專利名稱：用于大跨度廠房的平底面雙預(yù)應(yīng)力組合屋頂天花板結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
根據(jù)國際專利分類，本發(fā)明涉及E04B1/00所約定的領(lǐng)域，E04B1/00一般和建筑物及建筑部件E04C3/00有關(guān)，更具體地說，和E04C3/00及3/294組有關(guān)。
技術(shù)問題具有平底天花板的雙預(yù)應(yīng)力組合屋頂天花板結(jié)構(gòu)是平面空間承載預(yù)制件，用于建造大跨度廠房，它能解決若干部分技術(shù)問題以達(dá)到下述目的建筑大跨度建筑物中的平底面以消除建筑物內(nèi)部到屋頂結(jié)構(gòu)不美觀的外表，消除屋頂斜梁間的無用空間并減少建筑物內(nèi)部非必要的受熱容積，在屋頂和天花板之間形成自然通風(fēng)空間以節(jié)約熱能及使設(shè)備能通過窄的頂層空間而不會被看到，通過大幅但相對輕的構(gòu)件的應(yīng)用解決高處作業(yè)安全問題和提高大跨度屋頂天花板建筑速度。
上述技術(shù)問題的解決關(guān)鍵是解決建造技術(shù)問題，保證建筑物有承載能力，適中的適用性和耐久性，防止細(xì)長的混凝土預(yù)制板底面出現(xiàn)太大撓度和寬的裂紋。
應(yīng)用普通的鋼筋混凝土底面預(yù)制板會減少這些細(xì)長結(jié)構(gòu)的跨度并使這些結(jié)構(gòu)的適用性變得不可靠。
采用剛性好的上部結(jié)構(gòu)或用形狀做成反向撓曲來補(bǔ)償，都能降低鋼筋混凝土平底預(yù)制件的大的撓度，但用這樣辦法來減小撓度不僅不經(jīng)濟(jì)而且不可靠，因此，裂縫問題仍得不到解決。
大跨度鋼筋混凝土底面預(yù)制件應(yīng)用時受到大的張力，因而會產(chǎn)生裂縫并且由于混凝土的徐變及收縮，裂紋會擴(kuò)展，因此當(dāng)裂縫加寬時撓度會因相互作用而加大。大的軸向拉力和在上部結(jié)構(gòu)與底面連接處局部集中的小彎矩，兩者組合造成底面板中的初始裂縫，并隨時間推移而加寬，而不是想象那樣分布在鋼筋混凝土的底面板全長上。
因此問題集中在用適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力方法，預(yù)應(yīng)力可靠而持久地抵抗大的撓度并消除或減小在高張力底面板中混凝土的開裂，本預(yù)應(yīng)力法使混凝土底面板向上彎并在板中引起壓力。
該問題用通常的混凝土預(yù)應(yīng)力法不能解決，因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)有其特異性，由于與整個橫斷面重心的偏心距小，作用在底面板重心上的中心預(yù)應(yīng)力只會影響底面板中的裂縫，不會影響撓度。
普通預(yù)應(yīng)力法將壓力引入梁中或混凝土桁架結(jié)構(gòu)中混凝土橫斷面重心以下，但由于截面特殊的幾何形狀使構(gòu)件向上撓曲，同時解決了撓曲問題和混凝土開裂的問題。
特殊的平底面屋頂天花板組合結(jié)構(gòu)，由于其整個橫斷面重心與底面板的偏心度小到可以忽略不計，因此不能用普通預(yù)應(yīng)力法將壓力引進(jìn)混凝土主體中來施加預(yù)應(yīng)力，同時獲得底面板向上的反向撓曲和其裂紋的閉合。
在橫斷面重心以下偏心距外引入這樣的預(yù)應(yīng)力需要將鋼筋重心設(shè)置在位于底面板平面以下，這樣會使平的底面破壞。
