一种钢筋混凝土大跨度薄壳的施工方法及其壳体系统与流程

1.本发明涉及建筑物构造技术领域，具体涉及一种钢筋混凝土大跨度薄壳的施工方法及其壳体系统。


背景技术：

2.现有技术中的钢筋混凝土弧形壳体或双曲扁壳结构往往无法满足超大跨度钢筋混凝土建筑薄壳屋盖对壳体强度要求。
3.现有的搭建弧形壳体或双曲扁壳构建筑物的方式通常需要高空搭设钢管脚手架，再根据设计要求搭建支撑钢架，并在支撑钢架上构建壳体，从而形成屋盖壳体结构。但是，上述现有结构的屋盖壳体只能够满足小跨度屋盖壳体的强度要求，无法满足矢高与最小跨度不大于1/5的混凝土扁壳在建筑跨度较大时的整体建筑结构强度要求，并且也无法解决大跨度建筑自重过大、应力集中的问题。例如，现有技术无法解决建筑面积较大的体育馆或者水上运动中心等覆盖面积较大的建筑要求。所以，本领域技术人员急需解决如何在保证建筑强度、结构稳定的条件下构建大跨度壳体系统的问题。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的屋盖壳体只能够满足小跨度屋盖壳体的强度要求，无法满足矢高与最小跨度不大于1/5的混凝土扁壳在建筑跨度较大时的整体建筑结构强度要求的问题，以及现有结构无法解决大跨度建筑自重过大、应力集中的问题。为此，本发明提供一种钢筋混凝土大跨度薄壳的施工方法，包括以下步骤：
5.s1，搭设脚手架，并在所述脚手架上搭设下层板模板，在所述下层板模板上方绑扎下层壳体钢筋网、肋板插筋，并预置防浮动预埋件；
6.s2，向所述下层壳体钢筋网浇筑混凝土，以形成下层混凝土壳体板；
7.s3，在所述肋板插筋的基础上绑扎肋板钢筋；
8.s4，在相邻的所述肋板插筋之间放置轻质填充块，绑扎上层壳体钢筋网；并通过所述防浮动预埋件将所述轻质填充块固定在所述下层壳体钢筋网上，以防止所述轻质填充块在浇筑混凝土时受到浮力发生上浮或变形；
9.s5，向所述肋板插筋和所述肋板钢筋浇筑混凝土，以形成分隔肋板；向所述上层壳体钢筋网浇筑混凝土，以形成上层混凝土壳体板。
10.可选的，在步骤s4中，还包括：在所述肋板插筋和所述轻质填充块之间设置保护层卡件；
11.所述保护层卡件用于支撑所述轻质填充块，以防止所述轻质填充块在步骤s5中浇筑混凝土时该轻质填充块发生位置滑动。
12.可选的，所述防浮动预埋件为钢筋；
13.在步骤s1中还包括：将所述防浮动预埋件下端位置的第一弯钩结构与所述下层壳体钢筋网固定相连；
14.在步骤s4中还包括：将所述防浮动预埋件上端位置的第二弯钩结构与所述轻质填充块固定相连。
15.可选的，钢筋混凝土大跨度薄壳的施工方法，在步骤s1中还包括：
16.在所述上层混凝土壳体板和所述下层混凝土壳体板与水平面的夹角大于45度时，所述下层板模板为双层模板，并采用双层模板施工方法。
17.可选的，在步骤s1之前还具有步骤s0，
18.步骤s0包括：搭设承接基座；埋置位于地下的桩基，并在桩基上方搭设承
19.台支座，通过拉梁连接相邻的所述承台支座；多根所述拉梁依次相连多个所述5承台支座以围成一个闭环；所述拉梁为预应力钢筋混凝土梁。
20.可选的，在步骤s0中，所述拉梁的预应力张拉和屋盖壳体施工所设支撑的卸载通过设置同步观测设备以实现同步匹配；
