近方形平面混凝土蜂窝型空间网格盒式结构及制作方法与流程

本发明涉及公共建筑技术领域，更具体地，涉及一种近方形平面混凝土蜂窝型空间网格盒式结构及制作方法。

背景技术：

为了节约土地，促进生态文明建设，执行《节约集约利用土地规定》(2014年61号文件)精神，大跨度(l＝18m-40m)公共与体育建筑应向多层(h≤24m)发展，如图1所示，lx＝ly＝36m的方形平面，采用现行结构体系，即预应力混凝土框架结构体系，存在如下不足，其一：建材用量大c40混凝土用量0.45m³/m²，钢材135kg/m²以上(含预应力筋)；其二：结构体系受力不均匀，框架大梁两边(x方向)承担楼面荷载(含结构自重)80％以上，导致正交(x，y)的两边基础承载力极不均匀；其三：在多层建筑总高h≤24m条件下，由于结构厚度大，只能设计为两层；其四：从图1结构布置图分析，正交的两个方向(x，y)抗侧刚度差，且不相等，竖直方向(y)大于水平方向(x)此种传统的混凝土结构体系已在多项两层大跨度公共与体育建筑应用，工程实践已论证上述不足。近年来，也出现了采用新型的混凝土空腹夹层板楼盖结构体系的建筑，但网格造型局限于正交正放和正交斜放。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种近方形平面混凝土蜂窝型空间网格盒式结构及制作方法，其力学模型优于传统预应力混凝土框架结构，抗侧刚度大幅度提高，在总高度不超过24m的前提下可作三层，同时丰富了建筑物室内造型，达到“安全、合理、先进、经济”的循环经济原则要求。

本发明采用如下技术方案：

近方形平面混凝土蜂窝型空间网格盒式结构，包括多层近方形平面混凝土蜂窝型空腹夹层板楼盖与混凝土网格式框架柱，所述楼盖在支座位置与周边的混凝土网格式框架柱刚性连接，形成多层大跨度近方形平面的混凝土蜂窝型空间网格盒式体系；

其中，每层大跨度近方形平面混凝土蜂窝型空腹夹层板楼盖分为上弦层与下弦层，所述下弦层由下弦梁构成多个正六边形蜂窝网格，近方形平面水平方向边长lx是蜂窝网格高2h的m倍，竖直方向边长ly是蜂窝网格边长b的n倍，并从上、下两端以2b+b＝3b方式向竖直边中央排列，正中央支座网格b共用，即近方形面积增大或缩小时，y向按3b缩小或增大，沿x向按2h倍数关系缩小或增大，所述上弦层由上弦梁和正六边形网格现浇钢筋混凝土楼板组成，上弦梁与下弦梁一样构成相同的多个正六边形蜂窝网格，通过刚性连接上、下弦六边形交点的竖向实体剪力键组成空间夹层板；

