本發(fā)明屬于核電廠大跨度、大空間屋蓋及樓蓋體系領(lǐng)域，特別涉及一種單側(cè)鋼板混凝土空心組合屋蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

高溫氣冷堆(簡(jiǎn)稱HTR-PM)是具有我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、具有第四代核能系統(tǒng)安全特征的先進(jìn)核電堆型，具有固有安全特性，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，商業(yè)化前景廣闊。高溫氣冷堆核電站示范工程是國(guó)家重大專項(xiàng)之一，對(duì)促進(jìn)我國(guó)進(jìn)入第四代核電技術(shù)前沿、推動(dòng)核電制造企業(yè)加大科研攻關(guān)力度、吸引凝聚核電人才具有重要意義。

高溫氣冷堆核電站示范工程由兩座反應(yīng)堆和相應(yīng)的兩個(gè)蒸發(fā)器組成，所述反應(yīng)堆和蒸發(fā)器分別放置在反應(yīng)堆艙室和蒸發(fā)器艙室內(nèi)。反應(yīng)堆艙室和蒸發(fā)器艙室布置在同一個(gè)反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)。反應(yīng)堆廠房結(jié)構(gòu)形式一般為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，在反應(yīng)堆廠房頂層，通常設(shè)置大跨度、大空間的檢修大廳，同時(shí)內(nèi)設(shè)橋式吊車，方便對(duì)大型設(shè)備的吊裝及使用后的檢修工作。

在核電站建造過(guò)程中，大型設(shè)備(如反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器)安裝通常存在兩大類問(wèn)題：一是交貨時(shí)間較晚；二是設(shè)備吊裝完成后，在安裝大型設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件時(shí)，需要在檢修大廳建立滿足核級(jí)要求的清潔區(qū)。反應(yīng)堆廠房的屋蓋若采用傳統(tǒng)的屋蓋形式，如普通鋼筋混凝土屋蓋，主要存在以下幾方面問(wèn)題：

1、建造時(shí)屋蓋時(shí)必須在檢修大廳中設(shè)置滿堂腳手架，然后經(jīng)過(guò)支模、綁扎鋼筋、澆筑混凝土、養(yǎng)護(hù)混凝土、混凝土達(dá)到強(qiáng)度后拆模拆腳手架，才能為檢修大廳騰出空間建立清潔區(qū)。施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量大，土建與設(shè)備安裝交叉作業(yè)復(fù)雜，且現(xiàn)場(chǎng)多為高空作業(yè)，施工周期長(zhǎng)；

2.按傳統(tǒng)形式建造的屋蓋處于整個(gè)項(xiàng)目工期的關(guān)鍵路徑上，是制約土建總施工周期的瓶頸；

3.考慮到大型設(shè)備在役期內(nèi)有更換的可能，需要考慮屋蓋臨時(shí)開(kāi)洞問(wèn)題，普通鋼筋混凝土屋蓋通常按整體受力設(shè)計(jì)，若臨時(shí)開(kāi)洞則會(huì)影響整個(gè)屋蓋的受力及安全，對(duì)洞口周圍屋蓋結(jié)構(gòu)的加固處理難度大，且費(fèi)用高。

除最常見(jiàn)的鋼筋混凝土屋蓋形式外，現(xiàn)有的普通鋼骨混凝土屋蓋同樣存在支模、拆模等導(dǎo)致土建與設(shè)備安裝交叉作業(yè)的問(wèn)題；現(xiàn)有的雙鋼板混凝土組合屋蓋，其外側(cè)鋼板長(zhǎng)期暴露在如濱海等易腐鋼板的室外環(huán)境中，耐久性難以保證；現(xiàn)有的鋼結(jié)構(gòu)屋蓋則無(wú)法滿足強(qiáng)震作用下的變形要求及核輻射屏蔽要求，且抵抗飛射物荷載的能力較差，耐久性同樣難以保證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為克服已有技術(shù)的不足之處，提出了一種單側(cè)鋼板混凝土空心組合屋蓋，該屋蓋可滿足HTR-PM反應(yīng)堆廠房工程進(jìn)度及功能要求，具有可臨時(shí)開(kāi)設(shè)供大型設(shè)備吊裝的洞口而不影響屋蓋整體受力的特點(diǎn)，同時(shí)解決了土建與大型設(shè)備安裝交叉作業(yè)復(fù)雜的問(wèn)題。