向中心加預(yù)應(yīng)力會將壓力引入底面板重心，由于其偏心距小，所以只會影響裂縫，一點(diǎn)不會影響撓曲。大跨度時其他的技術(shù)問題是穩(wěn)定上部細(xì)長結(jié)構(gòu)，防止在其整個長度上發(fā)生橫向壓曲，而引起整個結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定和失效。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及特定的組合屋頂天花板結(jié)構(gòu)，就我所知未曾有類似解決方案。本發(fā)明的全部優(yōu)點(diǎn)歸功于本預(yù)應(yīng)力法，該方法使其能應(yīng)用到大跨度廠房的建造。
各種傳統(tǒng)的混凝土預(yù)應(yīng)力法均適合具有相應(yīng)橫斷面形狀的混凝土特殊性，因此將預(yù)應(yīng)力引入梁、桁架或板塊的下部區(qū)域，由于壓力施加在橫斷面重心以下偏心距處，因而可同時解決撓曲和開裂問題。有幾種施加預(yù)應(yīng)力的方法在建筑鋼建筑時是常見的，這時桁架的某些構(gòu)件用力學(xué)或熱學(xué)方法引進(jìn)預(yù)應(yīng)力。
以上施加預(yù)應(yīng)力方法是眾所周知的，應(yīng)用于單種材料的結(jié)構(gòu)，因而適用于它的專指特征。這些結(jié)構(gòu)，由于其具有的特殊性，如用混凝土和鋼部件制成的混合梁，在預(yù)應(yīng)力準(zhǔn)則下不能與常見的結(jié)構(gòu)比較，因此在同樣意義上，有幾種技術(shù)辦法應(yīng)用于將預(yù)應(yīng)力引入橫斷面重心以下。
發(fā)明的公開本發(fā)明解決了建造大跨度工業(yè)建筑物用的特定的組合屋頂天花板平底面結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力的問題，其優(yōu)點(diǎn)如下大跨度建筑物有平底面可消除從建筑物內(nèi)部到屋頂結(jié)構(gòu)不美觀問題，除了通常應(yīng)用在堅(jiān)固的行業(yè)和倉庫外，這種結(jié)構(gòu)可適用精致行業(yè)、商店等。預(yù)先制作的底面是精加工的，無需現(xiàn)場附加加工。
消除屋頂斜梁間的無用空間可減少屋內(nèi)受熱面積，節(jié)約熱能。
用滾球簡單地隔熱的自然通風(fēng)頂層改進(jìn)屋頂?shù)母魺?，因而能使所有設(shè)備通過窄的頂層空間放在看不見地方，確保維修方便，而不是通過墻壁或其它室內(nèi)部分看得見的地方。
由于所有作業(yè)都是在底板平面上完成，能在自然的站立位置下工作，安裝屋頂作業(yè)時，高處作業(yè)的安全性得到提高。
立刻可蓋住大區(qū)段屋頂?shù)陌鍫畲笮皖A(yù)制板構(gòu)件的應(yīng)用比許多常見采用主副大梁的施工方法有很多優(yōu)點(diǎn)。
為了在大跨度時獲得這些結(jié)構(gòu)的上述優(yōu)點(diǎn)，問題集中在如何確保該結(jié)構(gòu)的承載能力、適用性和耐久性的建筑技術(shù)問題上。這些問題可用將二個獨(dú)立的預(yù)應(yīng)力方法結(jié)合起來的雙預(yù)應(yīng)力法解決，其中一個減少結(jié)構(gòu)的混凝土底板的撓度，另一個消除或減少因大的張力引起的裂紋。
為了較好理解本發(fā)明解決的技術(shù)問題，在圖1及圖2所示的簡化模型上將常見的預(yù)應(yīng)力法與平底面屋頂天花板組合結(jié)構(gòu)應(yīng)用的預(yù)應(yīng)力法作比較。
圖1所示梁或桁架施加預(yù)應(yīng)力的常見方法是將壓力(P0)，在張力區(qū)內(nèi)或外的混凝土橫斷面重心(T)以下偏心距(e)處引進(jìn)，將梁的兩端向中跨推，從而產(chǎn)生負(fù)的彎矩(M＝e×P0)，此彎矩使梁向上撓曲(u)。通過這一預(yù)應(yīng)力，向上撓曲使外力產(chǎn)生的向下?lián)锨鷾p小，同時，外加的壓力(Nt)使梁的張力區(qū)中的裂紋閉合。
