專利名稱：一種鋼管空心混凝土樓板及其施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土樓板，特別是涉及一種適用于荷載大，跨度大、但要限高的建筑物中的空心混凝土樓板。
背景技術(shù)：
用混凝土做的空心樓板早已在房屋、橋梁中被廣泛地應(yīng)用，遺憾的是在制作空心樓板的過程中，用于成型的管從來就不參與空心板的受力，僅僅是空心樓板成型的模板而已。樓板做成空心的目的是有效減輕樓板的自重，并節(jié)省材料。此外，還有專門為減小地震力而將空心樓板設(shè)計為抗震結(jié)構(gòu)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，空心樓板的生產(chǎn)制作可以在工廠，也可以在工地現(xiàn)場。在工廠制作時，通常有專門設(shè)計的模具，等混凝土初凝固后，就將模具抽出，從而形成空心樓板；在工地則不同，常用的用于成型的模板有水泥加纖維或紙筒管，或者塑料筒管，放置在板中，用于成型的管在澆筑完混凝土后不拆除。以上類型的用于成型的管具有以下缺陷(1).管與板不能很好的結(jié)合，而只能起到成型的作用，不提高板的承載力和剛度，即用其制作出來的空心樓板承載力低；(2).即使不拆除用于成型的管，當樓板受力時，管不能與板共同協(xié)調(diào)變形，不參與板的抗彎、抗剪等受力過程；(3).樓板內(nèi)空心處內(nèi)壁抗擁壓能力差，容易產(chǎn)生裂紋或裂縫。
此外，在施工過程中，還需要支模用多個鋼管豎直布置，并在鋼管頂端制作樓板的模板，等澆筑好樓板后再拆掉用來支頂?shù)匿摴?，施工過程繁瑣、成本高、工期長，尤其是對于層高較高的工程，支頂費用更高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋼管空心混凝土樓板，樓板整體截面小、重量輕、并且承載力大。
本發(fā)明的技術(shù)方案可以用以下的技術(shù)措施來實現(xiàn)，一種鋼管空心混凝土樓板，其特征在于樓板內(nèi)設(shè)有多個鋼管，鋼管周圍為混凝土結(jié)構(gòu)，形成空心樓板；鋼管的兩端固定在與樓板相結(jié)合的框架梁上。所述的鋼管不但作為空心樓板的成型模板，且澆注混凝土后不拆除，作為空心樓板結(jié)構(gòu)的一部分。
本發(fā)明還可以作如下改進，所述的鋼管分為兩組，其中一組鋼管的下方設(shè)有支架，設(shè)有支架的各鋼管與另一組中的各鋼管交替并平行布置，相鄰二鋼管之間留有間隔。
所述的鋼管上設(shè)有的支架包括托板和吊板，托板水平布置，與鋼管的長度相適應(yīng)；吊板位于鋼管下方，由多個垂直于托板并沿托板長度方向間隔排列的豎向板組成，豎向板的上端與鋼管固定。
本發(fā)明還可以作如下改進，所述的樓板還包括桁架模板，桁架模板由多個模板單元所組成，每個模板單元設(shè)置在相鄰二支架的托板上。
所述的桁架模板的每個模板單元的兩端分別搭接固定在位于其兩側(cè)的二支架的托板上。即桁架模板通過支架上的吊板及托板，被鋼管吊起。
所述的樓板頂部及底部分別設(shè)有縱橫交錯布置的鋼筋，其中，位于樓板底部的鋼筋布置在桁架模板的底部。
本發(fā)明還可以作如下改進，在所述的相鄰二鋼管之間的混凝土內(nèi)，還可以布置有預應(yīng)力鋼鉸線，鋼鉸線的兩端也固定到與樓板相結(jié)合的框架梁上。鋼鉸線的設(shè)置大大加強了樓板的承載能力。同時，預應(yīng)力鋼鉸線的應(yīng)用還提高了空心樓板的抗裂能力。所述的預應(yīng)力鋼鉸線為中間下凹的拋物線形狀。
