本發明涉及一種多層大跨度正六邊形蜂窩狀空間網格盒式結構及制作方法，屬于公共建筑技術領域。

背景技術：

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良結構形式，如果樓蓋六邊的支承結構采用常規的大柱網框架結構，則其抗側剛度不能滿足《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）6.1.5條要求：“甲、乙類建筑高度大于24m的丙類建筑，不應采用單跨框架結構，高度不大于24m的丙類建筑，不宜采用單跨框架結構”。這是因為：單跨框架結構抗側剛度差，不滿足抗震的基本要求，特別是多層大跨度單跨框架結構，工程界應慎用或禁用，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構形式。

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，周邊設看臺，層高9.5m；第二層乒乓球館，層高6.5m，第三層學術報告廳，層高6.5m，總高H=22.5m＜24m，采用圖1所示傳統的預應力混凝土框架結構，框架梁沿y向布置，空間三維受力的力學效應差，周邊柱網結構示意圖如圖2、圖3所示，每側框架分別為12和6個網格，該結構存在如下問題：（1）、典型的肥梁胖柱結構，混凝土用量0.53m³/m²，結構自重設計值1590kg/m²，用鋼150kg/m²以上，工程造價高不言而喻；（2）、各層均不滿足建筑使用要求，第一層凈高h₁=9.5m-2.7m-0.5m(空調層)=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構，達不到抗震規范要求，柱網及框架主次梁布置不對稱，各邊支承大跨度樓蓋的框架網格少（6格和12格）抗側剛度差，且各向不對稱，有強有弱，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格盒式結構”新體系，在克服上述三個方面不足的前提下達到“適用、經濟、綠色、美觀”的建筑方針。

技術實現要素：

為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種剛度提高、內力分布均勻的單跨多層大跨度正六邊形蜂窩狀空間網格盒式結構及制作方法。

為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：

多層大跨度正六邊形蜂窩狀空間網格盒式結構，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°的空腹梁交接構成若干個大小完全相同的正六邊形網格，并且正六邊形網格相較于正六邊形樓蓋旋轉30°后布置，沿正六邊形樓蓋對角線方向設置有m個中心均位于對角線上的正六邊形網格，沿正六邊形樓蓋的六個邊長方向延伸，正六邊形網格的數量以1等差遞減，所述上弦層是具有正三角形網格的鋼筋混凝土預制板；所述混凝土網格式框架柱的橫截面形狀為正六邊形，包括：豎直設置的六根立柱、多根連接柱以及連接相鄰立柱的若干橫梁，六根立柱設置于正六邊形樓蓋的六個頂點處，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，從而使支撐點負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。

優選地，該盒式結構為三層，第一層層高為9.5m，可作籃球、排球比賽館使用，周邊設看臺；第二層和第三層層高均為6.5m，作為乒乓球館或學術報告廳等使用。

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為蜂窩狀網格中6個小正三角形高，假設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，沿對角線方向設置有9個或7個正六邊形網格。

再優選地，前述正六邊形混凝土蜂窩狀空腹樓蓋內，沿對角線方向設置9個正六邊形網格時，相鄰兩根立柱之間均分布有5根連接柱，每邊支承的網格式框架均分為54個網格。

此外，本發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格盒式結構的制作方法，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劃分成六個大正三角形，每個對角線方向均排布m個正六邊形網格，構成樓蓋的下弦層；在正六邊形網格上安裝具有小正三角形網格的鋼筋混凝土預制板，在其上澆筑混凝土層并養護后形成整體；

S2、制作混凝土網格式框架柱：在正六邊形樓蓋的六個頂點處豎直設置六根立柱，在立柱之間豎直設置多根連接柱，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，形成網格式框架；

