CN111734032A - 一种具有双曲拱壳的无梁楼盖结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有双曲拱壳的无梁楼盖结构，其包括立柱、填充层和双曲拱壳，所述立柱按照横向和纵向间隔排列，所述立柱的顶部设置有托板，所述托板在水平面上的投影面积大于所述立柱的投影面积，所述双曲拱壳的上表面和下表面均呈双曲拱形，所述双曲拱壳的四个角部分别连接于四个所述立柱的托板，相邻两个所述双曲拱壳的边缘相连形成连接部，所述连接部呈拱形；所述填充层覆盖所述双曲拱壳，所述填充层的顶面平整。本发明发挥了充分利用了混凝土的优越的受压性能，双曲拱壳把荷载均匀分布传递给立柱和拱形连接部，避免了混凝土较差的抗拉性能，可以节省大量钢筋和混凝土。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有双曲拱壳的无梁楼盖结构及其施工方法，属于建筑结构技术领域。
背景技术
混凝土的抗拉强度一般只有抗压强度的1/10～1/20，因此在设计混凝土构件时总是希望混凝土构件能够最大限度地发挥抗压性能，避免受到拉应力。在桥梁的结构设计中，拱桥是最常见的方式，然而在住宅建筑的设计中却很少见到拱型结构。
砖拱楼板在数十年前曾用于砖砌体房屋，做法是在下一层顶部由砖砌成拱券，拱券上部填平作为上一层的楼板，随着钢筋混凝土的经济性提高以及抗震要求，这一做法已被淘汰。
目前在6～12米跨度广泛采用的钢筋混凝土楼盖结构是梁板结构，其中加腋大板楼盖结构综合经济性较好。但是梁板结构靠板和次梁的受弯能力承担竖向荷载，这种结构没有充分发挥混凝土的受压能力，混凝土和钢筋用量较大。
专利文献1（公开号为CN103046769A）公开一种具有双曲拱楼板及节能墙的建筑物，其中的楼板为四边厚，中间薄，上平，下双曲拱混凝土整体楼板，符合无梁楼盖的受力机理；当楼板受到均布竖向荷载时，楼板在柱周边加厚的部位的板上部钢筋受拉而下部混凝土受压，此拉力与此压力相平衡，因此楼板对周边的构件没有侧推力；楼板在跨中是板上部混凝土受压而下部钢筋受拉；并且楼板是一块整体的板，板上部钢筋受拉与下部混凝土受压具有变形协调的关系。专利文献1中的建筑物缺点在于是其实质是板柱结构，类似于加腋大板楼盖结构，靠板的受弯能力承担竖向荷载，这种结构没有充分发挥混凝土的受压能力，混凝土和钢筋用量较大。
钢筋混凝土双向板无梁楼盖有百年历史，目前在6-12米跨度有许多工程采用。其优点是板底平整，可以不吊顶，方便管道安装。结构高度小，可以节约层高。节省模板，建造方便。缺点是没有充分发挥混凝土的受压能力，混凝土和钢筋用量较大，工程造价高。
发明内容
针对现有技术中，加腋大板没有充分发挥混凝土受压强度高、用钢量大的特点，为了改善楼盖结构的受力情况，降低钢筋和混凝土的用量，提升承载能力，本发明提供一种具有双曲拱壳的无梁楼盖结构及其施工方法。具体技术方案如下。
一种具有双曲拱壳的无梁楼盖结构，其特征在于，包括立柱、填充层和双曲拱壳，所述立柱按照横向和纵向间隔排列，所述立柱的顶部设置有托板，所述托板在水平面上的投影面积大于所述立柱的投影面积，所述双曲拱壳的上表面和下表面均呈双曲拱形，所述双曲拱壳的四个角部分别连接于四个所述立柱的托板，相邻两个所述双曲拱壳的边缘相连形成连接部，所述连接部呈拱形；所述填充层覆盖所述双曲拱壳，所述填充层的顶面平整。
采用上述的技术方案，双曲拱壳的顶位于梁格中央，双曲拱壳可以把竖向荷载转化成壳截面上的压力传递给拱形的连接部以及立柱的托板，整体上双曲拱壳仅承受压应力而没有拉应力；因此会大大提双曲拱壳的竖向承载力，从而还可以节省混凝土和钢筋的用量。双曲拱壳的上部为填充层，填充层起到把竖向荷载均匀分布到双曲拱壳上的作用，防止出现应力集中情况。其中，双曲拱壳是指在横向和纵向两个方向均呈拱形，也不要求在任意横向或纵向截面上的曲率完全相同，可以是双曲抛物面扭壳、球面壳等。
进一步地，所述填充层上还设置有面板，面板起到满足使用要求的作用，比如承载车辆时，面板把受到的竖向压力均匀传给填充层。
