多层大跨度正交斜放装配式混凝土空腹楼盖及制作方法与流程

本发明涉及一种多层大跨度楼盖平面为窄长矩形平面的公共与工业建筑的空间结构体系，具体涉及一种多层大跨度正交斜放装配式混凝土空腹楼盖及制作方法。

背景技术：

长期以来在建筑工程领域里，多层大跨度建筑的钢筋混凝土楼盖，一直停留在框架，主次梁体系，如一栋三层体育馆建筑，其楼盖平面为30m×37.5m＝1125m²，周边柱网为7.5m，即跨度方向Ly＝4×7.5m＝30m，长度方向Lx＝5×7.5m＝37.5m，采用如图1传统的结构体系，混凝土(C40)折算厚度47cm/m²，用钢量在(135kg～150kg)/m²之间。如全国每年有250栋此类建筑建成使用，它需混凝土近40万立方米，钢材12万吨。上世纪90年代中期及本世纪初期出现的专利技术(ZL97200102.6及ZL200610200188.X)，即“钢筋混凝土剪力键式双向空腹大板(又称空腹夹层板)”，“U型钢混凝土组合空腹大板楼盖”。混凝土用量24cm/m²，钢材用量(70kg/m²～80kg/m²)之间，每年250栋，混凝土用量20.3万立方米，钢材用量6.33万吨，每年节约混凝土19.7万立方米，节约钢材5.67万吨，混凝土单价按0.12万元/m³(材料、运输模板等)，钢材单价0.8万元/吨(加工、运输、原材料等)，每年采用正交正放空腹楼盖，节约人民币合计2.364亿+4.536亿＝6.9亿元。图2为相对图1平面采用正交正放空腹楼盖结构布置图。此类多层大跨度楼盖(图2)是符合循环经济三原则要求的，从辩证法分析问题，事物均有两面性，其优点显示的同时，其不足也在实践中出现，如图2楼盖它在现场支模板扎钢筋现场浇制施工，其混凝土正交正放空腹梁上、下弦节点共有308个，需在现场制作，立模板扎钢筋制作繁琐，耗费工时，为此提出预制装配整体式正交正放混凝土空腹楼盖新型施工方法，使楼盖结构施工达到工业化。

但当多层大跨度楼盖平面其长度方向(Lx)与跨度方向(Ly)之比Lx/Ly＞1.5，再采用正交正放空腹楼盖，其空间三维受力显著下降，其经济性受到影响。2015年4月申报的“大跨度钢筋混凝土正交斜放空腹楼盖及其制作方法(申请号201510211060.2)”，使多层大跨度窄长形平面楼盖空间三维受力，跨度Ly＝30m，长度Lx＝52.5m，楼盖面积每层达1575m2的楼盖受力均匀，若仍然采用正交正放空腹楼盖，其Lx与Ly之比Lx/Ly＝52.5/30＝1.75，楼盖荷载沿短向传递81％，而沿长度方向仅19％，使楼盖受力极不均匀。如采用正交斜放混凝土空腹楼盖，楼盖荷载沿两边450方向均匀传递，在节约工程造价的同时，其空腹部位即建筑需要的中央空调管道设备层，其有规律的网格造型，取代常规的吊顶，大幅度节约工程造价。但此楼盖跨度大、面积大，常规施工工艺模板量大，施工繁琐，本发明提出多层大跨度正交斜放装配整体式空腹楼盖及制作方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出一种多层大跨度正交斜放装配式混凝土空腹楼盖及制作方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

多层大跨度正交斜放装配式混凝土空腹楼盖，包括周边框架(7)、现浇楼板以及一个以上的预制空腹网格单元，在周边框架(7)所在的平面上建立坐标轴，在周边框架(7)所在的平面上取一原点作为坐标点，在周边框架(7)所在的平面上取一水平方向作为坐标点的X轴，通过坐标点相对于X轴竖直的方向作为坐标点的Y轴，周边框架(7)的下侧与X轴平行，周边框架(7)的左侧与Y轴平行；周边框架(7)下侧在X轴上的长度为Lx，周边框架(7)左侧在Y轴上的长度为Ly，且Lx/Ly＞1.5，所述预制空腹网格单元在周边框架(7)所围成的平面内排列；所述预制空腹网格单元包括上弦空腹网格模块、下弦空腹网格模块、混凝土剪力键(2)以及钢筋桁架楼承板；

