钢筋混凝土腔室壁板格构旋转曲面穹顶结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及建筑物构造中的穹顶结构，特别是一种钢筋混凝土腔室壁板格构旋转曲面穹顶结构。
【背景技术】
[0002]建筑形体是由两条以上平行曲线(含二曲线)在空间沿一轴旋转而成的三维空间穹顶体，母线可为圆弧线、双曲线、椭圆线或抛物线等，将上述穹顶体截切可以形成各种截面，多为圆弧形，在公告号为101864806A，发明名称为“劲性支撑穹顶结构”的发明专利中，已经设计出适合建筑物的穹顶结构，但随着社会发展，现有的钢筋混凝土穹顶建筑结构只能满足直径略大的大棚建设，却不能满足超大跨度如体育场馆、大跨度机库、机场航站楼、候车厅、博物馆、展览馆及若干有特殊要求的建筑，比如秦始皇陵考古所需用中间不设柱子直径500米以上超大跨度大棚;为此提供了这种钢筋混凝土腔室壁板旋转曲面穹顶结构，以适用于各种跨度及超大跨度公共建筑应用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种可以实现超大跨度建筑的结构，以适用于中间不设柱子超大跨度建筑的应用，例如用此种设计可以建造秦始皇陵考古所需用中间不设柱子跨径500米以上超大跨度大棚。
[0004]本发明的技术方案为:一种钢筋混凝土腔室壁板格构旋转曲面穹顶结构，包括外环梁、内环梁，其技术要点是:外环梁的相对两端连接有嵌固外环梁的竖向拱形壁板，设有内环梁时，竖向拱形壁板的中部与内环梁连接嵌固，竖向拱形壁板采用对称设置方式，与竖向拱形壁板相交叉的位置设置有法向环形壁板，法向环形壁板与竖向拱形壁板交叉分割嵌固形成似楔形的板式格构空间，曲面壳板按上中下层分别与法向环形壁板、竖向拱形壁板连接嵌固，形成板式格构封闭腔室，曲面壳板与法向环形壁板、竖向拱形壁板相交处设有暗梁，曲面壳板在法向环形壁板内设暗梁中通过，法向环形壁板暗梁在竖向拱形壁板内设暗梁中通过，所有壳板、暗梁均通过暗柱连成一个整体，外环梁边界处设置有加强结构。
[0005]本发明的优点及技术效果是该空间旋转曲面穹顶抗力体系的刚度、整体性、稳定性极好，抗震能力强，适用于各种中间不设柱子各种跨度及超大跨度建筑，在荷载作用下具有三维受力特性的结构可满足钢筋混凝土结构超大跨度空间强度、刚度、稳定协调统一要求。旋转曲面穹顶结构由于采用两层以上(含两层)现浇高性能钢筋混凝土曲面壳板结构设计，高性能高强度混凝土可以减轻结构自重的荷载效应，可模性好、耐火性好并具有极好的气密性、耐久性，可满足不同需求，例如可满足对于气密性、耐久性有特殊要求的秦始皇陵考古需密闭汞气、其建筑大棚需长寿命的要求。旋转曲面穹顶特点是具有三维受力特性的空间结构，这种结构具有良好的空间力学性能，这种板式格构封闭腔室旋转曲面穹顶结构体其曲面壳板内力以薄膜内力或轴力为主，具有明确的立体力学特点，其主要内力是沿着中曲面方向传递的拉力、压力、顺剪力，竖向拱形壁板、法向环形壁板的存在极大增强了穹顶体抗弯刚度和整体定性及安全冗余度，增强了抗过载荷能力并具有较好的抗连续坍塌能力。此种空间结构仅在外环梁附近小范围内存在中曲面外弯矩、竖向剪力，需要按设计要求加强。旋转曲面穹顶是以整个结构形体来抵抗外部荷载的，其结构由于传力结构与承重结构合二为一体，内力传递途径简洁明确，整体性好、刚度大，可覆盖大跨度空间而中间不用设支柱，具有极好的结构整体性能、良好的力学性能和可观的经济效益。每一种旋转曲面穹顶造型均具有特有曲面、弧线特点，因此每栋建筑设计均可形成独特的建筑风格。
