本發(fā)明涉及一種多層大跨度正六邊形蜂窩狀空間網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)及制作方法，屬于公共建筑技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

大跨度（30m~45m）正六邊形混凝土蜂窩狀空腹樓蓋是適用于多層（2~4層）大跨度正六邊形平面公共建筑的優(yōu)良結(jié)構(gòu)形式，如果樓蓋六邊的支承結(jié)構(gòu)采用常規(guī)的大柱網(wǎng)框架結(jié)構(gòu)，則其抗側(cè)剛度不能滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）6.1.5條要求：“甲、乙類建筑高度大于24m的丙類建筑，不應(yīng)采用單跨框架結(jié)構(gòu)，高度不大于24m的丙類建筑，不宜采用單跨框架結(jié)構(gòu)”。這是因?yàn)椋簡慰缈蚣芙Y(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度差，不滿足抗震的基本要求，特別是多層大跨度單跨框架結(jié)構(gòu)，工程界應(yīng)慎用或禁用，鑒于此，有必要提出一種適用于多層大跨度正六邊形建筑的新型結(jié)構(gòu)形式。

如圖1所示，某三層公共建筑，樓蓋平面為正六邊形，正六邊形高度h=41.57m，其對角線尺寸L=48m，樓蓋面積1497m²，第一層作籃球、排球比賽館使用，周邊設(shè)看臺，層高9.5m；第二層乒乓球館，層高6.5m，第三層學(xué)術(shù)報(bào)告廳，層高6.5m，總高H=22.5m＜24m，采用圖1所示傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)，框架梁沿y向布置，空間三維受力的力學(xué)效應(yīng)差，周邊柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2、圖3所示，每側(cè)框架分別為12和6個(gè)網(wǎng)格，該結(jié)構(gòu)存在如下問題：（1）、典型的肥梁胖柱結(jié)構(gòu)，混凝土用量0.53m³/m²，結(jié)構(gòu)自重設(shè)計(jì)值1590kg/m²，用鋼150kg/m²以上，工程造價(jià)高不言而喻；（2）、各層均不滿足建筑使用要求，第一層凈高h(yuǎn)₁=9.5m-2.7m-0.5m(空調(diào)層)=6.3m，第二、三層h₂=h₃=6.5m-2.7m-0.5m=3.3m；（3）、單跨多層大跨度框架結(jié)構(gòu)，達(dá)不到抗震規(guī)范要求，柱網(wǎng)及框架主次梁布置不對稱，各邊支承大跨度樓蓋的框架網(wǎng)格少（6格和12格）抗側(cè)剛度差，且各向不對稱，有強(qiáng)有弱，針對以上問題特提出“多層大跨度正六邊形混凝土蜂窩狀空間網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)”新體系，在克服上述三個(gè)方面不足的前提下達(dá)到“適用、經(jīng)濟(jì)、綠色、美觀”的建筑方針。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種剛度提高、內(nèi)力分布均勻的單跨多層大跨度正六邊形蜂窩狀空間網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)及制作方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

多層大跨度正六邊形蜂窩狀空間網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)，包括單跨多層正六邊形混凝土蜂窩狀空腹樓蓋和混凝土網(wǎng)格式框架柱，其中，每層正六邊形混凝土蜂窩狀空腹樓蓋均包括下弦層和上弦層，所述下弦層由三向交叉夾角120°的空腹梁交接構(gòu)成若干個(gè)大小完全相同的正六邊形網(wǎng)格，并且正六邊形網(wǎng)格相較于正六邊形樓蓋旋轉(zhuǎn)30°后布置，沿正六邊形樓蓋對角線方向設(shè)置有m個(gè)中心均位于對角線上的正六邊形網(wǎng)格，沿正六邊形樓蓋的六個(gè)邊長方向延伸，正六邊形網(wǎng)格的數(shù)量以1等差遞減，所述上弦層是具有正三角形網(wǎng)格的鋼筋混凝土預(yù)制板；所述混凝土網(wǎng)格式框架柱的橫截面形狀為正六邊形，包括：豎直設(shè)置的六根立柱、多根連接柱以及連接相鄰立柱的若干橫梁，六根立柱設(shè)置于正六邊形樓蓋的六個(gè)頂點(diǎn)處，連接柱分布于相鄰兩根立柱之間，并且每根連接柱均與兩根空腹梁以30°夾角剛性連接，從而使支撐點(diǎn)負(fù)彎矩及剪力具有卸載作用，所述橫梁包括：位于樓蓋處的主橫梁、位于窗過梁處的第一類橫梁以及位于窗臺處的第二類橫梁。