所述上弦空腹网格模块通过混凝土剪力键(2)固定在下弦空腹网格模块的正上方；所述上弦空腹网格模块包括一根以上相互平行的弦杆一(61)和一根以上相互平行的弦杆二(62)，所述弦杆一(61)与弦杆二(62)在同一平面内相互正交；所述一根以上相互平行的弦杆一(61)和一根以上相互平行的弦杆二(62)围成正方形一；

所述下弦空腹网格模块包括一根以上相互平行的弦杆三(63)和一根以上相互平行的弦杆四(64)，所述弦杆三(63)与弦杆四(64)在同一平面内相互正交；所述一根以上相互平行的弦杆三(63)和一根以上相互平行的弦杆四(64)围成正方形二；

所述正方形一和正方形二的边长相等；

所述弦杆一(61)与X轴的夹角为45度，所述弦杆三(63)与X轴的夹角为45度，所述弦杆一(61)和弦杆三(63)上下对称，所述弦杆二(62)与Y轴的夹角为45度，所述弦杆四(64)与Y轴的夹角为45度，所述弦杆二(62)和所述弦杆四(64)上下对称；

所述混凝土剪力键(2)一端安装在弦杆一(61)和弦杆二(62)的正交处，同时所述弦杆一(61)和弦杆二(62)的正交处的四个夹角处均安装有支托(1)，而所述混凝土剪力键(2)另一端安装在所述弦杆三(63)与弦杆四(64)的正交处；

所述弦杆一(61)背离下弦空腹网格模块的一侧设置有预留箍筋一(41)，而所述弦杆一(61)的一端设置有第一预留受力钢筋一(511)，另一端设置有第二预留受力钢筋一(512)，且所述预留箍筋一(41)均与第一预留受力钢筋一(511)、第二预留受力钢筋一(512)相垂直；

所述弦杆二(62)背离下弦空腹网格模块的一侧设置有预留箍筋二(42)，而所述弦杆二(62)的一端设置有第一预留受力钢筋二(521)，另一端设置有第二预留受力钢筋二(522)，且预留箍筋二(42)均与预留第一受力钢筋二(521)、第二预留受力钢筋二(522)相垂直；

所述弦杆三(63)的一端设置有第一预留受力钢筋三(531)，另一端设置有第二预留受力钢筋三(532)；

所述弦杆四(64)的一端设置有第一预留受力钢筋四(541)，另一端设置有第二预留受力钢筋四(542)；

对于相邻的两个预制空腹网格单元，其中一个预制空腹网格单元的第一预留受力钢筋一(511)和另一个预制空腹网格单元的第二预留受力钢筋一(512)连接；其中一个预制空腹网格单元的第一预留受力钢筋二(521)和另一个预制空腹网格单元的第二预留受力钢筋二(522)连接；其中一个预制空腹网格单元的第一预留受力钢筋三(531)和另一个预制空腹网格单元的第二预留受力钢筋三(532)连接；其中一个预制空腹网格单元的第一预留受力钢筋四(541)和另一个预制空腹网格单元的第二预留受力钢筋四(542)连接；

而对于紧靠周边框架(7)的预制空腹网格单元，第一预留受力钢筋一(511)、第二预留受力钢筋一(512)、第一预留受力钢筋二(521)、第二预留受力钢筋二(522)、第一预留受力钢筋三(531)、第二预留受力钢筋三(532)、第一预留受力钢筋四(541)和第二预留受力钢筋四(542)均与周边框架(7)的预留弦杆连接；

所述现浇楼板包括第一现浇、第二现浇、第三现浇、第四现浇、第五现浇、第六现浇，其中，所述第一现浇为第一预留受力钢筋一(511)与第二预留受力钢筋一(512)连接处的现浇，第二现浇为第一预留受力钢筋二(521)和第二预留受力钢筋二(522)连接处的现浇，第三现浇为第一预留受力钢筋三(531)和第二预留受力钢筋三(532)连接处的现浇，第四现浇为第一预留受力钢筋四(541)和第二预留受力钢筋四(542)连接处的现浇，第五现浇为周边框架(7)的现浇，第六现浇为预制空腹网格单元顶部的现浇；