21.所述承台支座和所述拉梁施工完成后准备施工上部结构时，先给所述拉梁施加30％的预应力，其余预应力的施加需要等待所述屋盖壳体施工完成后结合0支撑拆除卸载施工方案，按照推力和预应力匹配的原则进行分步张拉，以保证所述承接基座不产生向外变。
22.钢筋混凝土大跨度薄壳系统，包括
23.屋盖壳体，包括：实心壳体连接部、双层带肋壳体部和壳体顶部；
24.所述双层带肋壳体部包括：上层混凝土壳体板、下层混凝土壳体板、设置5在所述上层混凝土壳体板和所述下层混凝土壳体板之间的分隔肋板，以及轻质填充块和防浮动预埋件；所述分隔肋板将所述上层混凝土壳体板和所述下层混凝土壳体板围成的空间分隔成多个容置腔，所述轻质填充块填充在所述容置腔内；所述防浮动预埋件用于防止所述轻质填充块在浇筑混凝土时受到浮力发生上浮或变形。
25.0可选的，所述保护层卡件为设置在所述分隔肋板和所述轻质填充块之间的木质垫块或砂浆垫块。
26.可选的，所述防浮动预埋件为钢筋；
27.所述防浮动预埋件下端位置设置有与所述下层壳体钢筋网固定相连的第一弯钩结构；
28.所述防浮动预埋件上端位置设置有与所述轻质填充块固定相连的第二弯钩结构。
29.可选的，所述双层带肋壳体部朝向所述屋盖壳体的屋顶位置方向，所述双层带肋壳体部的厚度逐渐减小；
30.朝向所述屋盖壳体的屋顶位置方向的所述双层带肋壳体部中所述轻质填充块厚度逐渐减小。
31.可选的，所述实心壳体连接部的外轮廓边缘还具有朝向所述承接基座方向延伸的翻檐，以形成隐形拱形加强结构；
32.所述翻檐位置设置有沿所述屋盖壳体外轮廓方向延伸的钢拱支撑结构和/或混凝土暗拱结构。
33.本发明技术方案，具有如下优点：
34.1.本发明提供的钢筋混凝土大跨度薄壳的施工方法，包括以下步骤：
35.s1，搭设脚手架，并在所述脚手架上搭设下层板模板，在所述下层板模板上方绑扎
下层壳体钢筋网、肋板插筋，并预置防浮动预埋件；
36.s2，向所述下层壳体钢筋网浇筑混凝土，以形成下层混凝土壳体板；
37.s3，在所述肋板插筋的基础上绑扎肋板钢筋；
38.s4，在相邻的所述肋板插筋之间放置轻质填充块，绑扎上层壳体钢筋网；并通过所述防浮动预埋件将所述轻质填充块固定在所述下层壳体钢筋网上，以防止所述轻质填充块在浇筑混凝土时受到浮力发生上浮或变形；
39.s5，向所述肋板插筋和所述肋板钢筋浇筑混凝土，以形成分隔肋板；向所述上层壳体钢筋网浇筑混凝土，以形成上层混凝土壳体板。
40.现有的搭建弧形壳体或双曲扁壳构建筑物的方式通常需要高空搭设钢管脚手架，再根据设计要求搭建支撑钢架，并在支撑钢架上构建壳体，从而形成屋
41.盖壳体结构。但是，上述现有结构的屋盖壳体只能够满足小跨度屋盖壳体的强5度要求，无法满足矢高与最小跨度不大于1/5的混凝土扁壳在建筑跨度较大时的整体建筑结构强度要求，并且也无法解决大跨度建筑自重过大、应力集中的问题。在本发明中，通过上述钢筋混凝土大跨度薄壳施工方法，即可实现通过上层混凝土壳体板、下层混凝土壳体板和分隔肋板构成多个容置腔，再将轻质
42.材料的轻质填充块填充至上述容置腔内，可以有效地减少大跨度建筑自重过大0的问题。并且，通过在肋板插筋和轻质填充块直接浇筑混凝土，上述混凝土可