上述的鋼管空心混凝土樓板的施工方法，其具體包括如下步驟(1).制作兩組鋼管，將其中一組鋼管上固定安裝上支架，先將該組鋼管平行布置，并讓其兩端固定到兩側(cè)的用來與樓板相結(jié)合的框架梁上，相鄰二鋼管之間預留間隔；(2).安裝桁架模板將多個桁架模板單元分別布置在設(shè)有支架的相鄰二鋼管之間，并將每個桁架模板的兩端分別搭接在相鄰二鋼管的支架上；(3).在桁架模板的底面上安裝樓板底部的鋼筋；(4).安裝另一組鋼管將另一組鋼管的兩端也固定到兩側(cè)的框架梁上，并將鋼管分別布置在上述步驟1預先安裝好的相鄰二鋼管之間的間隔中，讓兩組鋼管交替布置并互相平行，然后澆筑板底混凝土；(5).待板底混凝土變硬后，安裝樓板上部的鋼筋；(6).澆筑上部混凝土。
在本發(fā)明所述的鋼管空心混凝土樓板的施工方法中，所述的步驟1和2中，其中一組鋼管上設(shè)有的支架包括一水平布置的托板和豎向布置的吊板組成，托板與鋼管的長度相適應(yīng)；吊板包括多個垂直固定在托板上并沿托板長度方向間隔排列的豎向板，將豎向板的上端與鋼管焊接固定；將每個桁架模板單元的兩端分別搭接在相鄰二支架上的托板上。
相應(yīng)地，所述的與樓板相結(jié)合的框架梁上應(yīng)至少設(shè)有一個安裝平面，則鋼管的端面和預應(yīng)力鋼鉸線的端部均與該安裝平面固定連接。施工方便，快捷。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是
(1).在混凝土空心樓板中內(nèi)置了鋼管，解決了樓板內(nèi)空心孔的內(nèi)破壞問題，使樓板的結(jié)構(gòu)更加接近于型鋼混凝土，是一個鋼—混凝土板疊合的混合結(jié)構(gòu)；與現(xiàn)有技術(shù)中的普通混凝土結(jié)構(gòu)相比，其含鋼量大大提高，從而在相同荷載的條件下，本發(fā)明的樓板厚度更小，重量更輕，占用的空間更??；(2).鋼管與樓板內(nèi)的混凝土緊密結(jié)合一起，使鋼管能與混凝土樓板能協(xié)調(diào)變形，參與抵抗外力，并能承擔樓板的部分彎矩、剪力，同時提高了樓板的整體剛度，鋼管直徑越大、壁越厚，承載力越大；(3).由于鋼管與混凝土有良好的結(jié)合，鋼管和混凝土形成的內(nèi)孔還能承受更大的擁壓力；從而有效克服樓板的內(nèi)部出現(xiàn)裂紋或裂縫等缺陷；(4).與同重量的混凝土樓板相比，鋼管空心樓板的承載力可最大可提高70％，減小了樓板的厚度和自重，特別是當本發(fā)明用于地下室時，開挖深度大大縮小，節(jié)省人力和時間；(5).施工方便，可以不用支模，自行吊壓型板施工，縮短工期，很適用于高空作業(yè)，具有廣泛的應(yīng)用前景。
下面通過試驗例進一步證明本發(fā)明的效果，試驗名稱鋼管空心混凝土樓板節(jié)點的有限元分析1.ABAQUS計算總說明混凝土強度等級采用C35，型鋼采用Q345鋼，所有節(jié)點的混凝土采用損傷模型實體單元模擬，型鋼采用殼單元模擬。因為忽略了鋼筋的影響，混凝土損傷加快加大，從而剪力鍵的所受應(yīng)力會增大，所以只要現(xiàn)有模型計算結(jié)果滿足規(guī)范要求，加鋼筋的情況將自動滿足。因此在計算結(jié)果中比較有參考價值的參數(shù)分別是位移，型鋼應(yīng)力，混凝土損傷情況。
鋼材模型鋼材的彈塑性分參數(shù)如下(單位kN-m)，材料，名稱＝Q345彈性 200e6塑性，硬化＝kinematic 345e3，0 470e3，0.025質(zhì)量 7.800混凝土模型采用彈塑性損傷模型，可考慮材料拉壓強度的差異，剛度強度的退化和拉壓循環(huán)的剛度恢復。例如C35混凝土采用的參數(shù)如下定義(單位kN-m)*材料，名稱e＝C35*彈性31500000，0.2*質(zhì)量2.5*損傷，alpha＝0.0
