一种大跨度、无次梁、高装配化的工业化钢结构体系.pdf

一种大跨度、无次梁、高装配化的工业化钢结构体系，包括，钢结构交错桁架，其为一至少双跨、多层结构形式，包括框架柱、框架梁和平面桁架；框架柱和框架梁沿结构外围纵向布置，形成框架结构；平面桁架沿框架柱高度方向上、下层交错布置，且，相邻框架柱上所述平面桁架也上、下层交错布置；平面桁架两端分别支承于两侧框架柱上；平面桁架由上弦杆、下弦杆、直腹杆和斜腹杆连接而成；若干预制大跨度预应力空心板，设置于钢结构交错桁架上，该预应力空心板的一端支承于平面桁架的上弦杆，另一端支承于相邻平面桁架的下弦杆；混凝土叠合层，铺设于所述预制大跨度预应力空心板上。本发明用钢量经济、构件标准化制作、施工方便快捷，便于工业化生产。

1.  一种大跨度、无次梁、高装配化的工业化钢结构体系，其特征在于，包括，
钢结构交错桁架，其为一至少双跨、多层结构形式，包括若干框架柱、框架梁和平面桁架；所述框架柱和框架梁沿结构外围纵向布置，形成框架结构；所述平面桁架沿框架柱高度方向上、下层交错布置，且，相邻框架柱上所述平面桁架也上、下层交错布置；平面桁架两端分别支承于两侧框架柱上；所述平面桁架主要由上弦杆、下弦杆、直腹杆和斜腹杆连接而成；
若干预制大跨度预应力空心板，设置于所述钢结构交错桁架上，该预应力空心板的一端支承于平面桁架的上弦杆，另一端支承于相邻平面桁架的下弦杆；
混凝土叠合层，铺设于所述预制大跨度预应力空心板上。

2.  如权利要求1所述的大跨度、无次梁、高装配化的工业化钢结构体系，其特征在于：所述预制大跨度预应力空心板板端底面支承于平面桁架上、下弦杆上端面或下端面或腹板上。

3.  如权利要求1或2所述的大跨度、无次梁、高装配化的工业化钢结构体系，其特征在于：所述钢结构交错桁架沿结构外围纵向设置框架抗侧力构件。

4.  如权利要求1或2或3所述的大跨度、无次梁、高装配化的工业化钢结构体系，其特征在于：所述预制大跨度预应力空心板板底端部预埋铁件，将预制大跨度预应力空心板板端底面支承于平面桁架上、下弦杆上端面或下端面，通过焊接预埋铁件与上、下弦杆上端面或下端面，将预制大跨度预应力空心板固定于平面桁架上、下弦杆上。

5.  如权利要求1或2或3所述的大跨度、无次梁、高装配化的工业化钢结构体系，其特征在于：所述预制大跨度预应力空心板板底端部预埋套筒，套筒与预应力空心板上、下端面垂直；所述平面桁架上、下弦杆上端面边部垂直设置铁杆，通过将所述套筒套入铁杆的方式将预制大跨度预应力空心板固定于平面桁架上、下弦杆上端面。

6.  如权利要求1或2或3或4或5所述的大跨度、无次梁、高装配化的 工业化钢结构体系，其特征在于：所述平面桁架上、下弦杆的上端面均设置栓钉。

7.  如权利要求1或2或3或4或5所述的大跨度、无次梁、高装配化的工业化钢结构体系，其特征在于：所述预制大跨度预应力空心板板端支承于平面桁架上、下弦杆上端面，对应两侧预应力空心板芯孔的两端部上表面开设长条形槽，长条形槽内放置钢筋，并在开槽处注浆填满，将两侧的预制大跨度预应力空心板连接为一体结构。

8.  如权利要求1或2或3或4或5所述的大跨度、无次梁、高装配化的工业化钢结构体系，其特征在于：所述平面桁架上、下弦杆采用H型钢梁或工字钢梁。

9.  如权利要求1或2或3或4或5所述的大跨度、无次梁、高装配化的工业化钢结构体系，其特征在于：所述预制大跨度预应力空心板为普通混凝土预应力空心板或是SP预应力空心板。

