一种立体网状抗震建筑结构及施工方法与流程

本发明属于建筑技术领域，具体涉及一种立体网状抗震建筑结构及施工方法。

背景技术：

我国近二十多年的抗震建筑理论与实践已经结出丰硕成果，建筑物的抗震能力和抗震效果越来越好，抗震理论也由当初的被动式抗震方式逐步迈进主动式抗震理论研究。所谓“被动式”抗震就是指通过加强建筑物的“强壮”(粗梁大柱)来硬抗地震波带来的破坏；而“主动式”抗震就是根据已知的研究成果对地震波破坏建筑物特点相应增加建筑的“柔韧性”和“随动性”消灭减少地震力的破坏性，其中“随动性”还包括增加建筑物的“阻尼”装置。

目前抗震理论研究已有许多被实践证明的结论：其一被动式抗震产生的“粗梁大柱”会造成建筑物质量(重量)大幅度增加，而建筑物质量(重量)越大产生的地震力越大，而地震力越大对建筑物的破坏性就越强，当被动式抗震达到一定阶段后进入死循环；其二建筑物的楼板受地震波的影响产生地震力最大，是建筑物受地震灾害破坏的最薄弱环节，当地震来临时“沉重”的楼板在地震波作用下就像巨大的摆锤肆意破坏建筑物结构，造成屋毁人亡的灾难性后果。因此，如何提高建筑物抗震强度，减少建筑物质量(重量)，让建筑结构增加“柔韧性”和“随动性”，适应和减弱地震波的破坏能力，提高建筑物的整体抗震水平，是建筑工程界广大工程技术人员不断努力和追求的目标。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种立体网状抗震建筑结构及施工方法，改变目前我国建筑物被动式抗震结构，提高建筑物的“柔韧性”和“随动性”，降低楼板自重，消除产生地震力破坏最大的楼板隐患，大幅度提高建筑物抗震等级。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种立体网状抗震建筑结构，包括钢桁架式构造墙体、钢构件式网状非均质楼板和带有钢外壳的构造柱，所述带有钢外壳的构造柱上套装有钢法兰，钢法兰与钢构件式网状非均质楼板中的钢构件连接；钢桁架构造墙体中的钢桁架与带有钢外壳的构造柱中的钢外壳连接，且钢桁架构造墙体中的钢桁架顶部与上层的钢构件式网状非均质楼板中的钢构件连接，钢桁架构造墙体中的钢桁架底部与下层的钢构件式网状非均质楼板中的钢构件或基础连接，通过钢构件式网状非均质楼板、带有钢外壳的构造柱及钢桁架式构造墙体组合构建成立体网状式抗震建筑。

所述钢桁架式构造墙体由钢桁架和高强混凝土或轻质混凝土组成，用于形成墙面的所述钢桁架的两个侧面设置有墙体免拆模板，通过高强混凝土或轻质混凝土包裹钢桁架筑成墙体。

所述钢构件式网状非均质楼板包括钢构件，所述钢构件为钢板折成的“凵”型钢构件，多个钢构件交叉布置形成带有网孔的网状构造，在交叉点处通过螺栓连接，且钢构件开口向上，钢构件内布置楼板钢筋笼，并浇筑高强混凝土包裹楼板钢筋笼，所述网状构造的网孔处底部设置有下表面与钢构件下表面共面的u型底板，且u型底板的周边与钢构件的内侧面连接，u型底板上浇筑轻质混凝土，构成钢构件式网状非均质楼板。

所述带有钢外壳的构造柱包括构造柱钢筋笼、钢外壳，所述钢外壳由二片构件合成，所述两片构件合成的钢外壳形状根据建筑设计图纸中的构造柱外形决定，所述钢外壳内设置有构造柱钢筋笼，构造柱钢筋笼通过钢筋笼混凝土包裹；钢法兰分为下法兰盘和上法兰盘，钢外壳的二端分别套接上法兰盘和下法兰盘，上法兰盘与上层钢构件式网状非均质楼板中的钢构件连结，下法兰盘与下层钢构件式网状非均质楼板中的钢构件或基础连结。

位于建筑楼梯外立面处的所述钢桁架式构造墙体相对于其上一层或下一层的钢桁架式构造墙体共面设置或者成一定角度设置形成凹凸的外立面造型；或者位于建筑楼梯外立面处的钢构件式网状非均质楼板相对于其上一层或下一层向外延伸设置形成凹凸的外立面造型。

一种立体网状抗震建筑结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1.在建筑基础超出基础零线后，开始绑扎构造柱钢筋笼；