*混凝土 損傷 塑性25*混凝土受壓 硬化16380.， 023400.， 0.00078943115814.6，0.0025625310267.4，0.004270927408.77，0.005893955749.74，0.007478914682.74，0.009045073943.69，0.01060083403.29，0.01215032991.69，0.0136956*混凝土受壓 損傷0， 00.01， 0.0007894310.324164， 0.002562530.561223， 0.004270920.683386， 0.005893950.796302， 0.007478910.858328， 0.009045070.89589，0.01060080.92031，0.01215030.937062， 0.0136956*混凝土受拉 硬化2640.， 02200.， 0.00003014271253.05，0.000160189834.315，0.000273466638.442，0.000379668524.938，0.000483255450.278，0.000585609397.041，0.000687284356.924，0.000788541325.457，0.000889524109.188，0.00399589*混凝土受拉 損傷0， 00.01， 0.00003014270.430433， 0.0001601890.620766， 0.0002734660.709799， 0.0003796680.814503， 0.0004832550.880713， 0.0005856090.921137， 0.0006872840.943295， 0.000788541
0.956917，0.0008895240.998833，0.00399589計算方法采用Explicit(顯式)計算；加載方式按自重及其他荷載按線性加載(從0加載到設(shè)計荷載)。
2節(jié)點計算2.1截面尺寸此節(jié)點為空心鋼管板節(jié)點，由對稱關(guān)系取出1/4模型計算，四周加對稱邊界。
混凝土部分板面積為16.8m×8.4m，厚0.9m；圓柱為鋼管柱13，在樓板的正中間，直徑為0.75m。四分之一模型如附圖14所示。
型鋼部分空心板鋼管16直徑為0.6m，厚0.008m。主梁14為槽形鋼，厚0.035m，次梁15為I字鋼，翼緣15a厚0.025m，腹板15b厚0.02m。加0.035厚肋板。鋼管柱13鋼板厚0.022m。樓板頂部配筋為ф25@100mm，等效為5mm的鋼板，樓板底部配筋為ф25@150mm，等效為3mm的鋼板，模型如附圖15、16所示。
2.2荷載荷載均為豎向荷載。恒載(不包括自重)為32KN/m2，活載為20KN/m2，按1.35恒+0.98活算得應(yīng)加的樓板上的均布荷載為61KN/m2。
鋼管柱13底部作嵌固約束，四周加對稱邊界。
2.3計算結(jié)果及分析(單位為kN、m、kPa)由于模型的對稱性以下只顯示1/4模型的計算結(jié)果2.3.1位移圖(1)、(2)分別如附圖17、18所示最大位移數(shù)值達15.2mm，撓度為15.2/16.4＝1/1078＜1/200，滿足規(guī)范要求。
2.4.2型鋼應(yīng)力(負值為壓，正值為拉)。
