专利名称:现场叠层生产预应力钢筋混凝土拱型屋面大板的制作方法
本发明属建筑工程的屋面结构
用预制的预应力钢筋混凝土“板架合一”的大板作建筑物的屋面，由于其力学性能好、结构功能合理、节省原材料，所以发展很快，板型种类很多，如折板、各种壳板、拱板等。但是，这些大板都必须在固定的预制场地或工厂用特制的预应力台座和模具进行生产，然后再用专门的运输工具运往工程现场进行拼装和安装才能使用。采用这些大板作屋面，虽然大板本身的材料能节省一些，但先张预应力台座的投资和大型大板构件的运输，仍然要大量增加工程造价。尤其是大体型大板构件的运输往往要遇到很大的困难，在我国现实条件下更是如此。
常用的“马鞍形壳板”。其结构形式很好，预应力钢筋的交叉配置也非常合理，但它的缺点是只能在固定的场地或工厂，用先张预应力工艺在单个构件的独立台座上进行短线预应力张拉才能生产。虽然在跨度小于12米时也能重叠生产，但跨度稍大就只能单块生产，而且成型工艺复杂。在运往现场使用时，无论临时堆放或正式安装的支座，都必须是曲线型的。所以采用这种大板，限制条件很多，不能得到理想的经济效果。
折叠“折板”。是一种使用范围很广的屋面板。它的生产工艺较合理，先采用叠层生产的办法，在预应力长线台座上并排生产二块用横向钢筋联结在一起的钢筋混凝土平板，在混凝土达到强度后，剪断纵向预应力钢丝，然后逐层将二块混凝土平板折叠起来，运往工程现场使用。但它的缺点仍然是必须在固定的预应力台座上用先张预应力工艺生产;进行半成品构件的运输;预制折线支座，用以控制折板的形状;折板的屋面上打开以后，要进行严格的灌缝处理，才能成为一个完整的受力构件。所以，这种大板的整个施工工序复杂，操作技术要求很高，建筑造型也不够美观。
预制的预应力槽形拱板(苏联的k≠C大板)这种大板的力学性能很好，能充份发挥混凝土受压、钢筋受拉的特性，跨度可以作的很大。但是它的缺点也仍然是必须在预制工厂用先张预应力张拉钢筋，在特制的钢模中成型。然后用专门的运输工具运往工程现场使用。它不仅不能重叠生产，也不能叠层运输和堆放，占用的生产、堆放场地很大。所以，它虽然板型好，但使用仍然受生产、运输、堆放条件的限制，造价很高。
因此，当前使用的这些大板，无论板型和生产工艺，都需要继续研究改进。
本发明的目的是以取消大型大板构件的运输为主要目标，把合理的结构型式与简单方便的生产工艺有机的结合起来，创造出能在使用现场叠层生产、直接吊装使用的新的板型，以便得到最好的经济效果。
更具体的说，就是要在深入研究叠层生产理论，掌握叠层生产规律的前提下，把受力形式非常合理的“板架合一”预应力大板，都设计成能重叠生产的结构形式，并采用后张预应力的办法进行配筋，以便最大限度的减少生产占地面积和简化生产台座，达到能在工程使用现场按吊装位置的要求，灵活布置简易生产台座，使既将生产出来的构件，能不经运输就可直接吊装使用的目的。这样就可以大量节约先张预应力生产台座的投资和节省全部大型构件的运输费。
本发明的关键技术是要按前述目的，设计出能够叠层生产的大板板型和具体解决这些大板的成型工艺，以及为实施叠层生产需要解决的二个具体问题，即后张预应力钢筋在重叠生产构件中的配置方法和重叠生产构件中吊钩的设置办法。
叠层生产大板截面形状的设计
把一些简单的平面构件或单一的曲线或折线构件逐层叠合起来生产是很容易的，但是，要把一些能满足各方面力学性能要求，形状复杂的大板结构，在纵、横两个方向都紧密的叠合在一起生产，并使生产出来的每个构件都跨度相等，形状相同、各个部位的尺寸都完全一样，就必须深入研究重叠生产的规律，严格掌握设计原则，即当截面为曲面时，截面的上表面和下表面的曲率必须相同;当截面为折平面时，截面的上表面和下表面的折点必须在同一条垂线上;对整个构件的任意一点作垂线，构件上表面和下表面与该垂线相交的两点的距离是一个常数，该常数就是构件叠层生产的厚度，也就是生产时每次模板垂直提升的高度。