所述钢筋桁架楼承板设置于弦杆一(61)和弦杆二(62)所围成的正方形一区域内，且所述钢筋桁架楼承板设置在所围成正方形一区域内的支托(1)上。

进一步的，所述多层大跨度正交斜放装配式混凝土空腹楼盖主要由A单元、B单元、C单元和D单元组合拼接而成，所述A单元包括三根弦杆一(61)、两根弦杆二(62)、三根弦杆三(63)和两根弦杆四(64)，所述B单元包括两根弦杆一(61)、两根弦杆二(62)、两根弦杆三(63)和两根弦杆四(64)，所述C单元包括两根弦杆一(61)、一根弦杆二(62)、两根弦杆三(63)和一根弦杆四(64)，所述D单元包括一根弦杆一(61)、一根弦杆二(62)、一根弦杆三(63)和一根弦杆四(64)。

进一步的，所述钢筋桁架楼承板包括双向双层钢筋桁架和薄钢板，所述双向双层钢筋桁架和薄钢板通过板凳筋连接。

多层大跨度正交斜放装配式混凝土空腹楼盖的制作方法：包括以下步骤：

(1)预制弦杆一(61)、弦杆二(62)、弦杆三(63)和弦杆四(64)，弦杆一(61)和弦杆二(62)正交构成上弦空腹网格模块，弦杆三(63)和弦杆四(64)正交构成下弦空腹网格模块，所述上弦空腹网格模块通过混凝土剪力键(2)固定在下弦空腹网格模块的正上方，混凝土剪力键(2)一端安装在弦杆一(61)与弦杆二(62)的正交处，混凝土剪力键(2)另一端安装在弦杆三(63)和弦杆四(64)的正交处；

(2)上弦空腹网格模块与下弦空腹网格模块通过混凝土剪力键(2)连接形成预制空腹网格单元，所述预制空腹网格单元根据周边框架(7)要求进行组合连接，一个预制空腹网格单元的第一预留受力钢筋一(511)和另一个预制空腹网格单元的第二预留受力钢筋一(512)采用直螺纹套管(9)进行等强连接；其中一个预制空腹网格单元的第一预留受力钢筋二(521)和另一个预制空腹网格单元的第二预留受力钢筋二(522)采用直螺纹套管(9)进行等强连接；其中一个预制空腹网格单元的第一预留受力钢筋三(531)和另一个预制空腹网格单元的第二预留受力钢筋三(532)采用直螺纹套管(9)进行等强连接；其中一个预制空腹网格单元的第一预留受力钢筋四(541)和另一个预制空腹网格单元的第二预留受力钢筋四(542)采用直螺纹套管(9)进行等强连接；

(3)在弦杆一(61)和弦杆二(62)所围成的正方形一区域内封盖钢筋桁架楼承板，钢筋桁架楼承板设置在所围成的正方形一区域内的支托(1)上；

(4)分别在第一预留受力钢筋一(511)与第二预留受力钢筋一(512)连接处、第一预留受力钢筋二(521)和第二预留受力钢筋二(522)连接处、第一预留受力钢筋三(531)和第二预留受力钢筋三(532)连接处、第一预留受力钢筋四(541)和第二预留受力钢筋四(542)连接处、预制空腹网格单元顶部以及周边框架(7)进行现浇混凝土，待养护周期达到后进行下一工序。

本发明的有益效果为：

本发明的关键点是将传统的空腹网格楼盖单元化，将现场制作的空间网格转换为预制空腹网格单元，同时将之前的正交正放网格在周边框架的长度和跨度之比为Lx/Ly＞1.5时改为正交斜放网格，使得空腹夹层板的适用范围进一步扩大，在矩形平面布置的情况下也可达到构件均匀受力的目的。这些单元在预制场预制，周边框架等仍现场浇制。从图3分析三层楼盖上弦杆与下弦杆共有超过900个节点，全部在预制场制作，即90％以上的的工作量在预制场加工，大幅度减少模板费用及工时，现场仅在各个模块的连接处以及预制空腹网格单元的顶部二次浇注混凝土。在新型结构基础上采用预制装配式施工工艺，促进了建筑结构工业化的发展。

附图说明

图1是多层大跨度窄长形平面正交斜放混凝土空腹楼盖平面图；

图2是将图1楼盖划分为A、B、C、D四种预制单元，预制安装示意图；

图3是图2六个柱网间正交斜放预制混凝土空腹网格单元A、B、C、D布置示意图；

图4是图3对应的B单元上弦空腹网格模块平面示意图；

图5是图3对应的B单元中十字型剪力键的截面示意图；

图6是图3对应的C单元上弦空腹网格模块平面示意图；

图7是图3对应的C单元中十字型剪力键的截面示意图；

图8是图3对应的B单元的剖面构造示意图。

附图标记说明

1-支托、2-混凝土剪力键、41-预留箍筋一、42-预留箍筋二、511-第一预留受力钢筋一、512-第二预留受力钢筋一、521-第一预留受力钢筋二、522-第二预留受力钢筋二、531-第一预留受力钢筋三、532-第二预留受力钢筋三、541-第一预留受力钢筋四、542-第二预留受力钢筋四、61-弦杆一、62-弦杆二、63-弦杆三、64-弦杆四、7-周边框架、9-直螺纹套管。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

