大跨度装配式组合空腹网壳结构及其体系和施工方法与流程

本发明涉及土木工程，尤其涉及一种大跨度装配式组合空腹网壳结构及体系和施工方法。

背景技术：

1、1962年建成同济大学学生饭厅，建筑跨度40m，结构跨度54m，结构采用装配式整体式联方形网格拱形柱面网壳(胡纫茉，俞载道，冯之椿.同济大学学生饭厅的设计与施工.建筑学报,1962年第9期,p15-p19)，每个网格单元的投影为菱形，两块三角形薄板组成每个单位网格的屋面板，并采用肋梁上插筋与其相连，网格节点形成x形截面梁，肋梁纵筋在x交叉节点内连接时需要弯折，致使肋梁内纵筋不连续，则x交叉节点连接的可靠性需要其自身的刚度保证，则存在节点施工困难较大。

2、2007年建成的中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院水电科技园健身中心，22.5m跨度的屋盖采用现浇钢筋硷空腹夹层网状空间筒拱结构（罗九林.钢筋混凝土空腹夹层网状筒拱和筒壳结构的研究与应用[d].贵阳:贵州大学,2008. p69-p81），网格尺寸为1.5mx1.5m，将原实腹梁350mmx600mm改为中空200mm的空腹夹层板屋盖，自重降低了27%，取得了良好经济效益。

3、申请号为202110921395.9，名称为一种肋键全拼接型装配整体式钢砼组合空腹夹层板及方法，公开了一种平板的式的装配式组合空腹夹层板结构体系，推进了平板空腹夹层板楼盖和平板型屋盖体系的进程。因纯钢管剪力键的抗剪刚度较小，未对剪力键四个肋方向设置抗剪传力措施。另外，只在剪力键顶部与预制混凝土上肋交汇处附加局部短钢板，其与下肋交汇处无任何构造措施，明显提供的刚度作用有限，且有失美观性。预制混凝土下肋与方钢管剪力键的连接节点处，因下肋的受力钢筋根数较多，且钢筋直径较大，下肋受力钢筋与方钢管外侧处的钢筋套筒直径大且数量，钢管侧壁焊接时施工质量和安装精度难保证，同时该断面的混凝土无法浇筑密实，该节点存在安全风险。上述各问题需要改进。

4、以上对各种钢筋混凝土柱面网壳的技术并取得了各项显著的成效，但依然存在需要改进的技术问题。如上述肋梁需要预埋插筋，单元网格单元薄板需要两块拼接，x形交叉节点现场二次钢筋绑扎和节点刚度需要加强；现浇空腹夹层网状空间筒拱结构现场需要大量的模板，屋面曲面板增加了支撑和模板的施工困难，屋面混凝土浇筑时容易流淌，屋面板厚度难控制，因此上述施工均较为困难。

5、因此，现有钢筋混凝土柱面网壳屋盖结构和平面装配式空腹夹层板屋盖技术依然存在不足之处。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种大跨度装配式组合空腹网壳结构及体系和施工方法，旨在提高装配化程度，同时其结构稳定性好。

2、为实现上述目的，本发明提供一种大跨度装配式组合空腹网壳结构，包括多个空腹网格单元，每一空腹网格单元包括上弦肋、下弦肋和方钢管剪力键，其中，

3、所述方钢管剪力键包括方钢管本体、位于方钢管本体上下两端的顶板和底板、以及连接顶板和底板的加肋板，顶板和底板上均固定有支撑板，支撑板形成凹槽以供容纳上弦肋或下弦肋的端部；

4、所述上弦肋和下弦肋均包括u形钢板以及容纳于u形钢板内部的钢筋笼，钢筋笼的中部预制有混凝土，u形钢板的端部插入顶板或底板的凹槽中并将u形钢板内钢筋笼的端部与方钢管剪力键固定连接后，u形钢板的预制混凝土与方钢管之间间隙现浇混凝土连接成一整体。

