大、中跨度屋顶空腹保温、隔热结构及施工方法.pdf

本发明设计的一种大、中跨度屋顶空腹保温、隔热结构及其施工方法，它包括上层结构层和下层结构层，所述的上层结构层是由作为上弦肋的第一预制板和作为上弦板的第二预制板组成的上弦肋板层，下层结构层是由下弦肋和下弦板组成的下弦肋板层，上弦肋板层和下弦肋板层通过剪力键连接成空腹结构。本发明提供的结构，既保持了架空层屋面的建筑保温隔热的建筑节能效果，又增加了屋顶结构的刚度和承载能力，从屋顶防水、防渗来看，这种结构体系具有双重的防水、防渗多道防线。

1.  一种大、中跨度屋顶空腹保温、隔热结构，它包括上层结构层(1-1)和下层结构层(1-2)，其特征是所述的上层结构层(1-1)是由作为上弦肋的第一预制板(11)和作为上弦板的第二预制板(12)组成的上弦肋板层，下层结构层(1-2)是由下弦肋(8)和下弦板(9)组成的下弦肋板层，上弦肋板层和下弦肋板层通过剪力键(10)连接成空腹结构。

2.  根据权利要求1所述的一种大、中跨度屋顶空腹保温、隔热结构，其特征是在上层结构层(1-1)上表面设置防水层(3)，在下层结构层(1-2)的上表面设置防水层(3)和保温层(7)，在上层结构层(1-1)和下层结构层(1-2)中间形成架空隔热层(15)。

3.  一种大、中跨度屋顶空腹保温、隔热结构的施工方法，其空腹结构采用现浇与预制相结合的施工方式，其特征是下弦肋板层的下弦板(9)和下弦肋(8)以及竖向的剪力键(10)是在顶层楼面支承模板、放置钢筋，一次性现场浇注混凝土生成，在剪力键(10)的顶部预留出受力主筋与上弦肋板层的上弦肋(11)连接成整体；上弦肋板层的上弦板(12)和上弦肋(11)采用预制叠合的施工方法，剪力键(10)的顶端预埋角钢环或是一圈耳板用以支承作为上弦板(12)和上弦肋(11)预制构件，待下弦肋板层的下弦板(9)和下弦肋(8)以及剪力键(10)达到确定的设计强度时，将顶面留有抗剪钢筋的预制板搁置于剪力键(10)顶端预埋的角钢环或耳板上，调整剪力键预留出的受力钢筋，并绑扎上弦肋板层的上弦板(12)和上弦肋(11)钢筋，后再浇注混凝土(14)使其与作为上弦板(12)和上弦肋(11)的预制板连接成整体，待后浇的混凝土(14)达到确定设计强度以后，拆除下弦层的支承模板，生成整体受力的空腹结构。