步骤2.带有钢外壳的构造柱的构造柱钢筋笼绑扎完毕后，安装下法兰盘，并在下法兰盘上套接安装二片对口构件合成的钢外壳，再在钢外壳上套接上法兰盘，最后用高强混凝土浇筑，浇筑高度低于上法兰盘的上表面；

步骤3.按着设计图纸上钢桁架式构造墙体位置安装钢桁架式构造墙体的钢桁架，钢桁架式构造墙体的钢桁架左右两侧与带有钢外壳的构造柱的钢外壳连接，位于一层的钢桁架式构造墙体钢桁架的底部与基础连结，钢桁架的顶部与上层钢构件式网状非均质楼板的钢构件连结，位于二层以上的钢桁架式构造墙体的钢桁架的顶部和底部分别与上层和下层的钢构件式网状非均质楼板中的钢构件连结；

步骤4.在钢桁架式构造墙体的钢桁架上安装普通模板或免拆模板，然后浇筑墙体混凝土包裹钢桁架式构造墙体的钢桁架，形成钢桁架式构造墙体，墙体混凝土为高强混凝土或轻质泡粒混凝土；

步骤5.在带有钢外壳的构造柱之间安装钢构件式网状非均质楼板的钢构件，使钢构件开口向上，且其二端搭接在带有钢外壳的构造柱中的上法兰盘上，并通过螺栓固定，同时与跨接处的钢桁架式构造墙体中的钢桁架连结，依次安装钢构件式网状非均质楼板的钢构件形成三角网孔的网状构造；

步骤6.在三角网状构造的钢构件中铺设楼板钢筋笼，钢构件式网状非均质楼板中的钢筋笼穿过带有钢外壳构造柱上的构造柱钢筋笼；钢构件中钢筋笼安装完毕后，在下一层带有钢外壳的构造柱上安装下钢法兰并与钢构件的上部连结；在钢构件形成的三角网状构造的三角网孔中安装u型底板，u型底板周边与钢构件内侧面连结，然后在三角网孔内浇筑轻质泡粒混凝土；在钢构件中浇筑高强混凝土，浇筑高度不超过带有钢外壳的构造柱中的下法兰盘，至此一层楼的施工结束；

步骤7.重复步骤2～步骤6，直至整体建筑完工。

本发明的有益效果为：

1.本发明将传统建筑结构体系中的大梁和楼板功能合二为一，设计成水平置放的钢构件式网状构造楼板，这个成水平置放的钢构件式网状构造也可称其为钢桁架式网状构造"密肋"梁，从而在本发明的建筑结构体系中取消了“梁”的概念。这种钢桁架式网状构造密肋梁形成的网孔底部安装有底板，其上浇筑轻质混凝土，完成传统建筑结构体系中的大梁和楼板功能一体化构造。

2.取消了传统建筑的“梁”系构造和刚性很大质量(重量)沉重的均质楼板构造。所谓“均质”化楼板是指在目前建筑物楼板上任意截取剖面其楼板构造和质量是一致的，这种质量(重量)很大的水平跨度刚性楼板当地震来临时会产生很大的地震力，撞击破坏梁、柱及竖向墙体，造成建筑物竖向荷载结构失稳和破坏，是目前抗震建筑结构体系的大难题。

本发明的钢构件式网状非均质楼板是由水平置放的钢构件形成网状构造组成的，钢构件是由钢板折成“凵”型构成，“凵”型开口向上，里面按照建筑规范配筋并浇注高强混凝土，确保楼板的荷载和刚性要求，水平置放的钢构件形成的网孔底部安装有底板，其上浇筑轻质混凝土，形成钢构件式网状构造的非均质楼板，最大限度减轻了楼板的质量(重量)同时水平置放的钢构件式网状非均质楼板传力效果非常好，增强了楼板水平“柔性”传递地震波能力，同时增强了建筑物的随动性，当地震来临时可以及时传递和消减地震力，大大减弱了地震力的破坏作用，对我国建筑领域的主动式抗震理论和实践的研究探索起到了抛砖引玉的作用。

3.本发明取消了传统建筑“一垂”到底的竖直墙体构造体系。目前传统建筑的墙体都是上下对应的构造，即上层有的墙体下层也必须有与其对应的墙体，墙体不能直接悬空建造在楼板上，所以建筑物外立面都是从上到下“一垂”到底的封闭式大平立面，没有随意凸、凹进出的外立面造型，更没有悬空外立面，不但影响建筑物千变万化的美观要求，而且也不能满足未来“第四代”绿色建筑的“花园”式居住需求。