【附图说明】
[0006]
图1是本发明总体结构俯视示意图；
图2是图1的剖视图；
图3是本发明中曲面壳板断面图；
图4是图2中B-B处的剖面图；
图5是本发明中法向环形壁板单件平面图；
图6是图2中D-D处的断面图；
图7是本发明中竖向拱形壁板单件图；
图8是本发明中法向环形壁板单件断面图；
附图标记如下:1、外环梁2、法向环形壁板3、竖向拱形壁板4、暗柱5、曲面壳板(1)
6、内环梁7、曲面壳板(2) 8、加强结构9、曲面壳板(3) 10、腔室11、竖向拱形壁板内设暗梁。12、法向环形壁板内设暗梁。
【具体实施方式】
[0007]如图1所示，本发明是涉及一种钢筋混凝土腔室壁板格构旋转曲面穹顶结构，包括外环梁1、内环梁6，其中外环梁1的相对两端连接有嵌固外环梁的竖向拱形壁板3，设有内环梁6时，竖向拱形壁板3的中部与内环梁6连接嵌固，竖向拱形壁板3采用对称设置方式，与竖向拱形壁板3相交叉的位置设置有法向环形壁板2，法向环形壁板2与竖向拱形壁板3交叉分割嵌固形成似楔形的板式格构空间，曲面壳板(多层)本例按上中下层分别与法向环形壁板
2、竖向拱形壁板3连接嵌固，形成板式格构封闭腔室，法向环形壁板2与竖向拱形壁板3交叉处设置暗柱4，外环梁1边界处设置有加强结构8，其断面似牛角形腔室壁板腋部加强结构构造，曲面壳板5、7、9为双向曲面板，封闭腔室是由两块上下曲面壳板5、7或7、9，两块法向环形壁板2、两块竖向拱形壁板3交叉相对构成的六面立体似楔形形状板式格构结构。
[0008]图4为图2中暗柱处剖面图，显示法向环形壁板2的内设暗梁12、曲面壳板5、7、9均通过暗梁12，、暗梁12连同壳板5、7、9均通过竖向拱形壁板3内设暗梁11，所有壳板、暗梁均通过暗柱4，暗柱4将加强结构、壳板、暗梁连接一体，增强了曲面穹顶整体性、刚度及稳定性。
[0009]图5是法向环形壁板单件平面图，为平行、不同标高、多道环形封闭壁板，与竖向拱形壁板3交叉分割形成(两两相交)似楔形封闭空间四面壁板体。
[0010]图6是图2中D-D断面图，显示壳板与法向环形、竖向拱形壁板交叉位置节点。
[0011]图7是竖向拱形壁板单件图，显示竖向拱形壁板为弧形直板，其中部与内环梁交接嵌固。
[0012]图8是法向环形壁板单件断面图，显示与曲面切平面垂直一点法线(即向量)方向壁板断面。
[0013]曲面壳板、竖向拱形壁板、法向环形壁板均双层双向配筋，外环梁边界附近增加一层钢筋，竖向拱形壁板、法向环形壁板与曲面壳板交叉处均设暗梁，即曲面壳板在法向环形壁板暗梁中通过、法向环形壁板暗梁及曲面壳板在竖向拱形壁板暗梁中通过，以上曲面板、径向环形壁板暗梁、竖向拱形壁板暗梁在交叉处均通过暗柱。两层以上(含两层)现浇高性能钢筋混凝土曲面壳板具有极好的气密性、耐久性，例如可满足对气密性、耐久性有特殊要求的秦始皇陵考古密闭汞气、建筑长寿命要求。