上述三点，统称为设计叠层生产构件时必须遵循的“等高提升”原则。构件的设计，无论对任何一点而言，都必须满足这一原则，否则，设计出来的构件在实际生产时，就重叠不起来。
叠层生产大板后张预应力钢筋的设计
为使设计出来的叠层生产预应力钢筋混凝土大板，能够在使用现场按吊装需要灵活布置生产台座，达到不进行构件运输的目的，就必须取消固定的先张预应力台座，采用后张预应力配筋工艺。但是，后张预应力钢筋的配置，不能穿透已叠层生产的混凝土构件，必须逐层分开。所以，这些后张预应力钢筋只能安装在已叠层生产完了的构件两侧，并采用外露的形式，待大板安装后，再在预留板缝中灌浆保护，如图1(A)所示。为保证板宽的安装尺寸，锚固预应力钢筋的短牛腿不能伸出板外，故预应力钢筋的锚头是在端部水平弯折后进入与板宽相等的短牛腿中锚固的，如图1所示。
叠层生产大板吊钩的设计
在叠层生产构件中，如何设计吊钩是一项技术关键。这是因为大板均为薄壁拱型结构，一般对吊钩的位置要求严格，不能任意移动。所以在整个叠层生产过程中，吊钩也必然重叠在一起。但是在构件吊装时，又要保证这些吊钩能顺利脱开，并能立即挂钩起吊。吊钩承受的荷重很大，可是大板作为薄壁结构，锚固吊钩的混凝土又很薄，所以必须设法保证吊钩锚固的可靠性。
为满足上述要求，吊钩的形状为锥形，下大上小，以便吊钩之间套叠，锥底加焊锚板，增加锚固，露出混凝土的锥顶作为吊环，混凝土施工时将此吊环用砂浆填充，作成实心锥体，刷隔离剂后，即可与上层构件隔开，以便脱模。如图1(B)所示。
按上述原则设计的板型有下列四类十种
带拉杆的二铰拱
架空叠层生产，不带保温层，正槽形拱板，如图2。
紧贴叠层生产，带保温层，反槽形拱板，图3。
紧贴叠层生产，带保温层，矩形截面拱板，图4。
紧贴叠层生产，不带保温层，板面为网格梁的反槽形拱板，图5。
整体槽板拱
紧贴叠层生产，带保温层，槽板拱，图6。
紧贴叠层生产，不带保温层，板面为网格梁的槽板拱，图7。
折板拱
紧贴叠层生产，不带保温层，幕型板拱，图8。
双向微曲拱
紧贴叠层生产，不带保温层，双向微曲拱，图9。
紧贴叠层生产，带保温层，双向微曲拱，图10。
紧贴叠层生产，不带保温层，板面为网格梁的双向微曲拱，图11。
这些大板的结构形式、力学性能、成型工艺各不相同，所以它们的优缺点和适用范围也各不相同。如
带有拉杆的二铰拱大板，其成型工艺简单，模板制作方便，但由于下弦是外露的柔性钢筋拉杆，所以只比较适用于各种库房、无吊车的厂房。
整体槽板拱，其力学性能很好，造型美观，所以适用范围很广，无论库房、厂房、公共建筑都能适用，而且跨度能够作的很大。但它的模板和成型工艺比较复杂，施工水平要求较高。
折板拱，它的力学性能和建筑造型都不如槽板拱，所以跨度不能作的太大。另外，它的屋面为折线，保温、防水的施工操作不方便，材料用量也多。但是，这种板的成型工艺极为简单，模具用料很省，在一个台座可以很容易的生产10～15层，所以可以广泛适用于各种中小型建筑。
双向微曲拱，这种拱板的力学性能很好，造型也很好，而且成型工艺简单，模具用料很省，但它必须四边支承，所以只能用于具有四边支承条件的结构。
上弦为网格梁的各种大板，其建筑造型均较好，可用于要求较高的建筑物。由于没有混凝土板面，板重较轻，所以板宽能够加大。但形成网格梁的框模用料很多，施工不方便。
这些大板有一个共同的最大优点，就是建成后的屋面整体性好，抗震害能力强，适用地区不受限制。
叠层生产大板的成型工艺，由于板型各不相同，所以对不同的板型有不同的成型工艺，归纳起来可分如下五种