此方法不適用于特殊的組合屋頂天花板結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)有寬的底板，其橫斷面重心位置低。結(jié)構(gòu)的下部采用重的混凝土樓板，上部是輕的鋼構(gòu)件的結(jié)構(gòu)看起來是不合理的，因?yàn)殇撛诮?jīng)受很大壓力時存在穩(wěn)定性問題，而只能承受小拉力的混凝土卻暴露在大的拉力下。然而，為了獲得平底面及其優(yōu)點(diǎn)，作此選擇必須付出代價。由于這樣承重是不合理的選擇，所以這樣施加預(yù)應(yīng)力比常見的混凝土施加預(yù)應(yīng)力方法需要更多費(fèi)用。在橫斷面重心以下處引進(jìn)預(yù)應(yīng)力(P0)須使預(yù)應(yīng)力鋼筋下放到底板以下，這樣會破壞平底板的效果。
圖2所示本發(fā)明施加預(yù)應(yīng)力的原理是常見方法的一種轉(zhuǎn)變。
為了獲得向上撓曲(u)，將在中間分開的上部結(jié)構(gòu)從中跨向其兩端推，從而在混凝土橫斷面重心(T)之上的偏心距(e)處作用預(yù)壓應(yīng)力(P0)。
在兩種對比的方法中，產(chǎn)生負(fù)的彎矩(M＝e×P0)使底板向上撓曲(u)。但因采用常見施加預(yù)應(yīng)力方法將要求的外加壓力(Nt)引進(jìn)到樓板中，在另一情況中將其上部結(jié)構(gòu)推向其兩端，所以引進(jìn)了不希望有的張力(Nr)，它必須用另外的預(yù)應(yīng)力加以減小或消除，這就是為獲得平底面所付出的代價。
圖3示出同一模型上作第二次附加的中心預(yù)應(yīng)力施加方法，該方法在底板中引進(jìn)壓力(Nt1)來消除由于外載及在圖2所示第一預(yù)應(yīng)力造成的張力。這第二次預(yù)應(yīng)力的施加不產(chǎn)生彎矩，因?yàn)榱Φ淖饔命c(diǎn)與混凝土重心的偏心度幾乎為零，且對撓曲的影響也遠(yuǎn)不如第一次預(yù)應(yīng)力。
因此，控制結(jié)構(gòu)中裂縫和撓曲的技術(shù)問題由二次獨(dú)立的施加預(yù)應(yīng)力方法來解決。
在圖4的實(shí)際模型中示出二次施加預(yù)應(yīng)力的實(shí)際做法。上部鋼結(jié)構(gòu)包括二根在跨度中間斷開的對稱兩半(2)，和垂直的連接件(3)。在中跨處的斷開位置具有帶有垂直楔的部件，上部結(jié)構(gòu)靠它來施加預(yù)應(yīng)力，并隨后互相連接。上部結(jié)構(gòu)的兩半首先定位在澆鑄樓板的模殼(form)(6)上。
在模板(4)中預(yù)應(yīng)力鋼筋受到預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力鋼筋事先穿進(jìn)條鋼(3)端部的孔(5)中，使鋼構(gòu)件(3)與混凝土樓板(1)連結(jié)，底板(1)隨后澆混凝土。混凝土凝固后，將預(yù)應(yīng)力鋼筋與模殼(6)脫離，結(jié)果樓板受壓力。此結(jié)構(gòu)目前通過第一步產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。
現(xiàn)在上部結(jié)構(gòu)(2)與混凝土底板(1)結(jié)合?；炷涟暹@時處在壓應(yīng)力作用下，如圖1所示，但底板并未向上撓區(qū)。
現(xiàn)在按圖2所示原理施加附加預(yù)應(yīng)力。在上部結(jié)構(gòu)(2)斷開處，鋼楔(7)設(shè)置在連接分開部分部件兩端的連接槽中，并準(zhǔn)備好推動鋼楔的推動裝置(8)。
推動在部件(7)內(nèi)的鋼楔使上部結(jié)構(gòu)(2)的二個分離部件推向底板(1)的端部，在底板內(nèi)產(chǎn)生了拉力，但底板在第一次預(yù)應(yīng)力施加中已受到先前的壓縮。