本發(fā)明提出的一種單側(cè)鋼板混凝土空心組合屋蓋，其特征在于，該屋蓋的外邊緣與支撐該屋蓋的建筑物側(cè)墻連接，該屋蓋為由若干榀互相平行的工字型鋼骨混凝土組合梁依次拼接形成中部帶有多個(gè)空心的扁長(zhǎng)方體箱型結(jié)構(gòu)，所述工字型鋼骨混凝土組合梁均滿足單向獨(dú)立受力要求。

所述各榀工字型鋼骨混凝土組合梁的結(jié)構(gòu)相同，均包括上下非對(duì)稱的工字型鋼骨架、鋼筋及工字型混凝土，所述工字型鋼骨架由鋼骨上翼緣、鋼骨腹板及鋼骨下翼緣連接而成，鋼骨下翼緣上均勻設(shè)有栓釘；其中，所述鋼筋均勻布置在鋼骨上翼緣上下兩側(cè)、鋼骨下翼緣上側(cè)以及鋼骨腹板兩側(cè)；在兩個(gè)相鄰工字型鋼骨架內(nèi)的鋼骨腹板之間還設(shè)有箱型永久模板，工字型混凝土澆筑于由箱型永久模板及鋼骨下翼緣圍合而成的空間內(nèi)，最終形成工字型鋼筋混凝土半包裹工字型鋼骨架的組合梁結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果：

1、單側(cè)鋼板混凝土空心組合屋蓋內(nèi)的工字型鋼骨混凝土組合梁均為獨(dú)立受力單元，并采用免模板設(shè)計(jì)，鋼骨下翼緣承擔(dān)拉應(yīng)力的同時(shí)兼做澆筑混凝土?xí)r的模板，不需要按照傳統(tǒng)屋蓋形式建造時(shí)所需的支模、拆模及搭設(shè)滿堂腳手架等工序，僅需建造時(shí)在各模塊的內(nèi)部設(shè)置箱型永久模板，綁扎鋼筋及澆筑混凝土后即可完成單側(cè)鋼板混凝土空心組合屋蓋；這既解決了土建與安裝交叉作業(yè)的問(wèn)題，同時(shí)也加快了施工進(jìn)度，滿足了項(xiàng)目的工期要求。

2、由于單側(cè)鋼板混凝土空心組合屋蓋的每榀工字型鋼骨混凝土組合梁都采用各自獨(dú)立的單向受力模式，因此可以滿足施工時(shí)臨時(shí)開(kāi)洞及后期開(kāi)洞加固等需求，此外本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)模塊化的施工方法，加快施工進(jìn)度，提高施工質(zhì)量，降低施工費(fèi)用。

3、相比傳統(tǒng)的矩形混凝土梁設(shè)計(jì)，工字型鋼骨混凝土組合梁的設(shè)計(jì)受力更為科學(xué)合理，可靠度高，材料用量合理度高且可減輕結(jié)構(gòu)自重。同時(shí)單側(cè)鋼板混凝土空心組合設(shè)計(jì)可增大屋蓋剛度、有利于抵抗飛射物荷載；工字型鋼筋混凝土半包裹工字型鋼骨架的設(shè)計(jì)也可以更好的保證結(jié)構(gòu)的耐久性。