本发明将墙体内部做成钢桁架式结构，然后根据建筑设计规范要求选择高强混泥土或轻质混泥土将钢桁架包裹筑成墙体外形，每一层楼中两片以上的钢桁架式构造墙体配合钢构件式网状非均质楼板就可构成“桥梁”式或“简筒”(集装箱)式结构，能够大跨度传递垂直荷载，改变上下楼层墙体的对应关系，在主体建筑物中可形成许多相对独立的三维立体网状式建筑空间，因此能够设计出千变万化的建筑物外立面造型，满足人们个性化户型居室和花园式居住要求，适合我国未来发展的“第四代”绿色建筑，可实现“花园式”个性化独立居住空间。

4.本发明的承重柱采用带有钢外套的钢筋混凝土柱，即钢外壳中有钢筋混凝土构造，其配筋与混凝土强度都应符合国家建筑规范。带有钢外套的构造柱其外型类似于钢结构建筑，钢外壳是由二片对开构件合成，柱体的钢外壳侧面与钢桁架式构造墙体中钢桁架连接；钢外壳的二端套接上法兰盘和下法兰盘，上法兰盘与上层钢构件式网状非均质楼板中的钢构件连结，下法兰盘与下层钢构件式网状非均质楼板中的钢构件连结；同时钢桁架式构造墙体与上下钢构件式网状非均质楼板的交接处也是钢桁架式构造墙体中钢桁架与钢构件式网状非均质楼板中钢构件连接，使整体建筑物都形成钢构件连接，形成三维立体网状式建筑，大大提高了建筑物的安全性和抗震性。构造柱的钢外套不但能提高柱体的抗压和抗折强度，而且能起到浇筑混凝土时免拆模板的功效。

5.取消了传统建筑施工中的“梁、板、柱、墙”的支模拆模周转等工艺，大大节省了建筑中的耗材和人工费用，降低了施工成本，提高了施工效率，缩短了施工周期。

6.本发明符合国家现有建筑设计规范，是在国家现存建筑法规体系下的创新，便于实施和推广，具有很强的实用性和可操作性，并可在实施本发明的工程实践中逐步增补国家现有建筑设计、施工、验收规范，编制新的国家建筑标准。

7.本发明采用工厂化生产构件、模块化装配，机械化现场施工，符合我国建筑装配式发展的产业政策和方向，发展潜力巨大，市场极为广阔，属于永久性产业，具有广泛的国际竞争发展空间。

附图说明

图1为本发明立体网状抗震建筑结构结构俯视图；

图2为本发明立体网状抗震建筑结构中的钢桁架式构造墙体主视剖视图；

图3为本发明立体网状抗震建筑结构中的钢构件式网状非均质楼板截面示意图；

图4为本发明立体网状抗震建筑结构中的带有钢外壳的构造柱主视剖视图；

1-带有钢外壳的构造柱；2-钢构件；3-三角网孔；4-钢构件式网状非均质楼板；5-钢桁架式构造墙体；6-钢桁架；7-墙体混凝土；8-墙体免拆模板；9-楼板钢筋笼；10-高强混凝土；11-u型底板；12-轻质泡粒混凝土；13-下法兰盘；14-构造柱钢筋笼；15-钢外壳，16-上法兰盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1至图4所示，一种立体网状抗震建筑结构，包括钢桁架式构造墙体5、钢构件式网状非均质楼板4和带有钢外壳的构造柱1，所述带有钢外壳的构造柱1上套装有钢法兰，钢法兰与钢构件式网状非均质楼板4中的钢构件2连接；钢桁架构造墙体中的钢桁架6与带有钢外壳的构造柱1中的钢外壳15连接，且钢桁架构造墙体中的钢桁架6顶部与上层的钢构件式网状非均质楼板4中的钢构件2连接，钢桁架构造墙体中的钢桁架6底部与下层的钢构件式网状非均质楼板4中的钢构件2或基础连接，通过钢构件式网状非均质楼板4、带有钢外壳的构造柱1及钢桁架式构造墙体5组合构建成立体网状式抗震建筑。

所述钢桁架式构造墙体5由钢桁架6和高强混凝土10或轻质混凝土组成，用于形成墙面的所述钢桁架6的两个侧面设置有墙体免拆模板8，通过高强混凝土10或轻质混凝土包裹钢桁架6筑成墙体。