进一步地，相对设置的连接部和/或托板之间设置有连接件，所述连接件为钢筋或钢绞线，连接件可以平衡双曲拱壳的侧推力，限制了双曲拱壳边缘的水平位移。
进一步地，所述双曲拱壳角部的伸出钢筋的端部锚固在所述托板的内部，双曲拱壳内可以设置横向、纵向交错的钢筋，以及连接两个托板的钢筋，连接两个托板的钢筋的端部锚固在托板的内部，这样可以提升双曲拱壳与托板的连接可靠性。
进一步地，相邻两个所述双曲拱壳边缘的伸出钢筋均锚固于连接部内，相邻双曲拱壳的伸出钢筋可以在连接部内相互绑扎和/或焊接连接，这有利于提升整个无梁楼盖结构的整体性和稳定性。
进一步地，所述双曲拱壳为预制双曲拱壳，双曲拱壳采用工厂预制，运输到工地安装即可，极大地提升了施工效率，同时，减少施工现场的支护复杂的拱壳模板，降低了施工成本，提升了施工质量。优选地，所述预制双曲拱壳包括两个以上的预制模块，相邻预制模块的连接处具有伸出钢筋，相邻预制模块的伸出钢筋相互固定连接，相邻预制模块之间的间隙填充混凝土或注浆料，两个以上的预制模块在施工现场相互拼接组成预制双曲拱壳，这样有利于降低预制双曲拱壳的制造难度、运输成本。
进一步地，相邻预制双曲拱壳相对的边缘具有向下延伸的拱肋，相邻的所述拱肋通过螺栓固定连接形成所述拱形的连接部，这样可以实现快速装配。
进一步地，所述双曲拱壳中间的厚度小于边缘的厚度，这符合双曲拱壳的受力情况，有利于减少混凝土的用量。
进一步地，所述双曲拱壳的下表面固定设置有凸出的加劲肋，所述加劲肋沿着横向和纵向延伸，呈网格状；加劲肋的设置有利于进一步地提高双曲拱壳的承载能力；优选地，所述加劲肋的底面是水平的，所述加劲肋内设置有预应力钢筋。
进一步地，所述填充层采用的材料包括炉渣、膨胀珍珠岩、加气混凝土、陶粒混凝土、砂土、建筑废渣、素混凝土中至少一种。
进一步地，所述双曲拱壳采用的材料为钢筋混凝土、纤维混凝土或素混凝土。
进一步地，所述面板采用的材料为钢筋混凝土、纤维混凝土、素混凝土或喷射混凝土。
基于同一发明构思，本发明还涉及上述具有双曲拱壳的无梁楼盖结构的施工方法，主要包括以下步骤：
1）、为立柱支模，浇筑立柱；
2）、为双曲拱壳、托板和连接部支模，布置双曲拱壳、托板和连接部的钢筋，双曲拱壳的钢筋端部植入托板和连接部的内部；
3）、浇筑双曲拱壳、托板和连接部；
4）、铺设填充层；
5）、绑扎面板的钢筋，浇筑面板。
基于同一发明构思，本发明还涉及上述具有双曲拱壳的无梁楼盖结构的施工方法，主要包括以下步骤：
1）、现浇或者预制立柱，预制双曲拱壳；
2）、吊装预制双曲拱壳，预制双曲拱壳角部的伸出钢筋植入到托板内部；
3）、浇筑托板，通过螺栓将相邻预制双曲拱壳进行连接；相邻预制双曲壳板之间的结合缝中灌注混凝土或胶凝材料；
4）、铺设填充层；
5）、绑扎面板的钢筋，浇筑面板。
本发明相比于现有的楼盖结构具有以下有益效果。
本发明发挥了混凝土双曲拱壳承受竖向荷载时双向（横向、纵向）截面受压的特点，把荷载均匀分布传递给拱形的连接部以及立柱的托板，使立柱受力均衡，因而保证了立柱设计的经济性。
本发明充分发挥了双曲拱壳以压力方式传递竖向荷载，充分利用了混凝土的优越的受压性能，避免了混凝土较差的抗拉性能，因此可以节省大量钢筋和混凝土。
本发明利用了拱形连接部和/或托板之间的连接件来约束双曲拱壳边缘的位移，提高了双曲拱壳承载力。
本发明利用了双曲拱壳与楼盖平面之间的间隙填充轻质材料和设置面板来分散楼盖上的集中荷载，起到保护双曲拱壳减小局部弯矩的作用，因此可以减小双曲拱壳厚度。
本发明的混凝土预制双曲拱壳可以采用工厂预制，避免了在施工现场搭建复杂的模板，极大地提升了生产和施工效率，尤其是对预制双曲拱壳采用多预制模块拼接的方式进行生产，能进一步提升生产效率。
附图说明
图1是本发明实施例1的楼盖结构的俯视图；
图2是图1中A-A剖视图；
图3是图1中B-B剖视图；
图4是本发明实施例2的楼盖结构的俯视图；
图5是图4中A-A剖视图；
图6是本发明实施例3的楼盖结构的俯视图；
图7是图6中A-A剖视图。
图中：立柱1、连接部2、填充层3、双曲拱壳4、面板5、钢筋6、托板7、连接件8、拱肋9、螺栓10、结合缝11、横向X、纵向Y。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1