4、工字型鋼骨混凝土組合梁兩端與廠房長(zhǎng)向側(cè)墻通過(guò)鋼牛腿及鋼埋件連接。在滿足本設(shè)計(jì)假定的施工過(guò)程中，工字型鋼骨混凝土組合梁兩端首先簡(jiǎn)支在下部鋼牛腿上，其自重由鋼牛腿承擔(dān)，內(nèi)力由鋼牛腿傳給廠房長(zhǎng)向側(cè)墻；在梁標(biāo)高范圍內(nèi)的廠房墻體混凝土凝結(jié)硬化后，工字型鋼骨混凝土組合梁與廠房墻體通過(guò)鋼埋件連成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)了工字型鋼骨混凝土組合梁兩端與墻體之間的剛性連接，因此正常使用狀態(tài)下鋼骨混凝土組合梁的自重以及其上部荷載產(chǎn)生的內(nèi)力及變形、地震作用產(chǎn)生的內(nèi)力均通過(guò)鋼埋件傳給廠房墻體。這種由簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)變?yōu)閯傂赃B接的節(jié)點(diǎn)連接方式(簡(jiǎn)稱為半剛性連接)大幅降低了工字型鋼骨混凝土組合梁和廠房長(zhǎng)向側(cè)墻的節(jié)點(diǎn)連接要求，從而顯著降低了施工難度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明整體平面布置圖。

圖2為本發(fā)明主剖面(A-A)圖。

圖3為本發(fā)明工字型鋼骨架截面示意圖。

圖4為本發(fā)明相鄰兩個(gè)工字型鋼骨架之間的連接示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例水平支撐的截面示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中間段水平支撐與工字型鋼骨架的連接示意圖。

圖7為本發(fā)明水平支撐與廠房短向側(cè)墻的連接示意圖。

圖8(a)為本發(fā)明實(shí)施例工字型鋼骨混凝土組合梁與廠房長(zhǎng)向側(cè)墻的連接示意圖；圖8(b)為本發(fā)明實(shí)施例工字型鋼骨混凝土組合梁與廠房短向側(cè)墻的連接示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出的一種單側(cè)鋼板混凝土空心組合屋蓋結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下：

本發(fā)明提出的一種單側(cè)鋼板混凝土空心組合屋蓋支撐于廠房側(cè)墻頂部，其整體平面布置如圖1所示，單側(cè)鋼板混凝土空心組合屋蓋為由若干榀結(jié)構(gòu)相同且平行設(shè)置的工字型鋼骨混凝土組合梁1依次拼接形成中部帶有多個(gè)空心的扁長(zhǎng)方體箱型結(jié)構(gòu)，所述工字型鋼骨混凝土組合梁1的軸向均垂直于廠房長(zhǎng)向側(cè)墻0-1，工字型鋼骨混凝土組合梁1按單向獨(dú)立受力要求設(shè)計(jì)，為屋蓋臨時(shí)開(kāi)設(shè)洞口提供保障。

所述工字型鋼骨混凝土組合梁1的橫截面如圖2所示，均包括上下非對(duì)稱的工字型鋼骨架11、鋼筋12及工字型混凝土13，工字型鋼骨架11(如圖3所示)由鋼骨上翼緣11-1、鋼骨腹板11-2及鋼骨下翼緣11-3焊接而成，鋼骨下翼緣11-3上均勻設(shè)有栓釘11-4；其中，鋼筋12均勻布置在鋼骨上翼緣11-1上下兩側(cè)、鋼骨下翼緣11-3上側(cè)以及鋼骨腹板11-2兩側(cè)；在兩個(gè)相鄰工字型鋼骨架11內(nèi)的鋼骨腹板11-2之間還設(shè)有與工字型鋼骨架11等長(zhǎng)的箱型永久模板14，工字型混凝土13澆筑于由箱型永久模板14及鋼骨下翼緣11-3圍合而成的空間內(nèi)，最終形成工字型鋼筋混凝土半包裹工字型鋼骨架11的組合梁結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例的鋼骨上翼緣11-1、鋼骨腹板11-2、鋼骨下翼緣11-3均采用熱軋鋼板，鋼骨上翼緣11-1的寬度小于鋼骨下翼緣11-3，由于鋼骨上翼緣11-1抗拉能力較低，工字型鋼骨混凝土組合梁1中的負(fù)彎矩主要由鋼骨上翼緣11-1上下側(cè)的鋼筋12承擔(dān)，因此在鋼骨上翼緣11-1上下側(cè)各配置一排鋼筋12；栓釘11-4與鋼骨下翼緣11-3采用焊接連接，栓釘11-4使得工字型鋼骨架11與工字型鋼筋混凝土緊密結(jié)合、共同抵抗荷載作用；鋼骨下翼緣11-3處于工字型鋼骨混凝土組合梁1最下側(cè)，由于其自身剛度大、承載力高的特性，承擔(dān)拉力的同時(shí)可兼作工字型混凝土13澆筑時(shí)的底部模板，由于箱型永久模板14為采用常規(guī)的模板材料的免拆模板，故各榀工字型鋼骨混凝土組合梁1底部無(wú)需再支設(shè)模板及腳手架，從而解決了土建與大型設(shè)備安裝交叉作業(yè)復(fù)雜的問(wèn)題。