所述楼盖的蜂窝网格空腹梁在楼盖平面内夹角60°三向分布，与周边的网格式框架结构刚性连接，荷载传递线路最短；

所述混凝土网格式框架包括分布于各个支座处的多个立柱和连接相邻立柱的若干横梁，所述横梁包括位于楼盖处的主横梁、位于窗顶过梁处的第一道横梁和位于窗台处的第二道横梁。

进一步的，两正交边长lx≠ly，lx/ly≈1，楼盖平面为两正交边长度误差±2％之内的近方形平面，且边长18≦lx、ly≦40m。

进一步的，所述近方形平面混凝土蜂窝型空间网格盒式结构至少为3层。

进一步的，所述每层楼盖水平方向边lx支座设置其边每2h等分点处，竖直方向边ly支座设置在其边从上、下两边向中央以2b、b的间隔交替排列点处。

进一步的，每个所述支座处设置一根立柱，以形成周边矩形柱网，所述周边矩形柱网的的立柱数量随楼盖面积的增大而增多。

进一步的，当b＝2m，h＝1.732m，m＝10，n＝17，相邻两根立柱之间分布有9根横梁时，lx方向盒式结构有90个网格，ly方向盒式结构有97个网格。

近方形平面混凝土蜂窝型空间网格盒式结构的制作方法，包括如下步骤：

s1、制作近方形平面混凝土蜂窝型空腹夹层板楼盖：按建筑要求确定楼盖平面尺寸，同时根据近方形平面网格构造要求确定正六边形网格尺寸；分别从上、下两边向竖直边中央按列布置边长为b的正六边形，每行正六边形与长边相切的长度以2b、b的顺序交替排列最终形成上弦层和下弦层蜂窝型网格，利用实体剪力键将上弦层与下弦层固定，并在上弦梁上浇制钢筋混凝土楼板，正六边形网格组成的上弦梁和上表面现浇钢筋混凝土楼板构成上弦层；

s2、制作钢筋混凝土网格式框架柱：确定近方形平面的水平方向边每2h等分点处和竖直方向边从上、下两边向竖直边以2b、b的间隔交替排列点处、近方形平面的四个角处为大跨度空腹夹层板楼盖支座位置，在每一支座位置设置一根立柱，在相邻立柱之间设置连接横梁，横梁一般为设置在楼盖处的主横梁、如果层高较大，可在窗顶过梁处增设一道横梁及在窗台处增设第二道横梁。

本发明的有益效果为：

①用钢量相应减小，节省建材用量，造型美观大方；

②具有良好的三维空间力学特性，内力分布均匀，其周边的网格式框架结构抗侧刚度在减小建材用量的前提下，满足结构规范的基本要求；

③楼盖厚度比正交正放和正交斜放混凝土空腹夹层板楼盖厚度下降15％，楼盖空腹还可作设备层使用，以前述的公共体育建筑为例，在建筑总高度h≤24m时，采用预应力混凝土框架结构，只能设计为两层，采用蜂窝型空间网格盒式结构，建筑可设计为三层。

附图说明

图1为大跨度(l＝36m)正方形平面预应力混凝土框架结构的结构平面布置图；

图2为近方形平面(lx＝34.64m，ly＝34m)混凝土蜂窝型空腹夹层板楼盖结构平面布置图；

图3为对应图2的lx方向，三层混凝土网格式框架结构布置图；预应力框架结构18个网格，盒式结构90个网格，盒式结构网格是预应力框架结构的90/18＝5倍；

图4为对应附图2的ly方向，三层混凝土网格式框架结构布置图；预应力框架结构16网格，盒式结构97个网格，盒式结构网格是预应力框架结构的97/16＝6.06倍。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明。

实施例1

如图1至图4所示，近方形平面混凝土蜂窝型空间网格盒式结构，包括多层近方形平面混凝土蜂窝型空腹夹层板楼盖与混凝土网格式框架柱，所述楼盖在支座位置与周边的混凝土网格式框架柱刚性连接，形成多层大跨度近方形平面的混凝土蜂窝型空间网格盒式体系；

其中，每层大跨度近方形平面混凝土蜂窝型空腹夹层板楼盖分为上弦层与下弦层，所述下弦层由下弦梁构成多个正六边形蜂窝网格，近方形平面水平方向边长lx是蜂窝网格高2h的m倍，竖直方向边长ly是蜂窝网格边长b的n倍，并从上、下两端以2b+b＝3b方式向竖直边中央排列，正中央支座网格b共用，即近方形面积增大或缩小时，y向按3b缩小或增大，沿x向按2h倍数关系缩小或增大，所述上弦层由上弦梁和正六边形网格现浇钢筋混凝土楼板组成，上弦梁与下弦梁一样构成相同的多个正六边形蜂窝网格，通过刚性连接上、下弦六边形交点的竖向实体剪力键组成空间夹层板；楼盖的蜂窝网格空腹梁在楼盖平面内夹角60°三向分布，与周边的网格式框架结构刚性连接，荷载传递线路最短；混凝土网格式框架包括分布于各个支座处的多个立柱和连接相邻立柱的若干横梁，所述横梁包括位于楼盖处的主横梁、位于窗顶过梁处的第一道横梁和位于窗台处的第二道横梁。