43.以将轻质填充块牢固可靠地固定在上层壳体钢筋网、下层壳体钢筋网和肋板插筋上。通过上述施工方法可以有效地使屋盖壳体满足矢高与最小跨度不大于1/5的混凝土扁壳在建筑跨度较大时的整体建筑结构强度要求。另外，为了解
44.决轻质填充块的重量较轻，在浇筑混凝土时该轻质填充块会上浮的问题。在本5发明中还设置了上述防浮动预埋件，防浮动预埋件可以有效地对轻质填充块进行位置固定，从而使本方案可以得以实现。
45.2.本发明提供的钢筋混凝土大跨度薄壳的施工方法，在步骤s4中，还包括：
46.在所述肋板插筋和所述轻质填充块之间设置保护层卡件；
47.在本发明中的上述保护层卡件用于支撑所述轻质填充块，以防止所述轻质0填充块在步骤s5中浇筑混凝土时该轻质填充块发生位置滑动，从而保证混凝土的浇灌效果。
48.3.本发明提供的钢筋混凝土大跨度薄壳的施工方法，所述防浮动预埋件为钢筋；在步骤s1中还包括：将所述防浮动预埋件下端位置的第一弯钩结构与所
49.述下层壳体钢筋网固定相连；在步骤s4中还包括：将所述防浮动预埋件上端位5置的第二弯钩结构与所述轻质填充块固定相连。
50.在本发明中的防浮动预埋件为上下两端分别设置有第一弯钩结构和第二弯钩结构的钢筋。上述防浮动预埋件可以有效地将轻质填充块固定在下层壳体钢筋网上，从而简单可靠地保证上述轻质填充块在浇筑混凝土的过程中不会上浮。
51.4.本发明提供的钢筋混凝土大跨度薄壳的施工方法，钢筋混凝土大跨度薄壳的施工方法，在步骤s1中还包括：在所述上层混凝土壳体板和所述下层混凝土壳体板与水平面的夹角大于45度时，所述下层板模板为双层模板，并采用双层模板施工方法。
52.在上层混凝土壳体板和下层混凝土壳体板与水平面的夹角大于45度时，通过双层模板施工方法可以有效地保证施工效果。
53.5.本发明提供的钢筋混凝土大跨度薄壳的施工方法，在步骤s1之前还具有步骤s0，步骤s0包括：搭设承接基座；埋置位于地下的桩基，并在桩基上方搭设承台支座，通过拉梁连接相邻的所述承台支座；多根所述拉梁依次相连多个所述承台支座以围成一个闭环；所述拉梁为预应力钢筋混凝土梁。
54.在本发明中，通过在相邻的承台支座之间设置拉梁，多根所述拉梁依次相连多个所述承台支座以围成一个闭环结构。上述结构可以形成自平衡体系，从而抵消本发明的壳体结构中通过钢拱支撑结构或者混凝土暗拱结构传递来的水平推力，进而提高了整个壳体的稳定性。
55.6.本发明提供的钢筋混凝土大跨度薄壳的施工方法，
56.在步骤s0中，所述拉梁的预应力张拉和屋盖壳体施工所设支撑的卸载通过设置同步观测设备以实现同步匹配；
57.所述承台支座和所述拉梁施工完成后准备施工上部结构时，先给所述拉梁施加30％的预应力，其余预应力的施加需要等待所述屋盖壳体施工完成后结合支撑拆除卸载施工方案，按照推力和预应力匹配的原则进行分步张拉，以保证所述承接基座不产生向外变。
58.在本发明中，因为扁壳的特性，屋盖壳体源自于其自重影响，会给承接基座施加向外推力，这个推力首先由屋盖壳体的四个承台支座下部的桩基的水平承载力抵抗，通常桩基的水平承载力比较小，当壳体结构跨度比较大时需要设置拉梁予以平衡。本发明中的壳体结构跨度巨大，均需要设置拉梁来平衡屋盖壳体传来的推力，由于推力巨大拉梁均需设置预应力来控制其裂缝和变形，故拉梁的预应力张拉需和壳体屋盖的施工予以匹配方能有效控制壳体产生的推力，同时本发明中也不能一次性对拉梁施加完所有预应力，避免桩基础反方向变位而破坏的问题发生。