相鄰兩榀工字型鋼骨混凝土組合梁1內(nèi)的工字型鋼骨架11之間通過(guò)焊接連接，或者通過(guò)節(jié)點(diǎn)板2和高強(qiáng)螺栓3進(jìn)行連接，如圖4所示，其中節(jié)點(diǎn)板2分別位于相鄰兩榀工字型鋼骨架11內(nèi)鋼骨下翼緣11-3的上下兩側(cè)，高強(qiáng)螺栓3依次穿過(guò)節(jié)點(diǎn)板2和鋼骨下翼緣11-3。此外，根據(jù)屋蓋具體的開(kāi)洞情況、鋼結(jié)構(gòu)工廠加工運(yùn)輸能力以及施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝能力等不同需求將若干榀工字型鋼骨架11的鋼骨下翼緣采用一整塊鋼板制成。

為保證工字型鋼骨架11施工階段的平面外穩(wěn)定，在垂直于工字型鋼骨架11軸向均勻設(shè)置多道水平支撐7，該水平支撐7通過(guò)耳板與鋼骨架上翼緣鋼板連接，水平支撐7的端部與廠房短向側(cè)墻0連接，水平支撐7的中間段分別與相鄰的工字型鋼骨架11連接。本實(shí)施例各道水平支撐7的結(jié)構(gòu)相同，其橫截面如圖5所示，均由兩根等邊角鋼14-1及填板14-2組成，兩根等邊角鋼14-1以背靠背的形式分別焊接在填板14-2的兩側(cè)；位于中間段的水平支撐7通過(guò)耳板8和高強(qiáng)螺栓3與工字型鋼骨架11進(jìn)行連接，如圖6所示，其中耳板8豎直焊接于鋼骨上翼緣11-1和鋼骨腹板11-2上，水平支撐7通過(guò)高強(qiáng)螺栓3與耳板8連接；位于端部的水平支撐7通過(guò)節(jié)點(diǎn)板2、高強(qiáng)螺栓3及鋼埋件5與檢修大廳短向側(cè)墻0固定連接，如圖7所示，其中，節(jié)點(diǎn)板2與埋置在廠房短向側(cè)墻0的鋼埋件5焊接連接，水平支撐7通過(guò)高強(qiáng)螺栓3與耳板8連接。

所述單側(cè)鋼板混凝土空心組合屋蓋的豎向支撐為廠房長(zhǎng)向側(cè)墻0-1，其與廠房長(zhǎng)向側(cè)墻0-1連接的具體實(shí)現(xiàn)方式說(shuō)明如下：