拉壓應(yīng)力中，在鋼管柱上取一點，定義從該點沿鋼管16長度方向為1方向，沿該點在鋼管16橫截面圓周上的切線方向為2方向，同時垂直與上述1和2二方向的方向為法線方向，試驗測得1方向的最大應(yīng)力為116.3e3kN/m2，2方向的最大應(yīng)力為114e3kN/m2，均小于Q345鋼抗拉壓強度設(shè)計值295e3kN/m2，而3方向(剪應(yīng)力)的最大值為105e3kN/m2，小于Q345鋼抗剪強度設(shè)計值170e3kN/m2；最大屈服壓應(yīng)力(負值)發(fā)生在板下面鋼管柱13壁及次梁15的工字鋼的下翼緣，其數(shù)值達135e3kN/m2＜295e3kN/m2；最大屈服拉應(yīng)力(正值)發(fā)生柱頂附近的型緣，數(shù)值達180e3kN/m2＜295e3kN/m2；均處于彈性范圍，滿足規(guī)范要求。
2.4.3混凝土受拉損傷鋼管柱13頂附近的板面及跨中的板底部，出現(xiàn)了不同情度的損傷，損傷最嚴重部分混凝土受拉剛度已退化了近百分之九十，此區(qū)域的混凝土受拉已退出了工作，由型鋼承受大部分作用力。
2.5總結(jié)綜上所述，樓板的自重和覆土的重量的作用下由鋼管柱13、型鋼梁及與其相焊接的鋼管16構(gòu)成的空心鋼管板節(jié)點滿足承載力要求。
圖1是本發(fā)明實施例1的樓板剖視2是圖1的I部放大示意3是圖2的A-A向剖視4是本發(fā)明實施例1的鋼管與框架梁相連的立體示意5是本發(fā)明實施例2的預應(yīng)力鋼鉸線與框架梁相連的結(jié)構(gòu)示意6是本發(fā)明實施例3的樓板剖視7是本發(fā)明實施例4的工字鋼與桁架模板相連的結(jié)構(gòu)示意8是本發(fā)明的鋼管空心混凝土樓板的施工方法步驟1的示意9是本發(fā)明的鋼管空心混凝土樓板的施工方法步驟2的示意10是本發(fā)明的鋼管空心混凝土樓板的施工方法步驟3的示意11是本發(fā)明的鋼管空心混凝土樓板的施工方法步驟4的示意12是本發(fā)明的鋼管空心混凝土樓板的施工方法步驟5的示意13是本發(fā)明的鋼管空心混凝土樓板的施工方法步驟6的示意14本發(fā)明試驗例中混凝土部分的模型圖15本發(fā)明試驗例中型鋼的梁、柱模型圖16本發(fā)明試驗例中型鋼的空心板鋼管模型圖17本發(fā)明試驗例中的位移圖(1)圖18本發(fā)明試驗例中的位移圖(2)具體實施方式
實施例1本發(fā)明的實施例1如圖1～4及圖8～13所示，一種鋼管空心混凝土樓板的施工方法，其具體包括如下步驟(1).如圖8所示，制作兩組鋼管1a、1b，將其中一組鋼管1a上固定安裝上支架2，支架2包括一水平布置的托板21和豎向布置的吊板22組成，托板21與鋼管1a的長度相適應(yīng)；吊板22位于鋼管1a的下方，并包括多個垂直固定在托板21上并沿托板21長度方向間隔排列的豎向板，將豎向板的上端與鋼管1a焊接固定；先將該組鋼管1a平行布置，并讓其兩端焊接固定到兩側(cè)的截面為矩形的方梁4上靠內(nèi)側(cè)的側(cè)壁上，相鄰二鋼管1a之間預留間隔；(2).如圖9所示，安裝桁架模板3將多個桁架模板單元分別布置在設(shè)有支架2的相鄰二鋼管1a之間，并將每個桁架模板單元的兩端分別搭接在相鄰二支架2上的托板21上；本發(fā)明中的桁架模板3是現(xiàn)有技術(shù)中普遍應(yīng)用的桁架模板，包括上弦31、下弦32和腹桿33。