59.7.本发明提供的钢筋混凝土大跨度薄壳系统，包括
60.屋盖壳体，包括：实心壳体连接部、双层带肋壳体部和壳体顶部；
61.所述双层带肋壳体部包括：上层混凝土壳体板、下层混凝土壳体板、设置在所述上层混凝土壳体板和所述下层混凝土壳体板之间的分隔肋板，以及轻质填充块和防浮动预埋件；所述分隔肋板将所述上层混凝土壳体板和所述下层混凝土壳体板围成的空间分隔成多个容置腔，所述轻质填充块填充在所述容置腔内；所述防浮动预埋件用于防止所述轻质填充块在浇筑混凝土时受到浮力发生上浮或变形。
62.在本发明中，通过上述实心壳体连接部、双层带肋壳体部和壳体顶部组成屋盖壳体，可以有效地将屋盖壳体上部的应力分散至壳体底部的实心壳体连接部从而避免应力集中的问题。通过上述结构可以有效地使屋盖壳体满足矢高与最小跨度不大于1/5的混凝土扁壳在建筑跨度较大时的整体建筑结构强度要求。而且，通过上层混凝土壳体板、下层混凝土壳体板和分隔肋板构成多个容置腔，再将轻质材料的轻质填充块填充至上述容置腔内，可以有效地减少大跨度建筑自重过大的问题。
63.8.本发明提供的钢筋混凝土大跨度薄壳系统，所述保护层卡件为设置在所述分隔肋板和所述轻质填充块之间的木质垫块或砂浆垫块。
64.在本发明中，通过上述木质垫块或砂浆垫块可以有效地防止所述轻质填充块在步骤s5中浇筑混凝土时该轻质填充块发生位置滑动，从而保证混凝土的浇灌效果。而且，上述木质垫块或者砂浆垫块还有生产使用成本低的优点。
65.9.本发明提供的钢筋混凝土大跨度薄壳系统，所述双层带肋壳体部朝向所述屋盖壳体的屋顶位置方向，所述双层带肋壳体部的厚度逐渐减小；朝向所述屋盖壳体的屋顶位置方向的所述双层带肋壳体部中所述轻质填充块厚度逐渐减小。
66.在本发明中，通过将双层带肋壳体部设置为朝向屋盖壳体的屋顶位置方向让轻质填充块的厚度以及上层混凝土壳体板和下层混凝土壳体板厚度分别逐渐减小可以有效地降低大跨度建筑自重过大的问题。而且，由于本发明中采用上述双层带肋壳体部的特殊结构。即，通过上层混凝土壳体板、下层混凝土壳体板和分隔肋板构成多个用于容置轻质填充块的容置腔结构，可以简单有效地调整双层带肋壳体部的各个部件的厚度，降低了方案实现难度。
67.10.本发明提供的钢筋混凝土大跨度薄壳系统，所述实心壳体连接部的外轮廓边缘还具有朝向所述承接基座方向延伸的翻檐，以形成隐形拱形加强结构；所述翻檐位置设置有沿所述屋盖壳体外轮廓方向延伸的钢拱支撑结构和/或混凝土暗拱结构。
68.在本发明中，通过在实心壳体连接部的外轮廓边缘设置翻檐。该翻檐可以形成隐形拱形加强结构，从而提高钢筋混凝土大跨度薄壳建筑结构的结构强度。上述钢拱支撑结构和混凝土暗拱结构可以有效地增强壳体边缘部位的刚度和延性。而且，在本发明中，利用翻檐形态形成的倒角部位分别设置混凝土暗拱结构和钢拱结构。暗拱作为壳体的边缘构件，中间设置钢拱可以有效地减小混凝土自重并且增加整体结构延性。
附图说明
69.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
70.图1为本发明提供的钢筋混凝土大跨度薄壳建筑结构的配筋立面结构示意图；