本實(shí)施例各榀工字型鋼骨混凝土組合梁1兩端與廠房長(zhǎng)向側(cè)墻0-1通過(guò)鋼牛腿4及鋼埋件6連接，如圖8(a)所示，鋼牛腿4焊接在鋼埋件5上，沿廠房長(zhǎng)向側(cè)墻0-1均勻設(shè)置，施工階段工字型鋼骨混凝土組合梁1的自重由鋼牛腿承擔(dān)。所述鋼牛腿4包括水平布置的鋼牛腿上翼緣41、與該上翼緣垂直且等間距設(shè)置的鋼牛腿腹板42；所述鋼埋件5由錨板51和錨筋52組成，錨板51與廠房長(zhǎng)向側(cè)墻0-1表面齊平，錨筋52水平伸入廠房長(zhǎng)向側(cè)墻0-1內(nèi)部，錨板51與錨筋52焊接；鋼埋件6由錨板61和錨筋62組成，錨板61與廠房長(zhǎng)向側(cè)墻0-1表面齊平，錨筋62水平伸入廠房長(zhǎng)向側(cè)墻0-1內(nèi)部，錨板61與錨筋62焊接。在工字型鋼骨架11底部，鋼骨下翼緣11-3通過(guò)高強(qiáng)螺栓3與鋼牛腿上翼緣41連接；鋼牛腿腹板42根據(jù)鋼骨腹板11-2的位置來(lái)定位，使工字型鋼骨架11與廠房長(zhǎng)向側(cè)墻0-1之間力的傳遞更明確直接。工字型鋼骨架11兩端與鋼埋件6焊接，正常使用狀態(tài)下鋼骨混凝土組合梁的自重以及其上部荷載產(chǎn)生的內(nèi)力及變形、地震作用產(chǎn)生的內(nèi)力主要由鋼埋件6承擔(dān)；同時(shí)鋼埋件6對(duì)工字型鋼骨混凝土組合梁1提供的端封板效應(yīng)可增大工字型鋼骨混凝土組合梁1的整體剛度，從而有效控制工字型鋼骨混凝土組合梁1的變形。

工字型鋼骨混凝土組合梁1與廠房短向側(cè)墻0通過(guò)鋼牛腿4連接(如圖8(b)所示)，其中，鋼牛腿上翼緣41與鋼牛腿腹板42之間采用焊接連接；鋼牛腿4焊接在鋼埋件5上，沿廠房短向側(cè)墻0均勻設(shè)置；鋼牛腿上翼緣41與鋼骨下翼緣11-3用高強(qiáng)螺栓3連接。

所述工字型鋼骨混凝土組合梁1的尺寸與榀數(shù)，節(jié)點(diǎn)板2、高強(qiáng)螺栓3、鋼牛腿4及鋼埋件5的規(guī)格根據(jù)屋蓋實(shí)際的受力情況進(jìn)行設(shè)計(jì)確定：一般來(lái)說(shuō)，工字型鋼骨混凝土組合梁1梁高取值為單側(cè)鋼板混凝土空心組合屋蓋跨度的1/12～1/16、梁寬取值為梁高的1/1.5～1/2.5、梁的跨度根據(jù)屋蓋跨度確定(一般不超過(guò)50m)，工字型鋼骨架11中鋼骨下翼緣11-3鋼板厚度不宜小于20mm，以滿足兼做模板的強(qiáng)度要求；在核工程中，工字型混凝土的頂、底板總厚度不應(yīng)小于600mm，以滿足輻射屏蔽和抵抗龍卷風(fēng)飛射物的要求。

本發(fā)明的單側(cè)鋼板混凝土空心組合屋蓋采用單方向受力的設(shè)計(jì)方法，單側(cè)鋼板混凝土空心組合屋蓋短向?yàn)橹饕芰Ψ较颍皇┕るA段分析模型采用單跨簡(jiǎn)支梁模型，僅考慮單方向受力，整體計(jì)算考慮橫向傳力；使用階段分析模型分別考慮單跨簡(jiǎn)支梁模型和空間整體模型，并將兩種分析模型取包絡(luò)設(shè)計(jì)，單跨簡(jiǎn)支梁模型由于長(zhǎng)度很長(zhǎng)，短向側(cè)墻相對(duì)中間榀簡(jiǎn)支梁的整體變形協(xié)調(diào)能力較弱，故不考慮廠房空間整體作用，空間整體模型考慮單側(cè)鋼板混凝土空心組合屋蓋混凝土板在各方向上的空間作用。不同于傳統(tǒng)屋蓋僅靠短向側(cè)墻保證側(cè)向穩(wěn)定性，單側(cè)鋼板混凝土空心組合屋蓋的長(zhǎng)向側(cè)墻也提供平面外剛度以保證側(cè)向穩(wěn)定。由于單側(cè)鋼板混凝土空心組合屋蓋的每榀工字型鋼骨混凝土組合梁都采用各自獨(dú)立的單向受力模式，因此可以滿足施工時(shí)臨時(shí)開(kāi)洞及后期開(kāi)洞加固等需求。