两正交边长lx≠ly，lx/ly≈1，楼盖平面为两正交边长度误差±2％之内的近方形平面，且边长18≦lx、ly≦40m。

每层楼盖水平方向边lx支座设置其边每2h等分点处，竖直方向边ly支座设置在其边从上、下两边向中央以2b、b的间隔交替排列点处。每个所述支座处设置一根立柱，以形成周边矩形柱网，所述周边矩形柱网的的立柱数量随楼盖面积的增大而增多。

实施例2

图2所示混凝土蜂窝型空腹夹层板楼盖与网格式框架柱刚性连接，设蜂窝网格(正六边形网格)边长为为b＝2m，其高2h(h为正三角形高)＝2×b×sin60°＝2×2×0.866＝3.464m。此时沿水平方向(x)长度lx＝m×2h＝10×3.464＝34.64m，沿垂直方向(y)长度ly＝n×b＝17×2＝34.0m，两边长度差仅为1.8％，楼盖面积为1178m²，近方形平面大跨度混凝土蜂窝型空间网格盒式结构即形成。

如图1所示，大跨度(l＝36m)正方形平面预应力混凝土框架结构的结构布置图，若作三层大跨度建筑，其正交的x，y方向混凝土框架立柱数均为7个，结构网格数分别为3×6＝18个(lx方向)和3×6-2＝16个(ly方向)(lx＝ly＝36m)，图2所示盒式结构亦为三层，其正交的x，y方向混凝土框架立柱数分别为11个(lx方向)和12个(ly方向)，即m＝10，n＝17。三层混凝土网格式框架沿水平方向(lx方向)网格数有：3×3×10＝90个(如图3所示)，其沿竖直方向(ly方向)网格式框架网格数有：3×3×11－2＝97格(两边各开两个大门)(如图4所示)，三层混凝土网格式框架沿水平、竖直两个方向网格数分别比图1所示的预应力框架网格数量增多72和81个，抗侧刚度大幅度提高。

实施例3

本实施例中该盒式结构为三层，第一层层高为9.2m，第二层层高为7.2m，第三层层高为7.55m。当第一层层高过高时，还可以在第一层窗的中间增加一根横梁，则沿水平、竖直方向网格式框架网格数分别变为100、108格。

实施例4

当大跨度近正方形平面混凝土蜂窝型空腹夹层板楼盖面积变小，沿y向要按(b+2b)＝3b缩小，即ly＝17b-3b＝14b＝14×2m＝28m，沿x向按2h倍缩小，即lx＝10×2h－2h＝9×2h＝9×2×1.732m＝31.176m，lx/ly＝1.113＞1.018，若沿x向按2×(2h)缩小，lx＝8×2h＝8×2×1.732m＝27.712m，ly/lx＝1.01，仍为近正方形。

当近正方形面积要增大时，按缩小相同原理，即近方形面积要缩小或增大，沿y向必须按(b+2b)＝3b缩小或增大，沿x向必须按2h倍数关系缩小或增大。

实施例5

大跨度近正方形平面混凝土蜂窝型空腹夹层板楼盖的蜂窝网格空腹梁在楼盖平面内夹角60°三向分布，即楼盖平面内的荷载沿蜂窝型网格夹角60°分布，近方形平面混凝土蜂窝型空腹夹层板楼盖它的楼面荷载均通过夹角互为60°的三个方向传给周边支承点，使楼盖的空腹网格受力更趋均匀。大跨度近正方形平面混凝土蜂窝型空腹夹层板楼盖具有圆形平面大跨度蜂窝型混凝土空腹夹层板楼盖相同的静、动力学特性，它的构造是一种自重轻、受力均匀，造型美观大方的新型结构体系。

上述实施方式是对本发明做的进一步解释和说明，不能作为对本发明的限制。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。