大跨度装配式混合型钢空腹夹层板楼盖及制作方法与流程

本发明涉及多层大跨度钢构建筑技术领域，尤其是涉及一种大跨度装配式混合型钢空腹夹层板楼盖及制作方法。

背景技术：

由于生态文明建设需要，《节约集约土地规定》，于2014年5月由国土资源部，以61号文件颁发。长期以来，公共与工业建筑当跨度增大为L=18m~39m时，一般均设计为单层，如混凝土桁架、钢屋架或钢框架，它们用于大跨度楼盖不可避免造成“肥梁胖柱”，并造成工程造价显著增加，其根本原因在于公共与工业建筑的楼盖，使用荷载大，采用传统的“梁式”力学模型，空间三维受力小，内力分布不均匀，个别工程采用“板式”力学模型，如钢网架、混凝土空腹网架，它们的楼层厚度仍然较大(h =L /15)，本世纪研发并投入工程应用的大跨度装配式正交正放或正交斜放空腹夹层板楼盖，具有良好的“板”的力学效应，但大跨度楼盖周边支承点的网格尺寸均相同，如为正交正放时，周边网格2.5时，内部正方形网格为2.5m×2.5m，其空腹梁彼此正交与支承边亦正交，又如为正交斜放周边网格a₁与内部方形网格a₂呈等腰三角形斜边长(a₁)与直角边长(a₂)，呈a₂=a₁sin45⁰关系，如斜边网格a₁=3600，内部正方形网格a₂=a₁sin45⁰=3600×0.7071=2545，若楼盖长边L_x与跨度L_y之比大于1.5，呈窄长形矩形平面，长边10个3.6m网格，即L_x=10×3.6m=36m，而短边(跨度)L_y=5×3.9m=19.5m，此时楼盖的网格呈斜交斜放型，即周边等腰三角网格两个夹角不是45⁰，另一角也不等于90⁰，内部网格非正方形，而是平行四边形，正交斜放和斜交斜放网格在交叉桁架系的平板型钢网架中均有出现。本世纪初提出的钢空腹夹层板楼盖，亦有上述网格组成出现。

大跨度装配式钢空腹夹层板楼盖，是在混凝土空腹夹层板楼盖基础上的开拓与发展，当楼盖平面长边(L_x)与短跨L_y (跨度)之比L_x/L_y＜1.5时，楼盖板的力学模型为“双向板”，即x 与y 向受力均匀，当L_x/L_y＞1.5或更大时，楼盖的力学模型为“单向板”，如楼盖平面L_x=39m，跨度L_y=23.4m时，L_x/L_y=39/23.4=1.67时，楼面荷载q 沿x 向只传递0.21q ，跨度方向(y 向)传递0.79q 楼盖力学模型为“单向板”，再作正交正放网格，沿y向配杆很大，沿x向只按构造配杆，造成杆件受力不均匀，与此同时，用钢量增大20%左右，造成浪费，为此工程中均选用正交斜放网格，即双根钢空腹梁彼此正交与支座边加夹角45⁰，上世纪(70~80)年代盛行的交叉桁架系网架亦是这种作法，即楼盖的力学模型为“单向板”，两根夹角45⁰空腹梁均匀(各占1/2)传递楼面荷载，使大跨度窄长形平面楼盖受力均匀，用钢量减少。某些情况，如多层大跨度窄长形平面的建筑工程中，其柱网已定，如某建筑楼盖，其长边L_x=5×7.2m=36m，其跨度方向L_y=2×7.2m+4m=18.4m，即夹层板沿长边支座间距a₁=3600，即L_x=10×3600=36000，沿跨度方向支座间距，有4个3.6m另加一个4m，即L_y=4×3600+4000=18400，即楼盖长、短边支座间距无相同的公约数，在此特定条件下，正交斜放网格无法进行施工。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种受力均匀性好，用材省且成本低的大跨度装配式混合型钢空腹夹层板楼盖及制作方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种大跨度装配式混合型钢空腹夹层板楼盖，包括长方形的钢空腹梁和安装于钢空腹梁内的网格架；所述钢空腹梁的长度Lx/跨度Ly＞1.5，构成单向受力板，且钢空腹梁的长度Lx和跨度Ly之间没有公约数；所述网格架由多个单元构成；所述网格架包括正方形网格、平行四边形网格及四边形网格；所述网格架与钢空腹梁之间围成以下形状：直角等腰三角形、钝角等腰三角形及锐角等腰三角形。

优选的是，所述网格架包括具有两个正方形网格、由两横三竖正交构成的单元A，具有一个正方形网格呈井字形、且正方形网格一角处外伸两边呈锐角的单元B，十字形的单元C，X形的单元D，由X形和变异X形连接构成的单元E，以及由十字形、X形和变异X形构成的单元F。