10.  如权利要求1或2或3或4或5所述的大跨度、无次梁、高装配化的工业化钢结构体系，其特征在于：所述框架抗侧力构件是刚性支撑件或是钢板剪力墙。

一种大跨度、无次梁、高装配化的工业化钢结构体系
技术领域
本发明涉及钢结构技术，特别涉及一种大跨度、无次梁、高装配化的工业化钢结构体系，可应用于多、高层的宿舍楼、医院住院楼、酒店式公寓(旅馆、饭店)、教学楼等横向跨度较大、内部设走廊的建筑。
背景技术
目前采用钢结构的多、高层建筑中，其结构形式多为钢框架结构、钢框架-支撑结构、钢框架-钢板剪力墙结构及钢框架-核心筒结构等，这几类钢结构形式所存在的共同问题是结构用钢量大，无法对混凝土结构形成有效竞争力。
钢结构交错桁架体系诞生于二十世纪六十年代，由美国麻省理工学院开发，目的是为多、高层旅馆、公寓、办公楼等高而窄的民用建筑提供更为经济的结构形式。该结构形式由纵向外围布置的柱子、横向布置的平面桁架和楼板组成；柱在纵向由梁相连，桁架隔跨、错层布置，其跨度等于建筑物的全宽；在相邻桁架间，楼板一端支承在下一层平面桁架的上弦杆上，另一端支承在上一层桁架的下弦杆上。该结构形式在美国、加拿大、澳大利亚等国家已有大量的工程应用案例；我国对交错桁架体系的研究起源于二十世纪九十年代末，目前尚无工程应用案例。采用该结构形式，户型可实现两倍柱距的空间；该结构若采用普通楼板，则楼面需要设置较多的次梁，这不仅增加了结构用钢量，而且还降低了室内净高。
大跨度预应力空心板具有跨度大、强度高、施工方便、无需楼面次梁等特点，大跨度预应力空心板所具有的以上优点使其非常适合用于钢结构交错桁架体系；大跨度预应力空心板用作钢结构交错桁架的楼板，二者的优势得到充分体现：室内实现两倍柱距的空间，楼面无次梁，节约了结构用钢量，增加了室内净高，同时使原本高效经济的钢结构交错桁架体系更为经济，使组合后的结构体系性能达到最优。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大跨度、无次梁、高装配化的工业化钢结构体系，其用钢量经济、构件标准化制作、施工方便快捷，便于工业化生产。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种大跨度、无次梁、高装配化的工业化钢结构体系，其包括，钢结构交错桁架，其为一至少双跨、多层结构形式，包括若干框架柱、框架梁和平面桁架；所述框架柱和框架梁沿结构外围纵向布置，形成框架结构；所述平面桁架沿框架柱高度方向上、下层交错布置，且，相邻框架柱上所述平面桁架也上、下层交错布置；平面桁架两端分别支承于两侧框架柱上；所述平面桁架主要由上弦杆、下弦杆、直腹杆和斜腹杆连接而成；若干预制大跨度预应力空心板，设置于所述钢结构交错桁架上，该预应力空心板的一端支承于平面桁架的上弦杆，另一端支承于相邻平面桁架的下弦杆；混凝土叠合层，铺设于所述预制大跨度预应力空心板上。
进一步，所述预制大跨度预应力空心板板端底面支承于平面桁架上、下弦杆上端面或下端面或腹板。
优选的，所述钢结构交错桁架沿结构外围纵向设置框架抗侧力构件，以增强结构纵向抗侧刚度。
更进一步，所述预制大跨度预应力空心板板底端部预埋铁件，将预制大跨度预应力空心板板端底面支承于平面桁架上、下弦杆上端面，通过焊接预埋铁件与上、下弦杆上端面，将预制大跨度预应力空心板固定于平面桁架上、下弦杆上。
又，所述预制大跨度预应力空心板板底端部内预埋套筒，套筒与预应力空心板上、下端面垂直；所述平面桁架上、下弦杆上端面边部垂直设置铁杆，通过将所述套筒套入铁杆的方式将预制大跨度预应力空心板固定于平面桁架上、下弦杆上端面。
优选的，所述平面桁架上、下弦杆的上端面均设置栓钉。