71.图2为本发明提供的预埋件和肋板钢筋的相对位置示意图；
72.图3为本发明提供的钢筋混凝土大跨度薄壳施工方法中绑扎下层壳体钢筋网、肋板插筋，并预置防浮动预埋件的操作示意图；
73.图4为本发明提供的钢筋混凝土大跨度薄壳施工方法中放置轻质填充块、绑扎上层壳体钢筋网的操作示意图；
74.图5为本发明提供的钢筋混凝土大跨度薄壳施工方法中浇筑混凝土以形成分隔肋板和上层壳体钢筋网的操作示意图；
75.图6为本发明提供的承接基座、拉梁与钢拱支撑结构的连接结构示意图；
76.图7为本发明提供的钢筋混凝土大跨度薄壳建筑结构立体结构示意图；
77.图8为本发明提供的钢筋混凝土大跨度薄壳建筑结构的截面剖视图。
78.附图标记说明：
79.1－下层壳体钢筋网；2－肋板插筋；3－防浮动预埋件；4－下层混凝土壳体板；5－肋板钢筋；6－轻质填充块；7－上层壳体钢筋网；8－分隔肋板；9－上层混凝土壳体板；10－保护层卡件；11－第一弯钩结构；12－第二弯钩结构；13－承接基座；14－承台支座；15－拉梁；16－实心壳体连接部；17－双层带肋壳体部；18－壳体顶部；19－翻檐；20－钢拱支撑结
构。
具体实施方式
80.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
81.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
82.实施例1
83.本实施例中提供一种钢筋混凝土大跨度薄壳的施工方法，包括以下步骤：
84.步骤s0，如图6所示，其包括：搭设承接基座13；埋置位于地下的桩基，并在桩基上方搭设承台支座14，通过拉梁15连接相邻的所述承台支座14；多根所述拉梁15依次相连多个所述承台支座14以围成一个闭环；所述拉梁15为预应力钢筋混凝土梁；
85.s1，如图2所示，搭设脚手架，并在所述脚手架上搭设下层板模板，在所述下层板模板上方绑扎下层壳体钢筋网1、肋板插筋2，并预置防浮动预埋件3；
86.s2，如图4所示，向所述下层壳体钢筋网1浇筑混凝土，以形成下层混凝土壳体板4；
87.s3，如图4所示，在所述肋板插筋2的基础上绑扎肋板钢筋5；
88.s4，如图4所示，在相邻的所述肋板插筋2之间放置轻质填充块6，绑扎上层壳体钢筋网7；并通过所述防浮动预埋件3将所述轻质填充块6固定在所述下层壳体钢筋网1上，以防止所述轻质填充块6在浇筑混凝土时受到浮力发生上浮或变形；在本实施例的步骤s4中，还包括：在所述肋板插筋2和所述轻质填充块6之间设置保护层卡件10；所述保护层卡件10用于支撑所述轻质填充块6，以防止所述轻质填充块6在步骤s5中浇筑混凝土时该轻质填充块6发生位置滑动；
89.s5，如图5所示，向所述肋板插筋2和所述肋板钢筋5浇筑混凝土，以形成分隔肋板8；向所述上层壳体钢筋网7浇筑混凝土，以形成上层混凝土壳体板9。
90.在本实施例中，步骤s0中，所述拉梁15的预应力张拉和屋盖壳体施工所设支撑的卸载通过设置同步观测设备以实现同步匹配；
91.所述承台支座14和所述拉梁15施工完成后准备施工上部结构时，先给所述拉梁15施加30％的预应力，其余预应力的施加需要等待所述屋盖壳体施工完成后结合支撑拆除卸载施工方案，按照推力和预应力匹配的原则进行分步张拉，以保证所述承接基座13不产生向外变。