大、中跨度屋顶空腹保温、隔热结构及施工方法
技术领域
本发明涉及一种建筑结构技术，特别是一种大、中跨度屋顶空腹保温、隔热结构。
背景技术
通常的建筑节能措施主要包括墙体围护结构、屋顶和建筑门窗等几方面。其中屋顶又是围护结构中一个不可或缺的部分，它的构造做法对于整个建筑物的节能起到至关重要的作用。
传统的屋顶节能措施主要关注屋顶的“构造节能”，但传统的构造做法并没有充分发挥出“构造节能”的潜力。例如，在夏热冬冷地区，一般的屋面构造做法无论从保温或隔热的角度来讲，其节能效率都不是很高，效果也不甚佳。与其它楼层相比，顶层的房间通常夏季温度更高，冬季温度更低，降温采暖的能耗更大。
如图1所示，传统的建筑屋面常采用架空隔热层做法，该方法在结构层上支砖墩，砖墩上搁置预制小板，在预制小板与结构层之间形成了空气层以达到隔热之效果。预制小板和砖砌支墩是非结构构件，它们的作用是形成架空层以达到保温隔热之目的，但是它们的存在使屋面的使用功能受限，不可用于上人屋面，同时这些大量非结构构件的存在增加了结构层的承受载荷；随着使用年份的增加，预制小板多有断裂、毁坏等现象；屋顶作为主要的围护结构，除了肩负着保温隔热的作用之外，还起着更为重要的防水、防渗的作用，传统的架空层屋面只在结构层上设有一道防水层，该道防水层随着使用年份的增加，要行翻修或检修，在检修前需首先拆除预制小板和砖支墩，这无疑增加了检修的费用和周期。
目前屋顶的渗水、漏水是工程技术人员力图彻底解决又仍未完成的一大难题。特别是在大、中跨度的屋面中，既要达到保温隔热，又要防止屋顶的渗水、漏水，这些问题一直困扰着建筑技术领域。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术存在的不足而提供一种受力合理、保温隔热性能优良，建筑节能效果好和防水、防渗的一种大、中跨度屋顶空腹保温、隔热结构及施工方法。
为了达到上述目的，本发明设计的一种大、中跨度屋顶空腹保温、隔热结构，它包括上层结构层和下层结构层，所述的上层结构层是由作为上弦肋的第一预制板和作为上弦板的第二预制板组成的上弦肋板层，下层结构层是由下弦肋和下弦板组成的下弦肋板层，上弦肋板层和下弦肋板层通过剪力键连接成空腹结构。从结构受力性能分析，该空腹结构的整体弯矩转化为上肋板、下肋板的压、拉轴向力，结构具有更大的刚度。为了提高保温、防水效果，在上层结构层上表面设置防水层，在下层结构层的上表面设置防水层和保温层，在上层结构层和下层结构层中间形成架空隔热层。
本发明提供的一种大、中跨度屋顶空腹保温、隔热结构的施工方法，其空腹结构采用现浇与预制相结合的施工方式，下弦肋板层的下弦板和下弦肋以及竖向的剪力键是在顶层楼面支承模板、放置钢筋，一次性现场浇注混凝土生成，在剪力键的顶部预留出受力主筋与上弦肋板层的上弦肋连接成整体；由于空腹结构的空腔高度较小，上弦肋板层如用支模板现浇的方式，模板将无法取出，因此，上弦肋板层的上弦板和上弦肋采用预制叠合的施工方法，剪力键的顶端预埋角钢环或是一圈耳板用以支承作为上弦板和上弦肋预制构件，待下弦肋板层的下弦板和下弦肋以及剪力键达到确定的设计强度时，将顶面留有抗剪钢筋的预制板搁置于剪力键顶端预埋的角钢环或耳板上，调整剪力键预留出的受力钢筋，并绑扎上弦肋板层的上弦板和上弦肋钢筋，后再浇注混凝土使其与作为上弦板和上弦肋的预制板连接成整体，待后浇的混凝土达到确定设计强度以后，拆除下弦层的支承模板，生成整体受力的空腹结构。
本发明提供的一种大、中跨度屋顶空腹保温、隔热结构，代替传统的架空层结构，既保持了架空层屋面的建筑保温隔热的建筑节能效果，又增加了屋顶结构的刚度和承载能力，空腹结构的上弦肋板层、下弦肋板层均为结构的组成部分，同时保存了空腔，从屋顶防水、防渗来看，这种结构体系具有双重的防水、防渗多道防线。
建筑物的屋顶做为横向承力分体系，除了与竖向构件，如柱子或剪力墙等连接成整体受力之外，主要承受竖向荷载的作用。通常情况在相同的竖向荷载下，结构层的高度随着结构跨度的增加而增加。采用本发明技术，将结构层做成空腹结构，既保持了原来架空的建筑功能，又将原来结构层的整体弯矩转化成了上、下弦肋板层肋板的轴向力，提高了材料的利用率，大大地提高了屋盖结构的竖向刚度和承载能力，同时从材料总量上省去了原来的架空预制小板和砖砌支墩。另一方面，通常的防水层可以做在空腹结构的上弦肋板层上表面，与原先的架空屋面相比，日后的防水层检修大为简单，同时空腹结构的上弦肋板层、下弦肋板层部分的上表面均可以根据需要设置防水构造层，即使下弦肋板层不设置构造防水层，因其为现浇层，本身密实性较好，也可以起着防水、防渗的功能。
众所周知，随着结构跨度的增加，为了满足变形的要求，结构的高度也相应地增加，从结构受力的角度来看，增加结构的高度可以使结构承受更大的弯矩，试想，在中、大跨度的屋顶结构中采用空腹结构可以减少材料的用量，提高结构的承载效率。本发明技术正是基于将空腹结构的力学性能与建筑的热工性能相结合，它集建筑结构的跨越功能与保温隔热功能于一体，以达到受力合理、保温隔热性能优良的集建筑功能与结构功能为一体的目的。
附图说明
图1是传统的架空层屋面结构示意图；
图2是空腹结构热传导示意图；
图3是空腹结构下弦肋板层平面结构示意图；