架空叠层生产工艺。叠层生产时，每层构件之间留有一定空隙。具体作法是生产台座为砖砌支墩，墩距2米，用来支承全部叠层生产构件的重量。成型模板分侧模和底模二部份。支模时，底模支承在两个侧模的下部，侧模在重叠生产过程中是逐层提升使用的，侧模拆除后，底模可由层间空隙中抽出来，重复使用。全部构件叠层生产完了，养护混凝土达到设计强度后，再统一安装下弦预应力拉杆，逐层张拉锚固，全部完工后，最后再集中进行构件吊装。
带保温层的紧贴叠层生产工艺。生产出来的构件全部紧密的贴合在一起。具体作法是生产台座用红砖、干砂填砌而成，再在表面抹砂浆作成胎模。成型模板只有两片侧模。底模是利用的已经生产出来的下层构件的上表面，重叠生产过程中，只要逐层提升两片侧模，就能生产出各层构件。每层构件之间用隔离剂隔开。全部构件生产完了。混凝土养生达到设计强度后，统一安装后张预应力钢筋，逐层张拉锚固。最后集中进行构件吊装。这种类型的板能够紧贴叠层生产的一个重要条件，是用水泥膨胀珍珠岩作保温层，填充了板面的厚度，起到了使大板既带有保温层，又能叠层生产的效果。
折板拱(幕型板拱)紧贴叠层生产工艺。由于这种结构的侧板坡度很大，不能采用整体模板。它的成型办法是采用活动钢模架，钢模架用角钢作成，形状与构件横截面的折线形状相同。成型过程中，按成型部位安放钢模架，间距1.5米～2.5米，以钢模架作标尺，用特制的直线刮板，沿钢模架在纵、横二个方向拉刮混凝土，即可成型。其它工艺内容同前。
紧贴叠层生产双向微曲拱板成型工艺。这种板没有侧板面，而上板面的面积很大，呈双向微曲，尺寸要求准确。由于上表面的面积很大，采用模板或活动钢模架来成型都没有可能性。所以这种板的成型工艺是采取在大板四周的边框钢模上，分别安装四个微曲拱架，用直线长刮板分别沿两个对边的微曲拱架，拉刮表面混凝土成型。整个工艺的模具非常简单，操作方便，尺寸准确。其它有关工艺均相同。
紧贴叠层生产各种板型的上弦板面为网格梁时的生产工艺。此时每个网格的模板是一个矩形的模框，随每个构件的叠层生产，逐层提升该模框，生产出上弦的网格梁。网格梁的高度就是每层构件“等高提升”的高度，不必用保温层来填充板面的厚度。这种板的建筑造型美观，网格梁上的舖板，可以根据需要自行选定。
现场叠层生产预应力钢筋混凝土拱型屋面大板体系是把结构形式与生产工艺紧密结合在一起而产生的一套新型的屋面结构体系，它的主要优点是在保留了“板架合一”原有优点的前提下，又作到了使生产出来的大板构件不经过任何运输就能直接吊装使用，而且生产台座、施工设备和操作工艺都很简单，适合我国具体情况，便于大面积推广应用。
“中试”检验证明，采用这种能在现场叠层生产的大板结构作屋面，与结构形式相近但不能在现场叠层生产的大板作比较，屋面构件本身材料的用量几乎相等，但屋面工程的直接费用可降低20～40%，工程综合造价可降低13～18%，工期可缩短1/3～1/5，经济效益非常显著。
更重要的是，它改变了传统的预制大板构件必须在固定的预制场地或工厂生产的作法，把大型的固定大板生产工厂，变成了能随工程使用现场灵活搬迁的小型活动预制工厂。因此，实施本发明，不仅能取得明显的经济效益，而且具有很好的发展前途。
本发明的最佳实施方案
按建筑物的平面，根据吊车起吊能力，以能够直接把大板吊到屋面上使用为出发点来布置屋面大板的生产台座，并确定每个台座上应该叠层生产的大板数。
在选定的生产台座处，用红砖和干砂填砌台座，以便将来台座拆除后，红砖、砂子仍可照常使用。
把已经制作好的两片侧模板固定在台座两侧，然后在侧模和台座之间的空隙中浇灌素砂浆(掺早强剂)成型生产正式构件的胎模。
胎模砂浆达到强度后，拆开两片侧模。
在胎模和模板上刷隔离剂。
在胎模上安装已经绑扎好的钢筋。
按设计要求“等高提升”两片侧模，然后予以固定。
浇灌混凝土，用平板震捣器，震捣成型。(混凝土中掺早强剂)。
养生12小时，在混凝土达到50＃以上的强度后，拆开两片侧模。
把已经生产出来的大板继续当胎模使用，重复以上工序，就可以逐层重叠生产各层大板。