参见图1、图2和图3，具有现浇双曲拱壳的无梁楼盖结构，包括立柱1、填充层3和双曲拱壳4，立柱1按照横向X和纵向Y间隔排列，立柱1的顶部设置有托板7，托板7在水平面上的投影面积大于所述立柱的投影面积，托板7为多边形的平板，其厚度在靠近中心处较厚，在靠近边缘处较薄；双曲拱壳4的上表面和下表面均呈双曲拱形，双曲拱壳4的四个角部分别连接于四个立柱1的托板7，相邻两个双曲拱壳4的边缘相连形成连接部2，连接部2呈拱形；填充层3覆盖双曲拱壳4，填充层3的顶面平整。优选地，填充层3上还设置有面板5。
相对设置的连接部2和/或托板7之间设置有连接件8，连接件8为钢筋或钢绞线，连接件8可以平衡双曲拱壳4的侧推力，限制双曲拱壳4边缘的水平位移。
双曲拱壳4内的钢筋6横向和纵向交错设置，钢筋6呈拱形，钢筋6的两个端部均锚固在连接部2的内部，可与连接部2内的钢筋绑扎和/或焊接固定；双曲拱壳4内还设置有连接两个托板7的钢筋，连接两个托板7的钢筋6的端部锚固在托板7的内部，这样可以提升相邻双曲拱壳以及双曲拱壳与立柱的连接可靠性。
优选地，双曲拱壳4中间的厚度小于边缘的厚度，这符合双曲拱壳的受力情况，有利于减少混凝土的用量。
优选地，双曲拱壳4的下表面固定设置有凸出的加劲肋（未图示），加劲肋沿着横向和纵向延伸，呈网格状。优选地，加劲肋的底面是水平的，加劲肋内设置有预应力钢筋。
填充层3采用的材料包括炉渣、膨胀珍珠岩、加气混凝土、陶粒混凝土、砂土、建筑废渣、素混凝土中至少一种，应满足局部受压验算的要求。
双曲拱壳4采用的材料为钢筋混凝土、纤维混凝土或素混凝土。
面板5采用的材料为钢筋混凝土、纤维混凝土、素混凝土或喷射混凝土，面板5的混凝土强度应满足局部受压验算的要求，并具有一定防水功能。
上述具有现浇双曲拱壳的无梁楼盖结构的施工方法，主要包括以下步骤：
1）、为立柱支模，浇筑立柱1；立柱1沿着横向X和纵向Y两个方向间隔设置；
2）、为双曲拱壳4、托板7和连接部2支模，布置双曲拱壳、托板和连接部的钢筋，双曲拱壳的钢筋端部植入托板7和连接部2的内部；
3）、浇筑双曲拱壳4、托板7和连接部2，安装连接件8；
4）、铺设填充层3；
5）、绑扎面板的钢筋，浇筑面板5。
本发明的楼盖结构利用了混凝土双曲拱壳4抵抗楼面竖向压力的受力特性，以双曲拱壳4承担楼盖受到的竖向压力。传力过程是：楼盖受到的竖向外荷载作用在面板5上，面板5把荷载传到填充层3的轻质材料上，填充层3把压力分散传给双曲拱壳4，双曲拱壳4通过整体受压把竖向荷载传给周边托板7和拱形连接部2；一部分水平侧推力由连接件8承担，连接件8端部固定在连接部2和托板7上。
实施例2
具有预制双曲拱壳的无梁楼盖结构，与实施例1不同之处在于：双曲拱壳4采用预制双曲拱壳。如图4和图5所示，相邻预制双曲拱壳4相对的边缘具有向下延伸的拱肋9，相邻的拱肋9通过螺栓10固定连接，拱肋9之间的结合缝11中灌注混凝土或胶凝材料，拱肋9和结合缝11一起形成拱形的连接部2，这样可以实现快速装配。
具有预制双曲拱壳的无梁楼盖结构的施工方法，主要包括以下步骤：
1）、现浇或者预制立柱1，预制双曲拱壳4；
2）、吊装预制双曲拱壳4，预制双曲拱壳4角部的伸出钢筋植入到托板7内部；
3）、浇筑托板7，通过螺栓10将相邻预制双曲拱壳4进行连接，相邻预制双曲壳板之间的结合缝11中灌注混凝土或胶凝材料；安装连接件8；
4）、铺设填充层3；
5）、绑扎面板的钢筋，浇筑面板5。
实施例3
具有预制双曲拱壳的无梁楼盖结构，与实施例2不同之处在于：双曲拱壳4采用预制双曲拱壳。如图6和图7所示，预制双曲拱壳4包括两个以上的预制模块4.1，相邻预制模块4.1的连接处具有伸出钢筋，相邻预制模块4.1的伸出钢筋相互固定连接，相邻预制模块4.1之间的间隙填充混凝土或注浆料；另外，相邻双曲拱壳4内的钢筋6的端部锚固在连接部2的内部，可与连接部2内的钢筋绑扎和/或焊接固定。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有双曲拱壳的无梁楼盖结构，其特征在于，包括立柱、填充层和双曲拱壳，所述立柱按照横向和纵向间隔排列，所述立柱的顶部设置有托板，所述托板在水平面上的投影面积大于所述立柱的投影面积，所述双曲拱壳的上表面和下表面均呈双曲拱形，所述双曲拱壳的四个角部分别连接于四个所述立柱的托板，相邻两个所述双曲拱壳的边缘相连形成连接部，所述连接部呈拱形；所述填充层覆盖所述双曲拱壳，所述填充层的顶面平整。