第一次預(yù)加應(yīng)力產(chǎn)生的壓力，其值必須是在減去第二次加預(yù)應(yīng)力引起的拉力之后仍留下足夠的壓力，因而混凝土底板中減去由于外力引起的拉力后，留下的拉力小于許用值或等于零。


圖1在簡化模型上示出普通施加預(yù)應(yīng)力方法的原理，即將壓應(yīng)力預(yù)先加到橫斷面重心以下，并示出產(chǎn)生的內(nèi)力。
圖2在簡化模型上示出施加預(yù)應(yīng)力方法的原理，即通過推開上部結(jié)構(gòu)，在橫斷面重心上方引進(jìn)壓縮預(yù)應(yīng)力，并示出產(chǎn)生的內(nèi)力。
圖3在簡化模型上示出在結(jié)構(gòu)樓板中附加中心預(yù)應(yīng)力，并示出產(chǎn)生的內(nèi)力。
圖4是實(shí)際模型的側(cè)視圖，示出了說明施加預(yù)應(yīng)力方法及其組成部件所必需的。
圖5是具有組成部件的該結(jié)構(gòu)的斷面圖。
圖6是施加有預(yù)應(yīng)力的分開的上部結(jié)構(gòu)的詳圖。
圖7示出上部結(jié)構(gòu)防止壓曲的方法。
優(yōu)選實(shí)施例的說明在中跨處對稱地分成二個相同部件的上部鋼結(jié)構(gòu)(2)放置到模板(6)上，以便向立著垂直構(gòu)件(3)的底板(1)澆混凝土。事先穿進(jìn)條鋼(3)端部的孔(5)中的鋼筋在模板(4)中施加預(yù)應(yīng)力，然后向底板(1)澆混凝土。混凝土硬化后用蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝加固，將鋼筋(4)與模板(6)脫離。于是第一次預(yù)應(yīng)力施加完成。
鋼結(jié)構(gòu)(2)斷成預(yù)制件可減少應(yīng)力集中，安裝好鋼楔(7)并準(zhǔn)備好推動鋼楔的推動裝置(8)。推動部件(7)內(nèi)的鋼楔，則上部結(jié)構(gòu)(2)的二個分開的部件受到預(yù)應(yīng)力，因而通過測量中跨處底板(1)的向上撓曲和用推動裝置(8)上的表壓測量鋼楔的驅(qū)動力，可控制引入的力。由這二種測量結(jié)果能可靠算出引入的力。
有平底面的雙預(yù)應(yīng)力組合屋頂天花板結(jié)構(gòu)是打算用于建造大跨度工業(yè)建筑物和類似大跨度建筑物。由于它的方法特別，當(dāng)與某些常見的施工方法比較發(fā)現(xiàn)它有許多優(yōu)點(diǎn)，如板狀大型構(gòu)件立即可獲得屋頂和底面光潔的天花板。美觀的底面封閉屋頂斜梁間的無用空間，也降低內(nèi)部受熱容積，節(jié)省熱能。
天花板和屋頂之間的自然通風(fēng)空間的形成，使各種設(shè)備可通過窄的頂屋空間而看不見，不必影響建筑物內(nèi)部，否則花費(fèi)不少。
可立即蓋住大區(qū)段屋頂?shù)陌鍫畲箢A(yù)制板構(gòu)件比許多常見采用主梁和副梁的建筑法有很多優(yōu)點(diǎn)。美觀的底面封閉了屋頂斜梁間的無用空間，降低內(nèi)部受熱容積，節(jié)省熱能。
安裝底板后可確保施工時高處作業(yè)安全，因此可將隔熱層安放在寬的平面上，能站立工作無需爬上大梁。這些結(jié)構(gòu)件成本低是因?yàn)榘ㄗ詈缶蓓數(shù)酌娴奈蓓斕旎ò逋瑫r又是耗材料少的承重構(gòu)件。預(yù)應(yīng)力推開法成本便宜，能快速組裝的大型預(yù)制板屋頂天花板結(jié)構(gòu)可立即蓋住大區(qū)段屋頂，這些構(gòu)件的表面容積比適合于用可快速生產(chǎn)的蒸氣迅速使混凝土凝固。
由于平底面有上述優(yōu)點(diǎn)，其上可將任意厚度的隔熱層放置在貼近窄的自然通風(fēng)頂層空間，這些結(jié)構(gòu)適用于內(nèi)部空間精致，適應(yīng)氣候的建筑物，如精細(xì)行業(yè)、大型超市、體育及類似建筑物。
權(quán)利要求