优选的，所述预制大跨度预应力空心板板端支承于平面桁架上、下弦杆上端面，对应两侧预应力空心板芯孔的两端部上表面开设长条形槽，长条形槽内放置钢筋，并在开槽处注浆填满，将两侧的预制大跨度预应力空 心板连接为一体结构。
优选的，所述平面桁架上、下弦杆采用H型钢梁或工字钢梁。
本发明的有益效果主要体现在：
1、本发明结构体系中的框架柱、框架梁、整榀桁架及预应力空心板在工厂预制，质量可控，可实现工厂化、标准化生产；现场组装，装配化程度高，省工省时，速度快；施工现场湿作业少，无建筑垃圾，环保节能。
2、室内实现两倍柱距的空间，楼面无次梁，节约了结构用钢量，增加了室内净高，同时使原本高效经济的钢结构交错桁架体系更为经济，使组合后的结构体系性能达到最优。
3、通过对底层柱布置刚性斜撑的方式取代底层桁架实现底层超大空间，可满足建筑大空间的功能需求。
4、卫生间、阳台等区域的楼面做降板处理，其余区域楼面不降板，利用楼面降板后的高差，在降板区域布置管道，实现了同层排水的理念。
附图说明
图1是本发明大跨度、无次梁、高装配化的工业化钢结构体系的三维立体图。
图2是本发明钢结构交错桁架基本单元的结构示意图。
图3为本发明大跨度预应力空心板不降板连接构造方式1的结构示意图。
图4为本发明大跨度预应力空心板不降板连接构造方式2的结构示意图。
图5为本发明预制大跨度预应力空心板的开孔、开槽布置的结构示意图。
具体实施方式
参照图1～图5，本发明的一种大跨度、无次梁、高装配化的工业化钢结构体系，其包括，钢结构交错桁架1，其为一至少双跨、多层结构形式，包括若干框架柱11、框架梁12和平面桁架13、13’；所述框架柱11和框架梁12沿结构外围纵向布置，形成框架结构；所述平面桁架13沿框架 柱11高度方向上、下层交错布置，且，相邻框架柱上所述平面桁架也上、下层交错布置；平面桁架13两端分别支承于两侧框架柱11上；所述平面桁架13(以平面桁架13为例，下同)主要由上弦杆131、下弦杆132、直腹杆133和斜腹杆134连接而成；若干预制大跨度预应力空心板2，设置于所述钢结构交错桁架1上，该预应力空心板2的一端支承于平面桁架13的上弦杆，另一端支承于相邻平面桁架13的下弦杆；混凝土叠合层3，铺设于所述预制大跨度预应力空心板2上。
进一步，所述预制大跨度预应力空心板2板端底面支承于平面桁架13上、下弦杆上端面或下端面或腹板。
优选的，所述钢结构交错桁架1沿结构外围纵向设置框架抗侧力构件。
更进一步，所述预制大跨度预应力空心板2板底端部预埋铁件4，将预制大跨度预应力空心板2板端底面支承于平面桁架13上、下弦杆上端面，通过焊接预埋铁件4与上、下弦杆上端面，将预制大跨度预应力空心板2固定于平面桁架13上、下弦杆上。
参见图4，所述预制大跨度预应力空心板2板底端部内预埋套筒5，套筒5与预应力空心板2上、下端面垂直；所述平面桁架13上、下弦杆上端面边部垂直设置铁杆6，通过将所述套筒5套入铁杆6的方式将预制大跨度预应力空心板2固定于平面桁架13上、下弦杆上端面。
优选的，所述平面桁架13上、下弦杆的上端面均设置栓钉7。
参见图5，所述预制大跨度预应力空心板2板端支承于平面桁架13上、下弦杆上端面，对应两侧预应力空心板芯孔的两端部上表面开设长条形槽21，长条形槽21内放置钢筋8，并在开槽处注浆填满，将两侧的预制大跨度预应力空心板2、2’连接为一体结构。
优选的，所述平面桁架13上、下弦杆采用H型钢梁或工字钢梁。
综上所述，本发明将跨度预应力空心板用作钢结构交错桁架的楼板，二者的优势得到充分体现：室内实现两倍柱距的空间，楼面无次梁，节约了结构用钢量，增加了室内净高，同时使原本高效经济的钢结构交错桁架体系更为经济，使组合后的结构体系性能达到最优。本发明受力明确，传力路径清晰；室内空间大；经济性好；节点构造简单，装配化程度高，施工方便快速，便于工业化生产。