本发明是针对三层楼盖实施的，具体跨度Ly＝30m，长度Lx＝52.5m，长宽比Lx/Ly＝37.5/30＝1.75。如图2所示，楼盖分为A、B、C、D四种预制空腹网格单元，其中A单元24个，B单元8个，C单元3个，D单元21个，这些单元均在预制场分批之制作后现场安装，形成装配整体式多层大跨度正交斜放混凝土空间空腹网格楼盖。

多层大跨度正交斜放装配式混凝土空腹楼盖，包括周边框架7、现浇楼板以及一个以上的预制空腹网格单元，在周边框架7所在的平面上建立坐标轴，在周边框架7所在的平面上取一原点作为坐标点，在周边框架7所在的平面上取一水平方向作为坐标点的X轴，通过坐标点相对于X轴竖直的方向作为坐标点的Y轴，周边框架7的下侧与X轴平行，周边框架7的左侧与Y轴平行；周边框架7下侧在X轴上的长度为L_x，周边框架7左侧在Y轴上的长度为L_y，且L_x/L_y＞1.5，预制空腹网格单元在周边框架7所围成的平面内排列；预制空腹网格单元包括上弦空腹网格模块、下弦空腹网格模块、混凝土剪力键2以及钢筋桁架楼承板；

上弦空腹网格模块通过混凝土剪力键2固定在下弦空腹网格模块的正上方，上弦空腹网格模块包括一根以上相互平行的弦杆一61和一根以上相互平行的弦杆二62，弦杆一61与弦杆二62在同一平面内相互正交，一根以上相互平行的弦杆一61和一根以上相互平行的弦杆二62围成正方形一。

下弦空腹网格模块包括一根以上相互平行的弦杆三63和一根以上相互平行的弦杆四64，弦杆三63与弦杆四64在同一平面内相互正交。一根以上相互平行的弦杆三63和一根以上相互平行的弦杆四64围成正方形二。

正方形一和正方形二的边长相等。

弦杆一61与X轴的夹角为45度，弦杆三63与X轴的夹角为45度，弦杆一61和弦杆三63上下对称，弦杆二62与Y轴的夹角为45度，弦杆四64与Y轴的夹角为45度，所述弦杆二62和所述弦杆四(64)上下对称。

混凝土剪力键2的一端安装在弦杆一61和弦杆二62的正交处，同时弦杆一61和弦杆二62的正交处的四个夹角处均安装有支托1，支托1的长度和宽度相等。混凝土剪力键2的另一端安装在弦杆三63与弦杆四64的正交处。

弦杆一61背离下弦空腹网格模块的一侧设置有预留箍筋一41，而弦杆一61的一端设置有第一预留受力钢筋一511，另一端设置有第二预留受力钢筋一512，且预留箍筋一41均与第一预留受力钢筋一511、第二预留受力钢筋一512相垂直。

弦杆二62背离下弦空腹网格模块的一侧设置有预留箍筋二42，而弦杆二62的一端设置有第一预留受力钢筋二521，另一端设置有第二预留受力钢筋二522，且预留箍筋二42均与预留第一受力钢筋二521、第二预留受力钢筋二522相垂直。

弦杆三63的一端设置有第一预留受力钢筋三531，另一端设置有第二预留受力钢筋三532。

弦杆四64的一端设置有第一预留受力钢筋四541，另一端设置有第二预留受力钢筋四542。

对于相邻的两个预制空腹网格单元，其中一个预制空腹网格单元的第一预留受力钢筋一511和另一个预制空腹网格单元的第二预留受力钢筋一512连接；其中一个预制空腹网格单元的第一预留受力钢筋二521和另一个预制空腹网格单元的第二预留受力钢筋二522连接；其中一个预制空腹网格单元的第一预留受力钢筋三531和另一个预制空腹网格单元的第二预留受力钢筋三532连接；其中一个预制空腹网格单元的第一预留受力钢筋四541和另一个预制空腹网格单元的第二预留受力钢筋四542连接。