1.用于建造大跨度工業(yè)建筑物的具有平底面結(jié)構(gòu)的雙預(yù)應(yīng)力組合屋頂天花板結(jié)構(gòu)，其特征在于，它包括寬厚不等的精制混凝土預(yù)制板(1)和由兩部分組成的上部鋼結(jié)構(gòu)(2)，傾斜或呈弧形的上部鋼結(jié)構(gòu)(2)由垂直構(gòu)件(3)連接到底板(1)且是施加預(yù)應(yīng)力的中心，在模板(6)上通過附著作用施加預(yù)應(yīng)力，因而用中跨處的鋼楔(7)的推開作用向上部鋼結(jié)構(gòu)(2)施加預(yù)應(yīng)力，隨后將分離的鋼構(gòu)件連接。
2.如權(quán)利要求1所述的有平底面的預(yù)應(yīng)力組合屋頂天花板結(jié)構(gòu)，其特征在于，混凝土預(yù)制板(1)與該鋼結(jié)構(gòu)之間的連接是通過加入垂直構(gòu)件(3)并澆筑混凝土實(shí)現(xiàn)的，從而使鋼筋(4)穿過垂直構(gòu)件(3)底端的孔(5)，同時將鋼筋焊接網(wǎng)狀物在澆筑混凝土?xí)r固定在澆鑄范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的有平底面的預(yù)應(yīng)力組合屋頂天花板結(jié)構(gòu)，其特征在于，用二種獨(dú)立的方法施加預(yù)應(yīng)力，因而通過對上梁(2)施加預(yù)應(yīng)力來控制混凝土樓板的撓曲，并且由加在中心的預(yù)應(yīng)力來控制混凝土底板中的裂紋寬度。
4.如權(quán)利要求1所述的有平底面的預(yù)應(yīng)力組合屋頂天花板結(jié)構(gòu)，其特征在于，上梁(2)通過錨定在底板(1)的混凝土中的橫向構(gòu)件(9)防止發(fā)生壓曲。
5.如權(quán)利要求1所述的有平底面的預(yù)應(yīng)力組合屋頂天花板組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，按照圖2推開而引進(jìn)到結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力(P0)，作用在組合結(jié)構(gòu)的整個斷面重心(T)上方偏心距(e)處。
全文摘要
建筑大跨度廠房用的有平底面的預(yù)應(yīng)力屋頂天花板組合結(jié)構(gòu)是支承平面空間裝配的預(yù)制件。除了天花板看起來美觀外，它還解決了大跨度建筑物平底面光潔天花板的建筑問題；減少加熱容積；確保有通風(fēng)隔熱的頂層空間，可將各種設(shè)備放入其中。該結(jié)構(gòu)包括寬厚不等的混凝土預(yù)制板(1)，和由二部分組成的上部鋼結(jié)構(gòu)(2)，它們之間用垂直構(gòu)件(3)互相連接。本結(jié)構(gòu)用二種獨(dú)立的方法施加二次預(yù)應(yīng)力。混凝土底板在模板(6)中中心受到預(yù)應(yīng)力作用，在平板(1)的混凝土凝固后，在中跨處將分開的二半鋼構(gòu)件(2)推開而在此上部鋼結(jié)構(gòu)(2)中產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，隨后將這二半連接起來。樓板(1)施加預(yù)應(yīng)力可消除或減少混凝土中的裂紋，同時將二半分開的鋼構(gòu)件(2)推開而形成上部鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力可用來控制撓曲。
文檔編號E04C3/11GK1469957SQ01817622
公開日2004年1月21日 申請日期2001年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月28日
發(fā)明者M·斯肯季奇, B·斯姆爾切克, M 斯肯季奇, 范 鋅 申請人:馬拉研究所D·O·O, 馬拉研究所D O O