图4是空腹结构上弦肋板层平面结构示意图；
图5是空腹结构剖面结构示意图；
图6是第一预制板结构示意图；
图7是第二预制板结构示意图。
图中1.结构层，2.水泥砂浆找平层，3.防水层，4.水泥砂浆找平层，5.预制隔热小板，6.砖砌支墩，1-1.上层结构板，1-2.下层结构板，7.保温层，8.下弦肋，9.下弦板，10.剪力键，11.第一预制板，12.第二预制板，13.剪力键顶端耳板，14.后浇混凝土，15.架空隔热层，16.通风窗，17.太阳辐射热，18.辐射热，19.室内热量，20.通风散热，21.梅花形布置抗剪钢筋。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
实施例：
如图2所示，本实施例提供的一种大、中跨度屋顶空腹保温、隔热结构，它包括上层结构层1-1和下层结构层1-2，如图4所示，所述的上层结构层1-1是由作为上弦肋的第一预制板11和作为上弦板的第二预制板12组成的上弦肋板层，如图3所示，下层结构层1-2是由下弦肋8和下弦板9组成的下弦肋板层，上弦肋板层和下弦肋板层通过剪力键10连接成空腹结构。从结构受力性能分析，该空腹结构的整体弯矩转化为上弦肋、上弦板、下弦肋、下弦板的压、拉轴向力，结构具有更大的刚度。为了提高保温、防水效果，如图2所示，可在上层结构层1-1上表面设置防水层3，在下层结构板1-2的上表面设置防水层3和保温层7，在上层结构层1-1和下层结构层1-2中间形成架空隔热层15。
太阳辐射热一部分被上层结构层1-1反射出去，另一部分穿过上层结构层1-1进入架空隔热层15，由于架空隔热层15为连通的空腔，该部分的热量被自然通风散热出去，同时在下层结构层1-2的上表面设置的保温层7进一步阻隔了热辐射向建筑室内的传播。
本实施例提供的一种大、中跨度屋顶空腹保温、隔热结构的施工方法，其空腹结构采用现浇与预制相结合的施工方式，下弦肋板层的下弦板9和下弦肋8以及竖向的剪力键10是在顶层楼面支承模板、放置钢筋，一次性现场浇注混凝土生成，在剪力键10的顶部预留出受力主筋与上弦肋板层的上弦肋11连接成整体；由于空腹结构的空腔高度较小，上弦肋板层如用支模板现浇的方式，模板将无法取出，因此，上弦肋板层的上弦板12和上弦肋11如图6所示，采用预制叠合的施工方法，剪力键10的顶端预埋角钢环或是一圈耳板用以支承作为上弦板12和上弦肋11预制构件，待下弦肋板层的下弦板9和下弦肋8以及剪力键10达到确定的设计强度时，将顶面留有抗剪钢筋的预制板搁置于剪力键10顶端预埋的角钢环或耳板上，调整剪力键预留出的受力钢筋，并绑扎上弦肋板层的上弦板12和上弦肋11钢筋，后再浇注混凝土14使其与作为上弦板12和上弦肋11的预制板连接成整体，待后浇的混凝土14达到确定设计强度以后，拆除下弦层的支承模板，生成整体受力的空腹结构，如图5所示。
如图3所示，下弦肋板层结构由下弦肋8和下弦板9组成，下弦肋8可以是图3中的向上翻，也可以是向下翻，无论是向上或是向下翻，对结构内力分析均无大的影响，仅板壳单元与空间梁单元的偏心方向改变。下弦肋8向上翻的建筑效果是顶层室内屋顶平整，没有梁凸出顶棚，但是增加了下弦肋板层顶面的防水、保温层的处理难度；下弦肋8向下翻，则顶层室内顶棚存有规则的井字格，同时下弦肋板层顶面的防水、保温层处理简单。使用者可以根据具体的要求选择下弦肋8上翻或下翻的形式。下弦肋板层的下弦板9和下弦肋8以及剪力键10可以同普通的现浇混凝土结构一样一次用混凝土浇注成型。要注意的是，剪力键10的顶端要设有剪力键耳板(如图5所示)或是预埋角钢环用以支承上弦肋板层的第一预制板、第二预制板。剪力键10内的主筋在制作时要伸出以与第一预制板的上弦肋11拉结成整体。
实施时，待下弦肋板层的下弦板9和下弦肋8达到设计强度以后，搁置第一预制板、第二预制板于剪力键10顶端的耳板上，第一预制板、第二预制板的板面应配置抗剪钢筋，以增强与后浇混凝土的共同工作能力。第一预制板、第二预制板如图6、图7所示。第一预制板的11主筋应该伸出四周与后浇混凝土14拉结成整体。
当将作为上弦肋板层的预制板搁置到位后，绑扎上弦肋板层的上弦板12和上弦肋11的钢筋，同时调整剪力键10伸出的主筋，再浇注后浇混凝土14(如图5)，待该后浇混凝土14达到设计强度时，拆除支承下弦肋板层的模板，空腹结构成型，整体结构共同工作。之后铺设上弦肋板层上表面的防水层3。
应该注意的是，下弦肋板层上表面的防水层3和保温层7要在预制板搁置前施工完成，否则以后将无法施工。
空腹结构的内力、变形计算可以采用通用的有限元分析软件完成，此时上、下弦肋板层的板为板壳单元，上、下弦肋板层的肋为空间梁单元，连接上、下弦肋板层肋的剪力键10为块体单元或是空间梁柱单元。当空腔的高度较小时，空腹结构主要表现为板的受力特点，以两向弯曲变形及两向弯矩为主；当空腔高度较高时，则主要表现为框架的受力特点，变形以剪切变形为主，同时存有两向的弯曲变形。在竖向荷载作用下，空腹结构的上、下弦肋板层的板主要承受压力、拉力，当然同时还承受局部弯矩；上、下弦肋板层的肋则为压弯、拉弯构件；剪力键10承受双向的剪力和小量的双向弯矩。因此只要通过合理的计算，该结构完全可以承受上人屋面等各种荷载的作用。由于该计算不是本发明的要点，在此不作详细描述。