優(yōu)選地，該盒式結(jié)構(gòu)為三層，第一層層高為9.5m，可作籃球、排球比賽館使用，周邊設(shè)看臺；第二層和第三層層高均為6.5m，作為乒乓球館或?qū)W術(shù)報(bào)告廳等使用。

具體地，前述正六邊形混凝土蜂窩狀空腹樓蓋的對角線尺寸L₁=9×2h+2h/3，h為蜂窩狀網(wǎng)格中6個(gè)小正三角形高，假設(shè)h=2.5m，則對角線尺寸L₁=18.667×2.5m=46.67m，樓蓋面積1415.6m²。

更具體地，前述正六邊形混凝土蜂窩狀空腹樓蓋內(nèi)，沿對角線方向設(shè)置有9個(gè)或7個(gè)正六邊形網(wǎng)格。

再優(yōu)選地，前述正六邊形混凝土蜂窩狀空腹樓蓋內(nèi)，沿對角線方向設(shè)置9個(gè)正六邊形網(wǎng)格時(shí)，相鄰兩根立柱之間均分布有5根連接柱，每邊支承的網(wǎng)格式框架均分為54個(gè)網(wǎng)格。

此外，本發(fā)明還公開了如前所述的多層大跨度正六邊形蜂窩狀空間網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)的制作方法，包括如下步驟：

S1、制作多層正六邊形混凝土蜂窩狀空腹樓蓋：將正六邊形樓蓋按對角線X₁、X₂、X₃劃分成六個(gè)大正三角形，每個(gè)對角線方向均排布m個(gè)正六邊形網(wǎng)格，構(gòu)成樓蓋的下弦層；在正六邊形網(wǎng)格上安裝具有小正三角形網(wǎng)格的鋼筋混凝土預(yù)制板，在其上澆筑混凝土層并養(yǎng)護(hù)后形成整體；

S2、制作混凝土網(wǎng)格式框架柱：在正六邊形樓蓋的六個(gè)頂點(diǎn)處豎直設(shè)置六根立柱，在立柱之間豎直設(shè)置多根連接柱，每根連接柱均與兩根空腹梁以30°夾角剛性連接，接著，在相鄰立柱之間連接橫梁，橫梁具體包括：位于樓蓋處的主橫梁、位于窗過梁處的第一類橫梁以及位于窗臺處的第二類橫梁，形成網(wǎng)格式框架；

本發(fā)明的有益之處在于：本發(fā)明創(chuàng)造性地提出了單跨多層大跨度正六邊形蜂窩狀空間網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)，即在正六邊形空腹樓蓋六邊頂點(diǎn)和支座處分別設(shè)立柱和連接柱，立柱與立柱之間除了樓蓋主橫梁外，再在窗過梁及窗臺處各設(shè)一道橫梁，使每層樓由單一的框架變成網(wǎng)格式框架，從而使每層樓六邊形成網(wǎng)格式框架筒，每層樓的支坐節(jié)點(diǎn)與連接柱剛性連接，形成正六邊形空間網(wǎng)格盒式筒體結(jié)構(gòu)，在減少工程造價(jià)的同時(shí)，大幅度提高此類單跨多層大跨度結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，與此同時(shí)內(nèi)力分布均勻，延性及滯廻性能也得到大幅度地改善，能夠更好地滿足規(guī)范的要求，形成單跨多層大跨度正六邊形空間網(wǎng)格新型結(jié)構(gòu)體系，符合“適用、經(jīng)濟(jì)、綠色、美觀”的建筑方針。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中國多層大跨度正六邊形平面的混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中支承預(yù)應(yīng)力混凝土框架梁的兩邊混凝土框架布置圖；

圖3是圖1中支承混凝土次梁的四邊混凝土框架布置圖；

圖4是本發(fā)明中實(shí)施例1的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是圖4所示實(shí)施例中一邊的網(wǎng)格式框架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明中實(shí)施例2的平面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作具體的介紹。

實(shí)施例1

本實(shí)施例如圖4和圖5所示，樓蓋對角線L₁=9×2h+2h/3，h為蜂窩狀網(wǎng)格中6個(gè)小正三角形的高，假設(shè)h=2.5m，則對角線尺寸L₁=18.667×2.5m=46.67m，樓蓋面積1415.6m²，與圖1的尺寸和形狀基本相似。