5、优选地，所述方钢管剪力键还包括与顶板顶端面固定连接的抗剪钢架，支撑板与抗剪钢架的侧面固定连接，抗剪钢架的高度大于顶板上支撑板高度。

6、优选地，所述抗剪钢架和支撑板与现浇混凝土相连部分均固定有栓钉。

7、优选地，所述u形钢板与顶板或底板上的支撑板通过紧固件固定连接。

8、优选地，所述方钢管本体的侧面固定有套筒，上弦肋或下弦肋的钢筋笼端部延伸的钢筋端部固定有套筒，上弦肋或下弦肋的钢筋通过套筒焊接与方钢管本体固定连接。

9、优选地，所述上弦肋的钢筋笼向上方延伸有顶部钢筋以与上弦肋上方的现浇层中钢筋连接。

10、优选地，所述方钢管本体的内部焊接有加强钢板以提高其结构强度。

11、本发明进一步提出一种大跨度装配式组合空腹网壳体系，包括上述的大跨度装配式组合空腹网壳结构，还包括预制叠合板、叠合板面层、钢筋混凝土边梁和山墙封梁，其中，预制叠合板的侧面凸设有钢筋，大跨度装配式组合空腹网壳结构的每一空腹网格单元对应设置一预制叠合板，预制叠合板的外部钢筋架设于空腹网格单元的上弦肋上方并将相邻两预制叠合板的钢筋连接，安装所有的预制叠合板后，绑扎柱面网壳的面筋并现浇混凝土形成叠合板面层，钢筋混凝土边梁和山墙封梁位于大跨度装配式组合空腹网壳结构的外侧边。

12、本发明进一步还提出一种基于上述大跨度装配式组合空腹网壳体系的施工方法，包括以下步骤：

13、预制方钢管剪力键，绑扎上弦肋和下弦肋的u形钢板内部钢筋笼，并在钢筋笼中部浇筑混凝土形成预制段，u形钢板两端未浇筑混凝土以供后续现浇；

14、将方钢管剪力键、下弦肋和上弦肋运输到项目现场，根据每个空腹网格单元交汇下弦层节点处的位置吊装方钢管剪力键，并对方钢管剪力键校正并固定就位；

15、吊装下弦肋并将其与方钢管剪力键进行预固定，浇筑每个方钢管剪力键与下弦肋之间二次浇筑空间并养护完成；

16、吊装上弦肋并将其与方钢管剪力键进行预固定；

17、吊装每个网格对应的预制叠合板，预制叠合板之间的钢筋相互搭接后，绑扎柱面网壳的面筋，最后浇筑混凝土形成叠合板面层的混凝土和实腹边梁和山墙边梁的混凝土并一体浇筑方钢管剪力键与上弦肋之间二次浇筑空间，并养护完成。

18、优选地，所述吊装下弦肋并将其与方钢管剪力键进行预固定，浇筑每个方钢管剪力键与下弦肋之间二次浇筑空间并养护完成的步骤具体包括：

19、吊装下弦肋并将其端部容纳于方钢管剪力键下部底板的凹槽中，将下弦肋端部的钢筋与方钢管剪力键固定连接，并将下弦肋的u形钢板与支撑板固定连接；

20、在下弦肋与方钢管剪力键之间空隙中现浇混凝土并养护。

21、本发明提出的大跨度装配式组合空腹网壳体系具有以下有益效果：

22、1、因上弦肋和下弦肋均采用u形钢板内部浇筑混凝土的预制件，u形钢板即可作为混凝土浇筑的模板，从而可大大节省模板的用量和费用，另外，采用u形钢板配合钢筋笼并浇筑混凝土的方案，可提高上弦肋和下弦肋的结构强度，进而提高了本屋盖体系的结构刚度、稳定性和安全储备，另外一方面因上弦肋和下弦肋的结构强度提高，因此，本屋盖体系可实现大跨度结构；

23、2、上弦肋、下弦肋和方钢管剪力键组成一个稳定的受力体系，上弦肋、下弦肋与方钢管剪力键之间既通过钢筋连接，同时还有紧固件连接再配合现浇混凝土三种连接方式，上弦肋形成一个钢混支架可稳定支撑预制叠合板和叠合板面层，相对于现有技术其它空腹夹层网壳屋盖结构（目前没有装配式拼装空腹组合柱面网壳结构体系），一方面装配化程度高，另一方面其传力力流明确，结构稳定好，结构刚度大；

24、3、方钢管剪力键采用方钢管本体配合加肋板的结构，加肋板稳定连接底板和顶板，有效地提高了方钢管剪力键的抗剪刚度和承载力；

25、4、本屋盖体系实现拱的形态抵抗系统，上弦肋和下弦肋均主要表现为抵抗轴力为主，u型钢可承担68%的承载力，同时抵抗弯矩时解决了混凝土肋裂缝控制的问题，降低了肋件自重和减小了构件截面；

26、5、上弦肋、下弦肋和方钢管剪力键各构件重量较小，运输和吊装操作简单，现场拼装方便，可有效降低安全风险，并可实现网壳全装配式，现场工程工期可缩短45%以上，符合国家高效建造、精益建造和绿色建造等政策要求，有效实现快速建造，用于隧道入口等处的快速施工要求；

27、6、空腹网格单元的空腹部分可以穿机电管线，下弦肋层网格可作为装修层网格，节省装修吊顶费用，同时空腹网格空腹部分可以有效吸收声音传播，声学效果好。