本發(fā)明所述一種單側(cè)鋼板混凝土空心組合屋蓋，其施工步驟為：

根據(jù)反應(yīng)堆廠房設(shè)備吊裝口的位置及現(xiàn)場(chǎng)吊裝能力將屋蓋內(nèi)的鋼骨架劃分為若干鋼骨架子模塊，其中，設(shè)備吊裝口處的鋼骨架子模塊單獨(dú)劃分，所述鋼骨架子模塊由若干榀工字型鋼骨架拼接而成；在工廠制作工字型鋼骨架11、鋼埋件6、鋼牛腿4、鋼埋件5及水平支撐等各類鋼構(gòu)件，按模鋼骨架子塊劃分要求將相應(yīng)榀數(shù)的工字型鋼骨架11拼接為各鋼骨架子模塊，并將鋼埋件6焊接在各鋼骨架子模塊兩端分別形成對(duì)應(yīng)的鋼骨架模塊G，安裝各鋼骨架模塊G內(nèi)的水平支撐7，將鋼牛腿4與鋼埋件5焊接形成支撐模塊H；待廠房側(cè)墻混凝土澆注至指定標(biāo)高(該標(biāo)高根據(jù)屋蓋設(shè)計(jì)確定)時(shí)，將支撐模塊H埋入廠房長(zhǎng)向側(cè)墻0-1并澆筑混凝土至屋蓋底標(biāo)高a，待混凝土凝結(jié)硬化后，將非設(shè)備吊裝口處的鋼骨架模塊G吊至支撐模塊H上，鋼骨架模塊G兩端與支撐模塊H連接；安裝屋蓋設(shè)備吊裝口處的臨時(shí)維護(hù)結(jié)構(gòu)，臨時(shí)維護(hù)結(jié)構(gòu)形式可為輕型鋼屋蓋，通過(guò)輕型鋼屋蓋支座連接板與鋼骨上翼緣鋼板11-1采用高強(qiáng)螺栓3連接；廠房側(cè)墻混凝土澆筑至屋蓋頂標(biāo)高b處，同時(shí)安裝鋼骨架模塊G與短向側(cè)墻0之間的水平支撐7；綁扎工字型鋼骨混凝土組合梁1底板的鋼筋，澆筑工字型鋼筋混凝土底板高度范圍內(nèi)混凝土，同時(shí)澆筑相應(yīng)高度及寬度范圍內(nèi)長(zhǎng)向側(cè)墻0-1混凝土，工字型鋼筋混凝土腹板、頂板依次照底板施工；待設(shè)備進(jìn)場(chǎng)后拆除臨時(shí)維護(hù)結(jié)構(gòu)，待全部設(shè)備吊裝完畢后，按照非設(shè)備吊裝口處屋蓋的施工工序建造設(shè)備吊裝口處屋蓋，完成整個(gè)單側(cè)鋼板混凝土空心組合屋蓋的施工；

在役期間對(duì)屋蓋進(jìn)行臨時(shí)開(kāi)洞，先拆除原設(shè)備吊裝口處屋蓋，在役期間大型設(shè)備更換或檢修完成后，安裝重新制作的原設(shè)備吊裝口處的鋼骨架子模塊，按照前述步驟完成原設(shè)備吊裝口處屋蓋鋼筋混凝土的現(xiàn)場(chǎng)制作。

本發(fā)明的提出的單側(cè)鋼板混凝土空心組合屋蓋特別適用于核電廠大跨度廠房，還可用于其他與核電廠大跨度廠房類似具有臨時(shí)開(kāi)洞需求、土建與設(shè)備安裝交叉作業(yè)復(fù)雜的大跨度構(gòu)筑物。