[0014]旋转曲面穹顶适于超大跨度建筑，针对曲面穹顶结构模板施工属超高大模板且为曲面形状的特点，需采取竖向拱形壁板支撑控制标高、曲率，法向与“空腔室”筒模(筒模是由模板、角膜和紧伸器等组成)内模板控制“空腔室”曲率及环向曲率，双层模板是确保钢筋混凝土脱模后板厚几何形状准确的技术措施，为保证曲面穹顶钢筋混凝土空间位置准确，脚手架及支撑系统应按设计要求起拱，可通过工程试验加荷载预压检验脚手架及支撑系统及地基的强度、刚度及稳定性，达到消除支撑系统塑性形变、地基沉降变形并测量出支撑系统弹性变形值与计算共同确定预拱度，确保工程完工时所有构件均在工程图纸设计要求的设计标高及曲率位置。
[0015]本发明中所用模板拟采用组合式定型模板，组合式定型模板具有拆装灵活、通用性强、周转次数多、应用范围广等特点，被广泛使用，曲面穹顶钢筋混凝土结构施工支模难度在于曲面控制成型及法向环形壁板、竖向拱形壁板定位，其定位精度要求极高，底模法向分段、环向模板需要一次性支撑成型，曲率控制困难，测量精度要求也极高，特别是砼必须多方位对称浇捣，需采用有效技术措施确保曲面穹顶各控制曲面达到设计曲率及在空间工作位置的要求。
[0016]本发明所用到的混凝土采用高性能混凝土，它的特征首先是具有良好的耐久性、耐热性并且施工方便。免振捣自密实混凝土是具有高度流动性、匀质性、体积稳定性和抗离析性能的混凝土，在自重的作用下，不需任何密实成型措施，就能通过钢筋的稠密区而不留下任何孔洞自动充满整个模腔，完成混凝土浇筑施工。由于在配制的过程中添加了聚丙烯纤维，使得混凝土在断裂韧性上得到很大的提升，收缩性能可控制在规范要求的范围之内。由于混凝土内部结构更为密实，其抗氯离子渗透和硫酸盐腐蚀的性能非常突出，特别适合在超高层建筑、大跨度建筑工程中使用。
【主权项】
1.一种钢筋混凝土腔室壁板格构旋转曲面穹顶结构，包括外环梁、内环梁，其特征在于:外环梁的相对两端连接有嵌固外环梁的竖向拱形壁板，设有内环梁时，竖向拱形壁板的中部与内环梁连接嵌固，竖向拱形壁板采用对称设置方式，与竖向拱形壁板相交叉的位置设置有法向环形壁板，法向环形壁板与竖向拱形壁板交叉分割嵌固形成似楔形的板式格构空间，曲面壳板按上中下层分别与法向环形壁板、竖向拱形壁板分层连接嵌固，形成板式格构封闭腔室，曲面壳板与法向环形壁板、竖向拱形壁板相交处设有暗梁，曲面壳板在法向环形壁板暗梁中通过，法向环形壁板暗梁在竖向拱形壁板暗梁中通过，所有壳板、暗梁均通过暗柱连成一个整体，外环梁边界处设置有加强结构。
【专利摘要】本发明涉及一种钢筋混凝土腔室壁板格构旋转曲面穹顶结构，解决了中间不设柱子的超大跨度建筑的应用，外环梁的两端连接有嵌固外环梁的竖向拱形壁板，竖向拱形壁板采用对称设置方式，与竖向拱形壁板相交叉的位置设置有法向环形壁板，法向环形壁板与竖向拱形壁板交叉分割嵌固形成似楔形的板式格构空间，曲面壳板分别与法向环形壁板、竖向拱形壁板连接嵌固，形成板式格构封闭腔室，法向环形壁板与竖向拱形壁板交叉处设置暗梁，该空间旋转曲面穹顶抗力体系的刚度、整体性、稳定性极好，抗震能力强，满足钢筋混凝土结构超大跨度空间强度、刚度、稳定协调统一要求。
【IPC分类】E04B7/10
【公开号】CN105484410
【申请号】CN201610013871
【发明人】刘珺, 初志娜, 李野
【申请人】李晓平
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月11日