[发明专利]一种自平衡装配式框架薄壳结构体系及其构建方法

说明书

一种自平衡装配式框架薄壳结构体系及其构建方法，将拱形封边梁、拱形薄壳组成的薄壳体系按房间平面跨度预制完成，现场按照建筑要求进行拼装，将拱形封边梁、拱形薄壳四端放置在牛腿，将微膨胀混凝土浇实拱形封边梁之间的缝隙，然后绑扎好构造拉结钢筋和构造分布钢筋用细石混凝土浇筑，再在拱形封边梁内、拱形薄壳上用泡沫混凝土垫层进行填实找平，最后按110％的最终张拉控制应力张拉预应力钢绞线6后在结构平面边缘框架柱两侧固定，形成自平衡装配式框架薄壳结构体系。该体系通过薄壳的矢高将竖向荷载下的弯曲应力转化为薄壳内的压力和薄壳支座处的水平推力，利用预应力钢绞线或钢拉杆来平衡这种水平推力形成一种自平衡装配式框架薄壳结构体系。

技术领域

本发明涉及一种自平衡装配式框架薄壳结构体系及其构建方法，适用于多层建筑结构体系设计与施工。

背景技术

据统计，城市中60％的碳排放来源于建筑材料生产以及建筑的建设、使用、维护与拆除，建筑行业的低碳化对我国实现“2030碳达峰，2060碳中和”的节能减排目标有重要影响。建筑业要实现可持续发展，减少建筑材料消耗至关重要。多层建筑结构多采用梁、板、柱组成的框架结构体系，其中梁、板的重量约占结构总重的65％。梁、板在结构中起到将竖向荷载实现水平跨越，主要以弯曲作用为主，但是弯矩作用下的梁、板在受拉一侧混凝土没有参与承载力贡献，反而增加了构件的重量，造成材料的浪费和碳排放的增加。

发明内容

本发明针对现有技术的不足提供受压为主的拱形薄壳来代替梁、板，通过拱形薄壳的矢高将竖向荷载下的弯曲应力转化为薄壳内的压力和薄壳支座处的水平推力，利用预应力钢绞线或钢拉杆来平衡这种水平推力形成一种自平衡装配式框架薄壳结构体系。该体系充分利用材料的抗压优点，大大减小水平构件的材料用量，由于这种力的有效转化和平衡，使得在竖向荷载作用下框架柱在层高位置没有弯矩，有效地减小了框架柱的设计难度和框架柱的截面尺寸。

本发明采用以下技术方案：

一种自平衡装配式框架薄壳结构体系的构建方法，在预制构件车间将框架柱(1)、牛腿(4)和洞口(5)组成的竖向承重构件按楼层分段预制，洞口(5)预留在框架柱(1)上，洞口(5)位于牛腿(4)的下方，将拱形封边梁(2)、拱形薄壳(3)组成的薄壳体系按房间平面跨度预制，现场按照建筑要求进行拼装，拼装时先将包含框架柱(1)、牛腿(4)和洞口(5)的竖向承重构件按照轴网位置竖向固定并将预应力钢绞线(6)穿过洞口(5)在结构平面边缘框架柱1两侧暂时固定，再将拱形封边梁(2)和拱形薄壳(3)放置在牛腿(4)，其中拱形封边梁(2)包围在拱形薄壳3()的四周，对拱形薄壳()3的边缘进行约束；按50-60％的最终张拉控制应力张拉预应力钢绞线(6)后在结构平面边缘框架柱(1)两侧暂时固定；将微膨胀混凝土(8)浇实拱形封边梁(2)之间的缝隙，拱形封边梁(2)的上表面高于拱形薄壳(3)上表面的高度，然后在两个拱形封边梁(2)顶部绑扎好构造拉结钢筋(9)和构造分布钢筋(10)，并用细石混凝土(11)浇实，再在拱形封边梁(2)内、拱形薄壳(3)上用泡沫混凝土垫层(7)进行填实找平，最后按105-110％的最终张拉控制应力张拉预应力钢绞线(6)后在结构平面边缘框架柱(1)两侧固定，形成一种自平衡装配式框架薄壳结构体系。

所述的构建方法，所述洞口(5)的总宽度应小于框架柱1对应边长的1/4，洞口(5)的个数可以是奇数也可以是偶数。

所述的构建方法，所述拱形封边梁(2)，宽度不小于100mm，面积配筋率不小于0.2％；拱形封边梁(2)对拱形薄壳(3)的边缘进行约束，提高拱形薄壳(3)的边缘的抗裂能力，通过构造拉结钢筋(9)和构造分布钢筋(10)用细石混凝土(11)浇筑后增强拱形封边梁(2)、拱形薄壳(3)组成的薄壳体系之间的整体性。

所述的构建方法，所述拱形薄壳(3)，可以选择双抛物面薄壳或者抛物线型拱壳，矢跨比应不小于1/20，厚度与中曲面最小曲率半径之比不大于1/20且不小于50mm，采用双向配筋，单向的面积配筋率不小于0.25％，也可应纤维增强复合材料FRP材料代替钢筋。