优选的是，所述网格架的各单元之间、单元与钢空腹梁之间通过螺栓连接。

优选的是，所述网格架的各单元由上、下弦杆及剪力键焊接构成。

一种大跨度装配式混合型钢空腹夹层板楼盖的制作方法，包括长方形的钢空腹梁和安装于钢空腹梁内的网格架；所述钢空腹梁的长度Lx/跨度Ly＞1.5，构成单向受力板，且钢空腹梁的长度Lx和跨度Ly之间没有公约数；所述网格架由多个单元构成，在工厂车间制作网格架的各单元及钢空腹梁，各单元由上、下弦杆及剪力键焊接构成；将制作完成的网格架的各单元及钢空腹梁运往施工现场进行组装，组装后的网格架包括正方形网格、平行四边形网格及四边形网格；所述网格架与钢空腹梁之间围成以下形状：直角等腰三角形、钝角等腰三角形及锐角等腰三角形。

优选的是，所述网格架的各单元之间、单元与钢空腹梁之间通过高强度螺栓连接。

优选的是，所述网格架包括以下单元：具有两个正方形网格、由两横三竖正交构成的单元A，具有一个正方形网格呈井字形、且正方形网格一角处外伸两边呈锐角的单元B，十字形的单元C，X形的单元D，由X形和变异X形连接构成的单元E，以及由十字形、X形和变异X形构成的单元F。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明针对窄长矩形平面的钢空腹夹层板楼盖，其空腹梁组成的内部网格既有正方形，也有平行四边形和四边形网格三种，即楼盖内部大部分网格为正方形，小部分网格为平行四边形和四边形，即称混合形网格，如图3示楼盖，长边L_x=10×3.6m=36m，跨度边L_y=4×3.6m+4m=18.4m，即跨度方向网格与长边相同的是绝大部分，此处跨度边4个相同(3.6m)，另一个不同(4m)，这样使楼盖内部出现大部分为正方形网格，小部分平行四边形网格和四边形三种，即称之为“混合型”网格，这是针对矩形平面楼盖，周边支座间距个别不相同，即长、短边支座间距无公约数而提出的新形式，确保大跨度楼盖具有空间板的力学模型，达到节约用钢的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1a为现有正交斜放网格结构楼盖的示意图；

图1b为图1a中的局部放大图；

图2a为现有斜交斜放网格结构楼盖的示意图；

图2b为图2a中的局部放大图；

图3本发明的结构示意图；

图4为本发明的网格单元划分图，采用工厂制造为网格单元A、B、C、D、E、F即工厂下料、焊接、现场高强螺栓等强连接，图中黑点为拼接位置；

图5a)、5b)、5c)、5d)分别为图4中楼盖工厂制作的A单元、B单元、C单元、D单元的简图；

图6a)为正交斜放空腹网格，夹角a=90°，图6b)为斜交斜放空腹网格，两对应夹角a1=106°＞90°，两对应夹角a2=74°＜90°；

图7为对应图6a)、6b)的正方形空腹网格和平行四边形空腹网格和图5的A、B单元的楼盖空腹梁剖面构造；

图8a)为平行四边形网格，上、下弦杆截面与剪力键侧面呈小夹角(a)关系(此处为8°)，焊接时，上、下弦截面切割成a角度(斜交)；图8b)为四边形空腹网格，其上、下弦杆截面与钢剪力键对焊连接时，有两个方向上、下截面直接对焊(下方)，另两个上、下弦截面切小夹角a后对焊。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示现有的平面的楼盖，其长边Lx=10×3.9m=39m，跨度(短边)Ly=6×3.9m=23.4m，Lx/Ly=1.67＞1.5属窄长形矩形平面，如采用板的力学模型，应属单向板，楼盖荷载q沿长向(Lx)传递荷载0.2q，沿跨度方向传递荷载0.8q，采用正交斜放空腹网格使楼盖受力均匀，其组成的特点是内部为正方形网格，夹角a =90⁰，其周边等腰三角形网格，它与边长夹角为45⁰，这是平板钢网架及钢空腹夹层板窄长形平面的楼盖常用的形式。

图2所示现有的平面的楼盖，当工程中出现大跨度楼盖，其长(Lx)与短边(Ly)支座间距无公约数，长边39m，跨度边24m(39m/24m=1.625＞1.5)，长边支座间距S₁=3900(Lx=10×3900=39000)，短边支座间距S₂=3000，Ly=8×3000=24000，钢空腹梁彼此交叉组成斜交斜放网格，它的特点是内部网格为平行四边形，交叉空腹梁非正交对应两个夹角大于90⁰，另两个夹角小于90⁰与支座边相交也不再是45⁰，而是大于或小于45⁰。其长边支座间距S₁=3.9m，Lx=10×3.9m=39m，短边支座间距S₂=3m，Ly=8×3m=24m(39/24=1.625＞1.5)，如图2所示，内部均形成平行四边形网格，节点两对应夹角小于90⁰(76⁰)，另两对应夹角大于90⁰(104⁰)，与边线夹角不再是45⁰，而分别52⁰和38⁰，此类斜交斜放网格在工程中亦有出现。

