地簡支在檁86上;11構(gòu)件下端放在支承構(gòu)件上，上端放在支架的端檁上。11和10構(gòu)件均宜利用所建的室內(nèi)地墻砼15就地予制，構(gòu)件被吊起后直接放在支架檁上，檁上有小面積的突起墊塊89，其作用是為僅使10構(gòu)件的一對主肋下面得到支承以保護底板不致?lián)p壞，墊塊中間設(shè)有可伸出和縮入墊塊的小鋼柱90，其作用是使其上方一塊10構(gòu)件的拱向位置準(zhǔn)確并形成水平接縫，待縫的填充材料初凝后將小鋼柱以螺旋或彈簧方法縮到墊塊表面下。
橋式吊車廠房筒拱屋蓋在拼裝時其結(jié)構(gòu)單元的接縫中的快硬細石砼達到R＝100kg/cm2后，張緊空中拉桿，聯(lián)結(jié)邊緣構(gòu)件與柱頂后，拼裝桁架由千斤頂控制而落下脫離筒拱構(gòu)件，天車橋架稍向前移動，待千斤頂接近前方的空中拉桿時，天車橋架停止移動，用由懸臂桿93、受壓桿94和受拉桿95構(gòu)成的F形工具式小托架臨時取代千斤頂對桁架的支頂作用，使天車橋架能向前移動至使前方空中拉桿接近左邊的一對千斤頂時停止，用右邊一對千斤頂替下F形小托架，并使小托架取代千斤頂，使天車橋架向前移至下一工作位置。型鋼梁92腹板處孔洞96是為方便F形小托架的拉桿的臨時固定而設(shè)。由此，一套大(中)跨度砼空心筒拱輕屋頂裝配成型。
本發(fā)明的保溫、隔熱處理其特點是不必在頂板上面作，其一因為構(gòu)件中的永久性內(nèi)模本身系由輕質(zhì)保溫板材膠合而成。其二構(gòu)件均具有空氣間層，有一定熱阻。其三采用構(gòu)件自防水即做拱向接縫的高質(zhì)卷材蓋縫處理。其四是用長線法在板正中間配予應(yīng)力鋼絲解決正負彎矩問題，有效地防止板面裂縫的雙向壓應(yīng)力，構(gòu)件下貼軟式板材，對飛機，雷電或室內(nèi)的各種噪音均形成相當(dāng)有效的音障。并可改善室內(nèi)音質(zhì)，尚能由于其顏色及平整表面來增加室內(nèi)美觀效果。同時，能使空心筒拱的底板和頂板之間的溫差無論在夏季或冬季均大為減小，空心筒拱的空腔內(nèi)可經(jīng)濟而美觀地兼做采暖通風(fēng)管道，安設(shè)照光及音響設(shè)備，又能減少很多重量。
施工方面的特點是就地平臥疊澆混凝土組件，現(xiàn)場膠結(jié)成雙工形構(gòu)件，由于無圍護結(jié)構(gòu)上面的各項煩瑣工序，免除了處理瀝青、石棉、油漆、鋁合金等有害物質(zhì)，改善了勞動條件，減少了工序，縮短了工期，免除了尺寸長、大且笨重的預(yù)制構(gòu)件，故吊裝設(shè)備易于獲得，因為起吊高度大且噸位大的起重設(shè)備數(shù)量有限。
本發(fā)明最適用于跨度超過100米的大型公用建筑的屋蓋結(jié)構(gòu)，箱形構(gòu)件的高度在1.5米以上能更充分地發(fā)揮出它的結(jié)構(gòu)受力性能及建筑使用功能。GK87101842SQ87101842
公開日1988年9月28日 申請日期1987年3月14日
發(fā)明者閻石鈴, 萬福章, 閻石城 申請人:閻石鈐導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan