三层t型钢空腹梁及其制作方法
【专利说明】 三层T型钢空腹梁及其制作方法
[0001]本发明涉及大跨度多层与高层空间钢网格楼盖制作方法，它的出现，即节约了楼盖结构的用钢量，又使楼盖此处亦是空腹确保此类楼盖空腹的使用功能。
【背景技术】
[0002]随着经济建设的发展，为了节约土地促进生态文明建设，过去大量的大跨度公共与工业建筑，均作成单层，如横向与横向边长均为150m即(5X30m) X (5X30m) = 22500m2,占去土地42亩以上，如作成三层节约土地28亩，因此大跨度单层向大跨度多层发展是大势所趋，作为大跨度点支承楼盖，其关键技术是提高点支承楼盖与点支承柱X及Y向两正交方向柱上板带的刚度，更主要的是抗弯刚度，即此部位的惯性矩(Ix)。长期以来，这种点支承大跨度楼盖如钢筋混凝土密肋井字楼盖和Η型钢正交与现浇混凝土组合井字楼盖，这些结构与点支承柱相交部位，为了提高此处抗弯刚度，采用如下办法:其一:加柱帽或加斜撑杆，即减少此部位的跨度，来提高此部位的相对刚度；其二:在此部位设框架大梁，提高此部位的惯性矩和抵抗矩，从而减小此部位的正应力，降低用钢量。此种从上世纪50年代就出现的传统结构体系，随着经济建设和科学发展，这远远不满足现代建筑发展的需求，如楼盖内要设置中央空调、水、电、管线；要求降低结构自重又保持楼盖空间三维受力；要求楼盖结构装配整体式和工业化，从2007年发明者相继提出“装配整体式空间钢网格盒式结构新体系” “系列专利技术，如ZL200710201934.1、ZL201320375095.6、ZL20111034963.7...等”。这些空间网格楼盖是由上、下弦(肋)为Τ形钢，在网格正交叉节点，连接方形钢管，形成Τ型钢与方钢管组成的双层空腹钢梁，它们之间两两正交即形成Τ型钢的空腹网格板，此种结构均在工厂加工制造，并在现场拼装，形成装配整体式，满足工业化要求。并解决和改善了传统结构无法作到的要求。从而促进大跨度结构向多层发展，此时，在多层大跨度空腹夹层板楼盖中，出现与传统井字楼盖相同的问题，必须大幅度提高空腹梁与柱子相交方向此梁的抗弯刚度。因此，此部位的Τ形钢空腹梁由双层改变为三层Τ形钢空腹梁，它的提出不仅仍保证楼盖内空腹存在，并确保在降低结构自重条件下大幅度提高此部位空腹梁抗弯刚度。
【发明内容】
[0003]图1为《高层与超高层大跨度大面积装配整体式钢网格盒式“成束茼”结构及制作方法》(正在申报专利)的一个工厂制作单元，单元平面为正方形，每边长度可为40m、50m、60m、72m从而形成一个制造单元，每一层分别为(1600m2、2500m2、3600m2和5184m2)的大面积，制造单元正中央设一根工厂制造，现场拼装方钢管柱，将每层楼面积分别为4块，如周边长40m时，为一块面积20mX 20m = 400m2，如图2所示，这些楼盖均为工厂制造加工的装配整体式空腹网格单元，网格为a = 2.5m时，周边分别有8根双层T形钢空腹梁彼此正交，其中X和1向分别有一根空腹梁与中间柱相交，此两根空腹梁实际分别承担楼面总荷载的1/2，如此处400m2楼面使用荷载5KN/m2，与柱相交处空腹梁承载使用荷载P = 5KN/m2X200m2 = 1000kN，而其他两向正交的空腹梁分别平均仅承受Pi = 8 X 5KNX 1/2 X 2.52 =125KN荷载，仅是前者1/8，此时与柱相交的双层T形钢空腹梁只能用空腹梁改为实腹梁成倍地加大用钢量，并在柱头上加斜撑杆减少此处梁跨度来提高该空腹梁抗弯刚度(EIX)。这样一来，所有楼盖空腹在该处为实心，造成楼盖空腹形成虚设。图3为楼盖双层空腹梁侧立面图，每个网格均有空腹，而与柱相交处空腹变实腹，使大面积楼盖内空腹部分不能安装空调、水电等水平管线，有碍此专利技术优越性充分发挥。为此本发明提出三层T形钢空腹梁结构，即在与中间钢柱相交该空腹梁由双层改为三层，如图4所示，其上面两层T形钢与方钢管组成大跨度空腹网格楼盖，并在此双层空腹梁的下面将方钢管延长，并在其底部沿与中间柱相交方向增设一根T形钢，此部位T形钢上、中、下三层设置后，每个网格形成上、下两个空洞，将图4取剖面1-1，可得图5所示剖面图，其T形钢上、中、下设置。当大跨度空腹楼盖在与中间柱直接连接处，由双层T形钢空腹梁改为三层T形钢空腹梁(图4、图5)。由于此部位改为三层T形钢空腹梁，其抗弯刚度大幅度提高与此同时，此部位仍保持空腹。从而解决了大跨度、大面积空间钢网格盒式结构楼盖腹部空腹作空调、水电管线水平布置的设备层使用的功能。
【附图说明】
[0004]附图1高层与超高层大跨度大面积装配整体钢网格盒式“成束茼”结构的正方形空腹网格楼盖单元平面图；
[0005]附图2附图1正方形空腹网格楼盖单元平面图中右下角1/4空腹网格结构布置图及工厂制作单元划分图；
[0006]附图3空腹网格楼盖中X向或y向双层T形钢空腹梁侧立面图；
[0007]附图4与单元平面中间柱直接相连部位的三层T形钢空腹梁侧立面图；
[0008]附图5三层T形钢空腹梁的剖面图，其两侧亦为双层空腹网格楼盖；
[0009]附图6三层T形钢空腹梁，其上、中、下T形钢之间的几何关系及折算惯性矩求解图。
【具体实施方式】
[0010]图1 为大跨度(Li = 20m、25m、30m、36m)大面积啊(F = 1600m2、2500m2、3600m2、5184m2)钢空腹夹层板楼盖的网格划分平面图，图2为图1右下角(东南角)1/4面积网格单元平面图。除X向与y向与中间钢柱直接交汇外，楼盖所有部位均作成双层T形钢空腹梁，并按图2所示划分工厂制作单元(1、2、3、4)如图3所示，从图1、图2可知与中间柱直接交汇的空腹梁，它承担楼面1/2面积的使用荷载及结构自重，此处的空腹梁必然要大幅度地提高本身的承载能力和刚度，传统的方法是将双层T形钢空腹梁(图3)改为工字形实腹梁，并加大截面和加大梁高，若仍不满足时，再在此梁两端加斜撑杆达到减小跨度提高承载力和刚度的作用，这样一来不仅增加了用钢量提高了成本，更主要的此处两个方向均为实腹，原楼盖空腹起到设备管线夹层的功效完全丧失。本发明提出的三层T形钢空腹钢梁解决上述困难，图4为三层T形空腹钢梁的侧立面图，图5为此梁剖面图，它在此处的空腹不仅保留，而且还增加了一层空腹，并降低结构用钢量。以图1、2所示平面与柱相交两边跨度相等，均为L = 20m，楼面荷载均通过此梁传递支承柱，必须成倍地提高此空腹梁承载能力和刚度。此处以Q = 20m为例，说明如下:图6为三层T形钢空腹梁剖面图，上层T形钢腹板向下、中层与下层τ形钢腹板向上(倒置)，楼盖20mX20m = 400m2范围内均为双层，即此处的上、中两层高度比=800，它的折算惯性矩Ixl = 94424cm4，下层T形钢与中层T形钢间距600，整个三层T形钢空腹梁的折算惯性矩Ix2 = 313068cm4，两者之比Ix2/Ixl =313068/94424 = 3.3倍，即此处三层T形钢空腹梁的折算惯性矩是楼盖其他部位双层T形钢空腹梁3.3倍，楼盖此处承受的荷载虽大，但它的抗弯刚度(EI)成η倍增加，解决结构刚度不足变形过大的同时，由于惯性矩大幅度提高，三层Τ形钢空腹梁的折算抵抗矩也成η倍增加，其弯曲变形造成上、下Τ形钢产生的受拉、受压应力也成η倍地下降。三层Τ形钢空腹梁提出，既节约了工程造价，又确保楼盖中间空腹存在兼作设备管线的夹层的功效。
【主权项】
1.一种由上、中、下三层τ形截面钢与方钢管组成的空腹钢梁，其每个网格x向或y向网格均有两层空腹空间，确保装配整体式空间钢网格盒式结构的空腹网格楼盖的中间均有空腹层，以利水、电、消防水平管线水平布置形成夹层。2.在相同的跨度和荷载条件下，三层T形钢空腹梁的抗弯刚度比双层T形钢空腹梁的抗弯刚度大(3?5)倍，大幅度提高大跨度，点支承钢空腹夹层板楼盖抵抗变形的能力。3.在相同的跨度和荷载条件下，三层T形钢空腹梁的承载能力比双层T形钢空腹梁的承载能力提高了(3?5)倍。4.三层T形钢空腹梁主要应用于多点支承的大跨度钢空腹夹层板楼盖与大跨度中间柱直接相连部位的空腹梁，此部份的空腹梁承担点支承楼面荷载50%，采用三层T形钢空腹梁后，其抗剪刚度不变情况下，大幅度提高结构的刚度和强度，与此同时，此部分仍然可作到点支承和大跨度，达到降低用钢量的节能减排功效。
【专利摘要】大跨度点支承的空间空腹网格楼盖板，如混凝土空腹夹层板楼盖和钢空腹夹层板楼盖，它们的力学模型为空间三维受力的“网格板”，其楼盖厚度h＝(1/25～1/30)L。如图为20m×20m中间点支承楼盖，其正交正放网格为2500×2500，其高度h＝20000/25＝800，即一般板的厚度。图中间点支柱，柱承受全部楼盖1/4荷载，它是通过与中间柱正交的空腹梁将荷载传递的即无梁楼盖的“柱上板带”，它承受的弯矩和剪力亦很大，必须加大梁的截面的同时还要作成实腹，原空腹楼盖的功效丧失，本发明提出了三层T型钢空腹梁及其制作方法，将点支承的空腹梁由双层改为三层，既保证承载力要求，又使此交叉梁仍为空腹，保证楼盖空腹的功效。起到一举多得的功效。
【IPC分类】E04B5/48
【公开号】CN105275121
【申请号】CN201410238445
【发明人】马克俭, 田啟良, 吴刚, 栾焕强, 张华刚, 吴聚龙, 陈志鹏, 曾勇, 曾垂武, 马华, 肖建春, 唐敦洲, 魏艳辉
【申请人】南京中建化工设备制造有限公司, 东南大学, 贵州大学, 湖南金海钢结构股份有限公司, 天津大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2014年5月28日