本發明的有益之處在于：本發明創造性地提出了單跨多層大跨度正六邊形蜂窩狀空間網格盒式結構，即在正六邊形空腹樓蓋六邊頂點和支座處分別設立柱和連接柱，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一道橫梁，使每層樓由單一的框架變成網格式框架，從而使每層樓六邊形成網格式框架筒，每層樓的支坐節點與連接柱剛性連接，形成正六邊形空間網格盒式筒體結構，在減少工程造價的同時，大幅度提高此類單跨多層大跨度結構的抗側剛度，與此同時內力分布均勻，延性及滯廻性能也得到大幅度地改善，能夠更好地滿足規范的要求，形成單跨多層大跨度正六邊形空間網格新型結構體系，符合“適用、經濟、綠色、美觀”的建筑方針。

附圖說明

圖1是現有技術中國多層大跨度正六邊形平面的混凝土樓蓋結構示意圖；

圖2是圖1中支承預應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是本發明中實施例1的平面結構示意圖；

圖5是圖4所示實施例中一邊的網格式框架結構示意圖；

圖6是本發明中實施例2的平面結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明作具體的介紹。

實施例1

本實施例如圖4和圖5所示，樓蓋對角線L₁=9×2h+2h/3，h為蜂窩狀網格中6個小正三角形的高，假設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。

本實施例的正六邊形蜂窩狀空間網格盒式結構為三層，第一層層高為9.5m，可作籃球、排球比賽館使用，周邊設看臺；第二層和第三層層高均為6.5m，作為乒乓球館或學術報告廳等使用。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°的空腹梁交接構成若干個大小完全相同的正六邊形網格，并且正六邊形網格相較于正六邊形樓蓋旋轉30°，沿正六邊形樓蓋對角線方向設置有9個中心均位于對角線上的正六邊形網格，沿正六邊形樓蓋的六個邊長方向延伸，正六邊形網格的數量以1等差遞減，上弦層是具有正三角形網格的鋼筋混凝土預制板。

混凝土網格式框架柱的橫截面形狀亦為正六邊形，包括：豎直設置的六根立柱、多根連接柱以及連接相鄰立柱的若干橫梁，六根立柱設置于正六邊形樓蓋的六個頂點處，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，從而使支撐點負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，每邊支承的網格式框架均分為54個網格，抗側剛度相較于圖1的結構數倍增加，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多層大跨度公共建筑。

實施例2

本實施例如圖6所示，樓蓋對角線L₁=14.666h，沿對角線方向有7個小的正六邊形網格，h為蜂窩狀網格中6個小正三角形高，假設h=2.5m，則對角線尺寸L₁=14.666×2.5m=36.665m，樓蓋面積878m²。其結構和制作方法與實施例1相同，本實施例中不再贅述。在實際施工中，層數和每層樓蓋面積均可根據實際情況在一定范圍內靈活調整。

實施例3

為了更好地理解本發明，該實施例公開了多層大跨度正六邊形蜂窩狀空間網格盒式結構的制作方法，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劃分成六個大正三角形，每個對角線方向均排布m個正六邊形網格，構成樓蓋的下弦層；在正六邊形網格上安裝具有小正三角形網格的鋼筋混凝土預制板，在其上澆筑混凝土層并養護；

S2、制作混凝土網格式框架柱：在正六邊形樓蓋的六個頂點處豎直設置六根立柱，在立柱之間豎直設置多根連接柱，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，本發明的多層大跨度正六邊形蜂窩狀空間網格盒式結構在正六邊形空腹樓蓋六邊頂點和支座處分別設立柱和連接柱，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一道橫梁，使每層樓由單一的框架變成網格式框架，從而使每層樓六邊形成網格式框架筒，每層樓的支坐節點與連接柱剛性連接，形成正六邊形空間網格盒式筒體結構，在減少工程造價的同時，大幅度提高此類多層大跨度結構的抗側剛度，與此同時內力分布均勻，延性及滯廻性能也得到大幅度地改善，能夠更好地滿足規范的要求，形成單跨多層大跨度正六邊形空間網格新型結構體系，符合“適用、經濟、綠色、美觀”的建筑方針，具有良好的經濟效益和社會效益。

以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和優點。本行業的技術人員應該了解，上述實施例不以任何形式限制本發明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護范圍內。