(3).如圖10所示，在桁架模板3的底面上安裝底部鋼筋5a，并將鋼筋縱橫交錯布置；(4).如圖11所示，安裝另一組鋼管1b將另一組鋼管1b的兩端也固定到兩側(cè)的方梁4上靠內(nèi)側(cè)的側(cè)壁上，并將該組鋼管1b分別布置在上述步驟1預先安裝好的相鄰二鋼管1a之間的間隔中，讓兩組鋼管1a、1b交替布置并互相平行，然后澆筑板底混凝土6，板底混凝土6的厚度蓋過桁架模板3，并低于鋼管1a、1b的最低點；(5).如圖12所示，待板底混凝土6變硬后，安裝上部鋼筋5b，上部鋼筋5b也為縱橫交錯布置；(6).如圖13所示，澆筑上部混凝土7，完成樓板制作。
經(jīng)上述施工方法所制作的樓板結(jié)構(gòu)如圖1～4所示。
實施例2本發(fā)明的實施2如圖5所示，與上一個實施例所不同的是，在相鄰二鋼管1a、1b之間的混凝土內(nèi)，還布置有預應(yīng)力鋼鉸線8，預應(yīng)力鋼鉸線8為中間下凹的拋物線形狀，預應(yīng)力鋼鉸線8的兩端端部穿過方梁4，并用螺栓9在方梁4上靠外側(cè)的側(cè)壁進行固定。在施工過程中，在步驟4中，安裝另一組鋼管1b時，同時預埋固定預應(yīng)力鋼鉸線8。其它施工過程與實施例1相同。
實施例3本發(fā)明的實施例3如圖6所示，與實施例1所不同的是，樓板的中間還設(shè)有框架梁10，該框架梁10與鋼管1a、1b的布置方向垂直，則每個鋼管并非橫跨整個樓板的寬度，而是被位于樓板中間的框架梁10分為兩個區(qū)域。在施工方法的步驟1和步驟4中，在位于中間的框架梁10兩側(cè)分別固定鋼管1a或1b的其中一端，并將鋼管1a或1b的另一端與兩側(cè)的方梁4相固定。其它施工過程與實施例1相同。
實施例4本發(fā)明的實施例4如圖7所示，與實施例1所不同的是，樓板與框架梁結(jié)合的同時，還與立柱結(jié)合，當鋼管與立柱相干涉時，在樓板上與立柱結(jié)合的位置，用一工字鋼11來代替鋼管，立柱的兩側(cè)均固定一工字鋼11，即將二工字鋼11的一端固定到立柱上，將其另一端分別與兩側(cè)的框架梁固定，工字鋼11的翼緣與樓板平行，將工字鋼11的翼緣下方焊接固定有包括托板21和吊板22的支架。其它施工過程與實施例1相同。以上方案中，用工字鋼11代替鋼管，解決了鋼管與立柱不好固定的問題，這樣既保證了樓板的強度，又不影響桁架模板3的順利安裝。
在上述的實施例中，所述的作為框架梁的方梁還可以是其它形狀的梁，此時，可在梁內(nèi)設(shè)置預埋件，該預埋件上至少設(shè)有一個安裝平面，用來固定鋼管的端面。
權(quán)利要求
1.一種鋼管空心混凝土樓板，其特征在于樓板內(nèi)設(shè)有多個鋼管，鋼管周圍為混凝土結(jié)構(gòu)，形成空心樓板；鋼管的兩端固定在與樓板相結(jié)合的框架梁上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼管空心混凝土樓板，其特征在于所述的鋼管分為兩組，其中一組鋼管(1a)的下方設(shè)有支架(2)，設(shè)有支架(2)的各鋼管(1a)與另一組中的各鋼管(1b)交替并平行布置，相鄰二鋼管(1a)、(1b)之間留有間隔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋼管空心混凝土樓板，其特征在于所述的鋼管(1a)上設(shè)有的支架(2)包括托板(21)和吊板(22)，托板(21)水平布置，與鋼管(1a)的長度相適應(yīng)；吊板(22)位于鋼管(1a)下方，由多個垂直于托板(21)并沿托板(21)長度方向間隔排列的豎向板組成，豎向板的上端與鋼管(1a)固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋼管空心混凝土樓板，其特征在于所述的樓板還