92.在本实施例中，如图2和图4所示的防浮动预埋件3为钢筋；
93.在步骤s1中还包括：将所述防浮动预埋件3下端位置的第一弯钩结构11与所述下层壳体钢筋网1固定相连；
94.在步骤s4中还包括：将所述防浮动预埋件3上端位置的第二弯钩结构12与所述轻质填充块6固定相连。
95.在本实施例中的步骤s1中还包括：在所述上层混凝土壳体板9和所述下层混凝土壳体板4与水平面的夹角大于45度时，所述下层板模板为双层模板，并采用双层模板施工方法。
96.钢筋混凝土大跨度薄壳系统，如图7和图1所示，其包括
97.屋盖壳体，包括：实心壳体连接部16、双层带肋壳体部17和壳体顶部18；
98.所述双层带肋壳体部17包括：上层混凝土壳体板9、下层混凝土壳体板4、设置在所述上层混凝土壳体板9和所述下层混凝土壳体板4之间的分隔肋板8，以及轻质填充块6和防浮动预埋件3；所述分隔肋板8将所述上层混凝土壳体板9和所述下层混凝土壳体板4围成的空间分隔成多个容置腔，所述轻质填充块6填充在所述容置腔内；所述防浮动预埋件3用于防止所述轻质填充块6在浇筑混凝土时受到浮力发生上浮或变形。在本实施例中，如图8所示，所述双层带肋壳体部17朝向所述屋盖壳体的屋顶位置方向，所述双层带肋壳体部17的厚度逐渐减小；且，朝向所述屋盖壳体的屋顶位置方向的所述双层带肋壳体部17中所述轻质填充块6厚度逐渐减小；
99.翻檐19，设置在所述实心壳体连接部16的外轮廓边缘，翻檐19朝向所述承接基座13方向延伸，以形成隐形拱形加强结构；所述翻檐19位置设置有沿所述屋盖壳体外轮廓方向延伸的钢拱支撑结构20和混凝土暗拱结构。
100.在本实施例中，如图4所示，所述肋板插筋2和所述轻质填充块6之间设置保护层卡件10；所述保护层卡件10用于支撑所述轻质填充块6，以防止所述轻质填充块6在步骤s5中浇筑混凝土时该轻质填充块6发生位置滑动；上述保护层卡件10为设置在所述分隔肋板8和所述轻质填充块6之间的木质垫块。
101.在本实施例中，如图4所示，所述防浮动预埋件3为钢筋；
102.所述防浮动预埋件3下端位置设置有与所述下层壳体钢筋网1固定相连的第一弯钩结构11；
103.所述防浮动预埋件3上端位置设置有与所述轻质填充块6固定相连的第二弯钩结构12。
104.当然，本实施例对在所述肋板插筋2和所述轻质填充块6之间是否设置保护层卡件10不做具体限定，在其它实施例中，所述肋板插筋2和所述轻质填充块6之间不设置上述保护层卡件10。
105.当然，本实施例对防浮动预埋件3的具体结构不做具体限定，在其它实施例中，防浮动预埋件3还可以为预制在上述轻质填充块6底部，且与下层壳体钢筋网1固定相连的连接件。
106.当然，本实施例对保护层卡件10的具体结构不做具体限定，在其它实施例中，上述保护层卡件10为设置在所述分隔肋板8和所述轻质填充块6之间的砂浆垫块。
107.当然，本实施例对翻檐19内的支撑结构的具体结构不做具体限定，在其它实施例中，翻檐19位置设置有沿所述屋盖壳体外轮廓方向延伸的钢拱支撑结构20。
108.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。