而对于紧靠周边框架7的预制空腹网格单元，第一预留受力钢筋一511、第二预留受力钢筋一512、第一预留受力钢筋二521、第二预留受力钢筋二522、第一预留受力钢筋三531、第二预留受力钢筋三532、第一预留受力钢筋四541和第二预留受力钢筋四542均伸入到周边框架7内部并锚固在混凝土中。

现浇楼板包括第一现浇、第二现浇、第三现浇、第四现浇、第五现浇、第六现浇，其中，第一现浇为第一预留受力钢筋一511与第二预留受力钢筋一512连接处的现浇，第二现浇为第一预留受力钢筋二521和第二预留受力钢筋二522连接处的现浇，第三现浇为第一预留受力钢筋三531和第二预留受力钢筋三532连接处的现浇，第四现浇为第一预留受力钢筋四541和第二预留受力钢筋四542连接处的现浇，第五现浇为周边框架7的现浇，第六现浇为预制空腹网格单元顶部的现浇；

钢筋桁架楼承板设置于弦杆一61和弦杆二62所围成的正方形一区域内，且钢筋桁架楼承板设置在所围成的正方形一区域内的支托1上。钢筋桁架楼承板包括双向双层钢筋桁架和薄钢板，双向双层钢筋桁架和薄钢板通过板凳筋连接。

如图2所示，多层大跨度正交斜放装配式混凝土空腹楼盖主要由A单元、B单元、C单元和D单元组合拼接而成，A单元包括三根弦杆一61、两根弦杆二62、三根弦杆三63和两根弦杆四64，B单元包括两根弦杆一61、两根弦杆二62、两根弦杆三63和两根弦杆四64，C单元包括两根弦杆一61、一根弦杆二62、两根弦杆三63和一根弦杆四64，D单元包括一根弦杆一61、一根弦杆二62、一根弦杆三63和一根弦杆四64。

本发明也是可以采用一根弦杆一61、一根弦杆二62、一根弦杆三63、一根弦杆四64制作预制空腹网格单元，只是这样一个单元体积太小，需要连接的地方过多，不经济，所以不采用。

下面阐述应用本发明的制作方法步骤及相应工作原理：

本发明楼盖面积90％以上的构件在预制场分批分单元制作。现场只现浇周边框架，待周边框架施工完成后，再安装预制的A、B或C单元，且本发明采用混凝土C40对预制空腹网格单元进行浇注。

(1)预制弦杆一61、弦杆二62、弦杆三63和弦杆四64，弦杆一61和弦杆二62正交构成上弦空腹网格模块，弦杆三63和弦杆四64正交构成下弦空腹网格模块，上弦空腹网格模块通过混凝土剪力键2固定在下弦空腹网格模块的正上方，混凝土剪力键2的一端安装在弦杆一61与弦杆二62的正交处，另一端安装在弦杆三63和弦杆四64的正交处；

(2)上弦空腹网格模块与下弦空腹网格模块通过混凝土剪力键2连接形成预制空腹网格单元，预制空腹网格单元根据周边框架7要求进行组合连接，一个预制空腹网格单元的第一预留受力钢筋一511和另一个预制空腹网格单元的第二预留受力钢筋一512采用直螺纹套管9进行等强连接；其中一个预制空腹网格单元的第一预留受力钢筋二521和另一个预制空腹网格单元的第二预留受力钢筋二522采用直螺纹套管9进行等强连接；其中一个预制空腹网格单元的第一预留受力钢筋三531和另一个预制空腹网格单元的第二预留受力钢筋三532采用直螺纹套管9进行等强连接；其中一个预制空腹网格单元的第一预留受力钢筋四541和另一个预制空腹网格单元的第二预留受力钢筋四542采用直螺纹套管9进行等强连接；

(3)在弦杆一61和弦杆二62所围成的正方形一区域内封盖钢筋桁架楼承板，钢筋桁架楼承板设置在所围成的正方形一区域内的支托1上；

(4)分别在第一预留受力钢筋一511与第二预留受力钢筋一512连接处、第一预留受力钢筋二521和第二预留受力钢筋二522连接处、第一预留受力钢筋三531和第二预留受力钢筋三532连接处、第一预留受力钢筋四541和第二预留受力钢筋四542连接处、预制空腹网格单元顶部以及周边框架7进行现浇高一级混凝土C45，待养护周期达到后拆除下部支撑或脚手架进行楼盖的下一道工序，或进行第二、第三层预制装配式楼盖的施工。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。