包括桁架模板(3)，桁架模板(3)由多個模板單元所組成，每個模板單元設(shè)置在相鄰二支架(2)的托板(21)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鋼管空心混凝土樓板，其特征在于所述的桁架模板(3)的每個模板單元的兩端分別搭接固定在位于其兩側(cè)的二支架(2)的托板(21)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鋼管空心混凝土樓板，其特征在于所述的樓板頂部及底部分別設(shè)有縱橫交錯布置的鋼筋，其中，位于樓板底部的鋼筋(5a)布置在桁架模板(3)的底部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼管空心混凝土樓板，其特征在于在所述的相鄰二鋼管(1)之間的混凝土內(nèi)，布置有預應(yīng)力鋼鉸線(8)，其兩端也固定到與樓板相結(jié)合的框架梁上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種鋼管空心混凝土樓板，其特征在于所述的預應(yīng)力鋼鉸線(8)為中間下凹的拋物線形狀。
9.一種權(quán)利要求1所述的鋼管空心混凝土樓板的施工方法，其具體包括如下步驟(1).制作兩組鋼管(1a)、(1b)，將其中一組鋼管(1a)固定安裝上支架(2)，先將該組鋼管(1a)平行布置，并讓其兩端固定到兩側(cè)的用來與樓板相結(jié)合的框架梁上，相鄰二鋼管(1a)之間預留間隔；(2).安裝桁架模板(3)將多個桁架模板單元分別布置在設(shè)有支架(2)的相鄰二鋼管(1a)之間，并將每個桁架模板(3)的兩端分別搭接在相鄰二鋼管(1a)的支架上；(3).在桁架模板(3)的底面上安裝底部鋼筋(5a)；(4).安裝另一組鋼管(1b)將另一組鋼管(1b)的兩端也固定到兩側(cè)的框架梁上，并將鋼管(1b)分別布置在上述步驟1中預先安裝好的相鄰二鋼管(1a)之間的間隔中，讓兩組鋼管(1a)、(1b)交替布置并互相平行，然后澆筑板底混凝土(6)；(5).待板底混凝土(6)變硬后，安裝樓板上部的鋼筋(5b)；(6).澆筑上部混凝土(7)。
10.根據(jù)權(quán)利9所述的一種鋼管空心混凝土樓板的施工方法，其特征在于所述的步驟1和2中，其中一組鋼管(1a)上設(shè)有的支架(2)包括一水平布置的托板(21)和豎向布置的吊板(22)組成，托板(21)與鋼管(1a)的長度相適應(yīng)；吊板(22)包括多個垂直固定在托板(21)上并沿托板(21)長度方向間隔排列的豎向板，將豎向板的上端與鋼管(1a)焊接固定；將每個桁架模板單元的兩端分別搭接在相鄰二支架(2)上的托板(21)上。
全文摘要
一種鋼管空心混凝土樓板，樓板內(nèi)設(shè)有多個鋼管，鋼管周圍為混凝土結(jié)構(gòu)，形成空心樓板；鋼管的兩端固定在與樓板相結(jié)合的框架梁上。所述的鋼管不但作為空心樓板的成型模板，且澆注混凝土后不拆除，作為空心樓板結(jié)構(gòu)的一部分。本發(fā)明所述的鋼管空心混凝土樓板，樓板整體截面小、重量輕、并且承載力大。
文檔編號E04B5/36GK101059014SQ200710028018
公開日2007年10月24日 申請日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者陳星 , 羅赤宇, 向前, 李欣, 孫禮軍, 葉浩, 林撲強, 王華林, 歐妍君, 郭偉杰, 李娜, 蔣運林, 彭思 申請人:廣東省建筑設(shè)計研究院