一种大跨度装配式混合型钢空腹夹层板楼盖，包括长方形的钢空腹梁和安装于钢空腹梁内的网格架；所述钢空腹梁的长度Lx/跨度Ly＞1.5，构成单向受力板，且钢空腹梁的长度Lx和跨度Ly之间没有公约数；所述网格架由多个单元构成；所述网格架包括正方形网格、平行四边形网格及四边形网格；所述网格架与钢空腹梁之间围成以下形状：直角等腰三角形、钝角等腰三角形及锐角等腰三角形。

所述网格架包括具有两个正方形网格、由两横三竖正交构成的单元A，具有一个正方形网格呈井字形、且正方形网格一角处外伸两边呈锐角的单元B，十字形的单元C，X形的单元D，由X形和变异X形连接构成的单元E，以及由十字形、X形和变异X形构成的单元F。

变异X形为其中一对相对的夹角角度不相等，即将其中的一个夹角角度进行变换，使X形该夹角的两边进行等角度相向或反向偏转。

所述网格架的各单元之间、单元与钢空腹梁之间通过螺栓连接。

所述网格架的各单元由上、下弦杆及剪力键焊接构成。

一种大跨度装配式混合型钢空腹夹层板楼盖的制作方法，包括长方形的钢空腹梁和安装于钢空腹梁内的网格架；所述钢空腹梁的长度Lx/跨度Ly＞1.5，构成单向受力板，且钢空腹梁的长度Lx和跨度Ly之间没有公约数；所述网格架由多个单元构成，在工厂车间制作网格架的各单元及钢空腹梁，各单元由上、下弦杆及剪力键焊接构成；将制作完成的网格架的各单元及钢空腹梁运往施工现场进行组装，组装后的网格架包括正方形网格、平行四边形网格及四边形网格；所述网格架与钢空腹梁之间围成以下形状：直角等腰三角形、钝角等腰三角形及锐角等腰三角形。

所述网格架的各单元之间、单元与钢空腹梁之间通过高强度螺栓连接。

所述网格架包括以下单元：具有两个正方形网格、由两横三竖正交构成的单元A，具有一个正方形网格呈井字形、且正方形网格一角处外伸两边呈锐角的单元B，十字形的单元C，X形的单元D，由X形和变异X形连接构成的单元E，以及由十字形、X形和变异X形构成的单元F。

具体实施例

图3所示大跨度装配式混合型钢空腹夹层板楼盖，其长边支座间距为S₁=3.6m，Lx=10×S₁=10×3.6m=36m，其跨度边支座间距分别为4个S₁=3.6m和一个S₂=4m，即Ly=4×3.6m+4m=18.4m，Lx/Ly=36/18.4m=1.95＞1.5沿长向传递荷载0.135q ，沿跨度向传递荷载0.865q ，为典型单向受力板，楼盖网格大部分为正方形，小部分为平行四边形网格，而钢空腹梁与周边夹角也出现多种，如图3所示，其长边前边夹角均为45⁰，长边的后边夹角均48⁰，短边两边各8个45⁰，2个42⁰，内部出现3种四边形空腹网格与周边的夹角除45⁰外，还有大于和小于45⁰多种夹角，使周边出现夹角不相同的等腰三角形网格。本发明针对窄长形平面大跨度的特定边长，提出大跨度混合型网格钢空腹夹层板楼盖，这种新型大跨度楼盖，完全具有单向板的力学模型，使杆件受力均匀，用钢量减少的优点，由于其空腹网格和节点类型多，采用装配整体式工业化施工方法是新型大跨度混合型钢空腹夹层板由理论转化为工程实践的唯一途径。

图4为某楼盖的平面几何尺寸，长边柱网6m，Lx=6×6=36m，支座间距S₁=3000，即Lx=12×3000=36000，跨度边Ly=4×3000+4000=16000，按混合型空腹网格组成原理，形成图4所示混合型网格，并将楼盖划分为A、B、C、D、E、F六种车间制作单元。在工厂车间制作这些网格单元，即楼盖面积576m的钢结构加工全部在车间制作，如图5a )、b)、c)、d)的A、B、C、D单元，其下料焊接成形均在车间完成，形成如图6a )所示的正方形空腹网格单元和图6b )的平行四边形空腹网格单元，这些网格单元剖面构造如图7所示，如图5A单元，它有1#T型钢上、下弦杆1十四根，2#T型钢上、下弦杆2二十根，并有方钢管剪力键3六根，一个单元共计散件达四十根，并要与剪力键按图5、6、7要求形成预制网格单元，这些工序必须在工厂车间完成。图8a )为T形钢上、下弦与方钢管剪力键四边对焊连接，四个节点连接后形成平行四边形。图8b )为四边形网格，下部两根T型钢与剪力键夹角为90⁰。上部两根T型钢夹角小于90⁰为2a +a₁=90⁰，其翼缘切角度a ，后与剪力键对焊。上述工序从下料，加工焊接成型均在车间完成。这些网格单元(A、B、C、D、E、F)运往施工现场，安装后，按图7所示高强螺栓等强连接，形成本发明专利“大跨度装配式混合型钢空腹夹层板楼盖”新型结构体系。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。