所述钢构件式网状非均质楼板4包括钢构件2，所述钢构件2为钢板折成的“凵”型钢构件，多个钢构件2交叉布置形成带有网孔的网状构造，在交叉点处通过螺栓连接，且钢构件2开口向上，钢构件2内布置楼板钢筋笼9，并浇筑高强混凝土10包裹楼板钢筋笼9，所述网状构造的网孔处底部设置有下表面与钢构件2下表面共面的u型底板11，且u型底板11的周边与钢构件2的内侧面连接，u型底板11上浇筑轻质混凝土，构成钢构件式网状非均质楼板4。

所述带有钢外壳的构造柱1包括构造柱钢筋笼14、钢外壳15，所述钢外壳15由二片“凵”型构件合成，构件为钢材质，钢外壳15内设置有构造柱钢筋笼14，浇筑钢筋笼混凝土包裹构造柱钢筋笼14，位于钢构件式网状非均质楼板4下表面处的钢法兰是下法兰盘13，位于钢构件式网状非均质楼板4上表面处的法兰是上法兰盘16，钢外壳的二端分别套接上法兰盘16和下法兰盘13，上法兰盘16与上层钢构件式网状非均质楼板4中的钢构件2连结，下法兰盘13与下层钢构件式网状非均质楼板4中的钢构件2连结。

所述三维立体网状式建筑是指在主体建筑中由两个以上的墙体和两个以上的楼板构成的独立空间可悬挑，不受上下墙体位置的约束。

位于建筑楼梯外立面处的所述钢桁架式构造墙体5相对于其上一层或下一层的钢桁架式构造墙体5共面设置或者成一定角度设置形成凹凸的外立面造型；或者位于建筑楼梯外立面处的钢构件式网状非均质楼板4相对于其上一层或下一层向外延伸设置形成凹凸的外立面造型。

一种立体网状抗震建筑结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1.建筑长10m、宽10m、层高3m的六层建筑，在建筑基础超出基础零线后，开始绑扎构造柱钢筋笼14，绑扎方法与现存施工方法一致；

步骤2.带有钢外壳的构造柱1的构造柱钢筋笼14绑扎完毕后，安装下法兰盘13，并在下法兰盘13上套接安装二片对口构件合成的钢外壳15，再在钢外壳15上套接上法兰盘16，最后用高强混凝土10浇筑，浇筑高度低于上法兰盘16的上表面300mm；

步骤3.按着设计图纸上钢桁架式构造墙体5位置安装钢桁架式构造墙体5的钢桁架6，钢桁架式构造墙体5的钢桁架6左右两侧与带有钢外壳的构造柱1的钢外壳15连接，位于一层的钢桁架式构造墙体5钢桁架6的底部与基础连结，钢桁架6的顶部与上层钢构件式网状非均质楼板4的钢构件2连结，位于二层以上的钢桁架式构造墙体5的钢桁架6的顶部和底部分别与上层和下层的钢构件式网状非均质楼板4中的钢构件2连结；

步骤4.在钢桁架式构造墙体5的钢桁架6上安装普通模板或免拆模板，然后浇筑墙体混凝土7包裹钢桁架式构造墙体5的钢桁架6，形成钢桁架式构造墙体5，墙体混凝土7为高强混凝土10或轻质泡粒混凝土12；

步骤5.在带有钢外壳的构造柱1之间安装钢构件式网状非均质楼板4的钢构件2，钢构件2为“凵”型构件，使钢构件2开口向上，且其二端搭接在带有钢外壳的构造柱1中的上法兰盘16上，并通过螺栓固定，同时与跨接处的钢桁架式构造墙体5中的钢桁架6连结，依次安装钢构件式网状非均质楼板4的钢构件2形成三角网孔的网状构造；

步骤6.在三角网状构造的钢构件2中铺设楼板钢筋笼9，钢构件式网状非均质楼板4中的钢筋笼穿过带有钢外壳构造柱上的构造柱钢筋笼14；钢构件2中钢筋笼安装完毕后，在下一层带有钢外壳的构造柱1上安装下钢法兰并与钢构件2的上部连结；在钢构件形成的三角网状构造的三角网孔3中安装u型底板11，u型底板11周边与钢构件2内侧面连结，然后在三角网孔3内浇筑轻质泡粒混凝土12；在钢构件2中浇筑高强混凝土10，浇筑高度不超过带有钢外壳的构造柱1中的下法兰盘13，至此一层楼的施工结束；

步骤7.重复步骤2～步骤6，直至整体建筑完工。