2.根据权利要求1所述的一种具有双曲拱壳的无梁楼盖结构，其特征在于，所述填充层上还设置有面板。
3.根据权利要求1所述的一种具有双曲拱壳的无梁楼盖结构，其特征在于，相对设置的连接部和/或托板之间设置有连接件。
4.根据权利要求1所述的一种具有双曲拱壳的无梁楼盖结构，其特征在于，所述双曲拱壳角部的伸出钢筋的端部锚固在所述托板的内部。
5.根据权利要求1所述的一种具有双曲拱壳的无梁楼盖结构，其特征在于，相邻两个所述双曲拱壳边缘的伸出钢筋均锚固于连接部内。
6.根据权利要求1所述的一种具有双曲拱壳的无梁楼盖结构，其特征在于，所述双曲拱壳为预制双曲拱壳；优选地，所述预制双曲拱壳包括两个以上的预制模块，相邻预制模块的连接处具有伸出钢筋，相邻预制模块的伸出钢筋相互固定连接，相邻预制模块之间的间隙填充混凝土或注浆料；优选地，相邻预制双曲拱壳相对的边缘具有向下延伸的拱肋，相邻的所述拱肋通过螺栓固定连接形成所述拱形的连接部。
7.根据权利要求1所述的一种具有双曲拱壳的无梁楼盖结构，其特征在于，所述双曲拱壳的下表面固定设置有凸出的加劲肋，所述加劲肋沿着横向和纵向延伸，呈网格状。
8.根据权利要求2所述的一种具有双曲拱壳的无梁楼盖结构，其特征在于，所述双曲拱壳中间的厚度小于边缘的厚度；所述填充层采用的材料包括炉渣、膨胀珍珠岩、加气混凝土、陶粒混凝土、砂土、建筑废渣、素混凝土中至少一种；所述双曲拱壳采用的材料为钢筋混凝土、纤维混凝土或素混凝土；所述面板采用的材料为钢筋混凝土、纤维混凝土、素混凝土或喷射混凝土。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述的具有双曲拱壳的无梁楼盖结构的施工方法，主要包括以下步骤：
1）、为立柱支模，浇筑立柱；
2）、为双曲拱壳、托板和连接部支模，布置双曲拱壳、托板和连接部的钢筋，双曲拱壳的钢筋端部植入托板和连接部的内部；
3）、浇筑双曲拱壳、托板和连接部；
4）、铺设填充层；
5）、绑扎面板的钢筋，浇筑面板。
10.一种如权利要求1-8任意一项所述的具有双曲拱壳的无梁楼盖结构的施工方法，主要包括以下步骤：
1）、现浇或者预制立柱，预制双曲拱壳；
2）、吊装预制双曲拱壳，预制双曲拱壳角部的伸出钢筋植入到托板内部；
3）、浇筑托板，通过螺栓将相邻预制双曲拱壳进行连接；
4）、相邻预制双曲壳板之间的结合缝中灌注混凝土或胶凝材料；
4）、铺设填充层；
5）、绑扎面板的钢筋，浇筑面板。
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Application publication date: 20201002 Assignee: Hunan Rongtong Ancient Architecture and Landscape Engineering Co.,Ltd. Assignor: Hunan City University|Yu Dong|Hunan Hetian Construction Technology Co.,Ltd. Contract record no.: X2023980040542 Denomination of invention: A beamless floor structure with hyperbolic arch shell and its construction method Granted publication date: 20210903 License type: Common License Record date: 20230828 |
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