本實(shí)施例的正六邊形蜂窩狀空間網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)為三層，第一層層高為9.5m，可作籃球、排球比賽館使用，周邊設(shè)看臺；第二層和第三層層高均為6.5m，作為乒乓球館或?qū)W術(shù)報(bào)告廳等使用。具體包括3層正六邊形混凝土蜂窩狀空腹樓蓋和一混凝土網(wǎng)格式框架柱，其中，每層正六邊形混凝土蜂窩狀空腹樓蓋均包括下弦層和上弦層，下弦層由三向交叉夾角120°的空腹梁交接構(gòu)成若干個(gè)大小完全相同的正六邊形網(wǎng)格，并且正六邊形網(wǎng)格相較于正六邊形樓蓋旋轉(zhuǎn)30°，沿正六邊形樓蓋對角線方向設(shè)置有9個(gè)中心均位于對角線上的正六邊形網(wǎng)格，沿正六邊形樓蓋的六個(gè)邊長方向延伸，正六邊形網(wǎng)格的數(shù)量以1等差遞減，上弦層是具有正三角形網(wǎng)格的鋼筋混凝土預(yù)制板。

混凝土網(wǎng)格式框架柱的橫截面形狀亦為正六邊形，包括：豎直設(shè)置的六根立柱、多根連接柱以及連接相鄰立柱的若干橫梁，六根立柱設(shè)置于正六邊形樓蓋的六個(gè)頂點(diǎn)處，連接柱分布于相鄰兩根立柱之間，相鄰兩根立柱之間均分布有5根連接柱，并且每根連接柱均與兩根空腹梁以30°夾角剛性連接，從而使支撐點(diǎn)負(fù)彎矩及剪力具有卸載作用；橫梁包括：位于樓蓋處的主橫梁、位于窗過梁處的第一類橫梁以及位于窗臺處的第二類橫梁。

這樣一來，如圖5所示，每邊支承的網(wǎng)格式框架均分為54個(gè)網(wǎng)格，抗側(cè)剛度相較于圖1的結(jié)構(gòu)數(shù)倍增加，受力均勻，剛度對稱，其延性與滯廻性也更好，適用于抗震烈度較高地區(qū)多層大跨度公共建筑。

實(shí)施例2

本實(shí)施例如圖6所示，樓蓋對角線L₁=14.666h，沿對角線方向有7個(gè)小的正六邊形網(wǎng)格，h為蜂窩狀網(wǎng)格中6個(gè)小正三角形高，假設(shè)h=2.5m，則對角線尺寸L₁=14.666×2.5m=36.665m，樓蓋面積878m²。其結(jié)構(gòu)和制作方法與實(shí)施例1相同，本實(shí)施例中不再贅述。在實(shí)際施工中，層數(shù)和每層樓蓋面積均可根據(jù)實(shí)際情況在一定范圍內(nèi)靈活調(diào)整。

實(shí)施例3

為了更好地理解本發(fā)明，該實(shí)施例公開了多層大跨度正六邊形蜂窩狀空間網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)的制作方法，包括如下步驟：

S1、制作多層正六邊形混凝土蜂窩狀空腹樓蓋：將正六邊形樓蓋按對角線X₁、X₂、X₃劃分成六個(gè)大正三角形，每個(gè)對角線方向均排布m個(gè)正六邊形網(wǎng)格，構(gòu)成樓蓋的下弦層；在正六邊形網(wǎng)格上安裝具有小正三角形網(wǎng)格的鋼筋混凝土預(yù)制板，在其上澆筑混凝土層并養(yǎng)護(hù)；

S2、制作混凝土網(wǎng)格式框架柱：在正六邊形樓蓋的六個(gè)頂點(diǎn)處豎直設(shè)置六根立柱，在立柱之間豎直設(shè)置多根連接柱，每根連接柱均與兩根空腹梁以30°夾角剛性連接，接著，在相鄰立柱之間連接橫梁，橫梁具體包括：位于樓蓋處的主橫梁、位于窗過梁處的第一類橫梁以及位于窗臺處的第二類橫梁。

綜上，本發(fā)明的多層大跨度正六邊形蜂窩狀空間網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)在正六邊形空腹樓蓋六邊頂點(diǎn)和支座處分別設(shè)立柱和連接柱，立柱與立柱之間除了樓蓋主橫梁外，再在窗過梁及窗臺處各設(shè)一道橫梁，使每層樓由單一的框架變成網(wǎng)格式框架，從而使每層樓六邊形成網(wǎng)格式框架筒，每層樓的支坐節(jié)點(diǎn)與連接柱剛性連接，形成正六邊形空間網(wǎng)格盒式筒體結(jié)構(gòu)，在減少工程造價(jià)的同時(shí)，大幅度提高此類多層大跨度結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，與此同時(shí)內(nèi)力分布均勻，延性及滯廻性能也得到大幅度地改善，能夠更好地滿足規(guī)范的要求，形成單跨多層大跨度正六邊形空間網(wǎng)格新型結(jié)構(gòu)體系，符合“適用、經(jīng)濟(jì)、綠色、美觀”的建筑方針，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，上述實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。