各个台座上所有的大板都重叠生产完了，在最表层的一块板，养生达到设计强度后，方可按设计要求，统一安装所有大板的后张预应力钢筋。
用两台双作用油压千斤顶，按设计的张拉应力逐层进行对每块板两侧的预应力钢筋实行对称的预应力张拉和锚固。直至全部完工。
安排吊车进场，按原来布置生产台座时预定的吊装程序，逐个台座、逐层大板进行吊装。
对已安装到屋面上的大板进行板缝灌浆，并适当用小震捣棒予以震捣，保证砂浆填满板缝、达到保护后张预应力钢筋的作用。
全部大板构件，从生产到安装的工序均已结束，其它保温、防水工作照正常程序进行。
权利要求
1、叠层生产预应力钢筋混凝土拱型屋面大板，其特征在于能在使用现场叠层生产、直接吊装使用的新型板型。
2、根据权利要求
(1)所述，其特征是当截面为曲面时，截面的上表面和下表面的曲率必须相同。
3、根据权利要求
(1)和(2)所述，其特征是当截面为折平面时，截面的上表面和下表面的折点必须在同一条垂线上。
4、根据权利要求
(1)、(2)和(3)所述，其特征是对构件的任意一点作垂线，构件上表面和下表面与该垂线相交的两点的距离是构件叠层生产的厚度，为一个常数。
5、根据权利要求
(1)所述，其特征是采用后张预应力配筋。
6、根据权利要求
(1)和(5)所述，其特征是后张预应力钢筋安装在已叠层生产完了的构件两侧，采用外露形式，待大板安装后，再在预留板缝中灌浆保护。
7、根据权利要求
(1)所述，其特征是吊钩钢筋成锥形，以使能逐层套叠，锥底加焊两块锚板，埋入构件混凝土中，锥顶作吊环，用砂浆填充环孔，形成实心锥体，以便与后来叠在上层的构件脱开。
8、根据权利要求
(1)所述的现场叠层生产的新型板型，其特征有四类十种
带拉杆的二铰拱
架空叠层生产，不带保温层，正槽形拱板;
紧贴叠层生产，带保温层，反槽形拱板和矩形截面拱板;
紧贴叠层生产，不带保温层，板面为网格梁的反槽形拱板。
整体槽板拱
紧贴叠层生产，带保温层，槽板拱;
紧贴叠层生产，不带保温层，板面为网格梁的槽板拱。
折板拱
紧贴叠层生产，不带保温层，幕型板拱。
双向微曲拱
紧贴叠层生产，带保温层，双向微曲拱;
紧贴叠层生产，不带保湿层，双向微曲拱和板面为网格梁的双向微曲拱。
9、根据权利要求
(1)所述叠层生产大板的成型工艺，其特征在于用两片侧模和一片底模生产时逐层提升侧模、抽出底模进行架空叠层生产。
10、根据权利要求
(1)所述，其特征是只用两片侧模，以每个下层构件作底模生产时逐层提升侧模，进行紧贴叠层生产大板。
11、根据权利要求
(1)和(10)所述，其特征是采用保温进行填充，以确保大板的上弦板面达到“等高提升”的效果。
12、根据权利要求
(1)所述，其特征是对构件侧板坡度较大的折板拱，采取活动钢模架作标尺，然后用刮板沿钢模架拉刮混凝土进行成型。
13、根据权利要求
(1)所述，其特征是对大面积表面的双向微曲板采用在大板四周边框上安装四个固定微曲钢拱架，然后用长刮板分别沿相对两个钢拱架拉、刮混凝土成型。
14、根据权利要求
(1)所述，其特征是对大板上弦板面为网格梁时采用矩形模框、叠层生产时，逐层提升模框。
专利摘要
现场叠层生产预应力钢筋混凝土拱形屋面大板，是建筑工程用的屋面结构。较之通常采用的折板、壳板或拱板，其优点是在现场叠层预制，采用后张预应力配筋，生产出的大板可直接吊装就位。简化了预制生产台座，不需专门车辆运输构件，降低了工程综合造价。本发明适用于一般轻工、纺织、机械等工业厂房和大型文体建筑采用。其结构型式和叠层生产情况如图所示。
文档编号E04B5/02GK85102720SQ85102720
公开日1986年11月12日 申请日期1985年4月16日
发明者刘健群 申请人:黑龙江省建筑设计院新技术研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan