CN101748903A - 一种工业化低层住宅结构体系 - Google Patents

Abstract

本发明属建筑结构领域，特指采用模数化设计，工厂制作、现场安装的工业化低层住宅结构体系，包括钢柱、钢梁、柱间支撑、钢梁水平支撑、楼板、钢柱与基础的连接节点、钢柱与钢梁的连接节点、钢柱与柱间支撑的连接节点、钢梁与钢梁水平支撑的连接节点、钢梁的刚接节点、钢梁与楼板的连接节点、屋面围护体系、墙面围护体系；钢柱与基础连接用预埋螺栓，钢柱与钢梁连接用承压型高强螺栓，钢柱与柱间支撑、钢梁与钢梁水平支撑连接采用普通螺栓；钢梁之间用连续梁全刚接连接；楼板通过栓钉或专用扣件与钢梁连接；板块化的屋面围护体系和墙面围护体系。本发明结构受力明确、构件连接简单、安装快捷、造型美观和单位用钢量合理经济性好，利于工业化生产。

Description

一种工业化低层住宅结构体系

技术领域

本发明属于建筑结构领域，尤其是一种采用模数化设计，工厂制作、现场安装的工业化低层住宅结构体系。

背景技术

目前国内的钢结构住宅的结构体系主要采用的是传统的框架结构体系，该结构体系虽然和钢筋混凝土结构相比有很多优点，但是在低层住宅运用时存在很多不足，主要的问题如下：1.低层住宅开间和跨度都比较小，采用传统的框架结构不能发挥钢结构在大跨度上的优势；2.由于传统框架结构的限制，结构柱不能做的太小，在低层住宅中如果墙体要包住钢柱，势必造成墙体太厚，如果钢柱外露又会影响房间的内部装修还会对房间的保温隔热性能带来影响；3.传统框架结构需要结构的受力柱不同的楼层可以贯通，但是由于低层住宅造型比较复杂，房间内部布局也灵活多样，往往各楼层之间的结构柱不能贯通，需要设置梁上柱来满足结构上的要求，这对于传统钢结构框架结构是很不利的，也是很不经济的；4.传统的框架结构钢柱和钢梁的刚接节点比较复杂，如果采用全螺栓连接的刚接节点，螺栓数量多、造价比较高，如果采用腹板螺栓连接翼缘板焊接虽然减少了螺栓用量，但是增加了现场焊接，做不到完全意义上的现场快速组装；5.大部分施工作业需要现场完成，工厂加工、现场组装的工业化程度比较低。

目前国内还有一种薄壁型钢低层住宅体系，该体系和国内传统的框架结构相比在单位用钢量上、建筑造型和房间布置灵活性上都有了改善，但是也存在在很多不足，主要的问题如下：1.和框架结构相比薄壁型钢低层住宅受力分析比较复杂，没有明显的钢梁、钢柱之分，靠整个墙体和楼面桁架承受竖向力和水平力；2.整个结构都由薄壁型钢组成，所以构件数量众多，对设计人员的素质和制作的精度要求较高；3.整个结构都由薄壁型钢组成，薄壁型钢的耐久性比较差；4.构件由施工现场人工组装，劳动强度高，施工周期长，安装质量难以保证；5.大部分施工作业需要现场完成，工业化程度比较低。

针对目前低层住宅结构体系上的上述不足，我们研发了比较适合中国市场的钢结构工业化低层住宅结构体系。

发明内容

本发明旨在克服传统框架结构和薄壁型钢结构运用到低层住宅存在受力传递不明确、单位用钢量不合理、连接节点复杂、加工和安装比较麻烦、不利于工业化生产、工厂制造的工业化程度低、质量难以保证以及建筑材料保温隔热性能差等缺点。本发明提供了一种适合工业化低层住宅的结构体系，该结构体系具有结构受力明确、构件连接简单、施工安装快捷、造型美观和单位用钢量合理经济性好的优点，由于在设计时采用模数化设计，所以大部分构件的规格比较一致，材料采购和加工比较简单，便于工业化生产，大部分构件都在工厂加工完成，工业化程度比较高，加工质量可以得到保证，现场安装的施工工期短，同时采用的围护材料也采用新型的保温隔热材料，减少了能源消耗和环境污染，改善了居住环境。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种工业化低层住宅结构体系，包括钢柱、钢梁、柱间支撑、钢梁水平支撑、楼板、钢柱与基础的连接节点、钢柱与钢梁的连接节点、钢柱与柱间支撑的连接节点、钢梁与钢梁水平支撑的连接节点、钢梁的刚接节点、钢梁与楼板的连接节点、屋面围护体系、墙面围护体系。

其中，钢柱两端采用铰接连接方式(只承受竖向的荷载)，钢柱与基础连接采用预埋锚栓，钢柱与钢梁连接采用承压型高强螺栓(即钢柱两端采用铰接连接构造方式，只承受竖向的荷载)。钢柱与柱间支撑连接采用普通螺栓，柱间支撑是主要承受水平荷载的构件，也是保证结构稳定性的重要构件，所有竖向力通过钢梁传递到钢柱，水平方向的荷载通过钢梁分配到各柱间支撑。钢梁与钢梁水平支撑连接采用普通螺栓，钢梁上设置钢梁水平支撑提高整个结构的刚度和承受水平荷载的能力。钢梁与钢梁之间采用连续梁全刚接连接，水平方向的荷载由钢梁传递分配到各柱间支撑。楼板通过栓钉或者专用扣件与钢梁连接，根据施工工艺的不同，楼板采用的形式分为现浇钢筋混凝土楼板和预制楼板。现浇楼板又根据不同的受力方式分为普通现浇楼板和现浇组合楼板。采用现浇楼板时通过栓钉与钢梁进行可靠连接，采用预制楼板时通过专用扣件与钢梁进行可靠连接，同时在钢梁上设置水平支撑，增强了整个结构的刚度。钢梁与楼板的可靠连接既可以对钢梁起到一个平面外的约束作用，又可以保证钢梁和楼板的受力合理。

屋面围护体系包括由室内向室外方向依次固定连接形成整体式板块的屋面骨架、结构板、屋面保温隔热层、屋面防水层，其中屋面保温隔热层内部安装有挂瓦条。

墙面围护体系为复合墙体结构，根据保温的需要分为内保温墙面围护体系和外保温墙面围护体系。

作为上述方案的进一步设置，所述外保温墙面围护体系包括由室外向室内依次固定连接形成一个整体式板块的外墙面材、防水层、保温隔热层、受力墙骨架、木龙骨、装饰层；所述内保温墙面围护体系包括由室外向室内依次固定连接形成一个整体式板块的外墙面材、防水层、受力墙骨架、保温隔热层、木龙骨、装饰层。组成墙面围护体系的所有材料都在工厂制作完成，组装成整体式板块，施工现场只要用螺栓连接就可以完成墙面围护的安装。

所述钢柱采用矩形管、圆管或H型钢，钢梁采用H型钢、槽钢，柱间支撑、钢梁水平支撑采用圆钢、扁钢、角钢等型钢。

所述柱间支撑、钢梁水平支撑采用Φ16、Φ20等圆钢；柱间支撑与钢柱连接采用M16、M20等普通螺栓；钢梁水平支撑与钢梁连接采用M16、M20等普通螺栓。

所述结构板选用水泥纤维板、中密度木纤维板中的任意一种。

所述外墙面材选用水泥纤维板；防水层选用透湿防水纸；保温隔热层选用挤塑板；受力墙骨架选用C型或U型等薄壁型钢制成，具体是由以一定间隔连接在一起的纵向框条和横向框条构成，且受力墙骨架内部填充有保温材料。

所述保温材料选用保温棉。

本发明所述的工业化低层住宅结构体系的有益效果主要表现在：

1、主体结构采用钢结构系统，大部分构件可以回收利用。主体结构受力合理，钢结构的单位用量在合理的范围之内，比传统的框架结构减少30％以上，避免了不必要的浪费。

2、由于主体结构受力的特点，结构柱(钢柱)只承受竖向轴力，所以截面可以做的比较小，围护墙体做的比传统240墙体要薄，也能保证包住结构柱不使结构柱外露。

3、由于主体结构受力的特点，结构柱(钢柱)和钢梁连接都为铰接连接，采用的螺栓数量少，也不用进行现场焊接，即减少了建造成本，又可以做到完全意义上的现场拼接，加快了施工进度。

4、由于结构自重轻，受力合理，所以具有良好的抗震性能。

5、屋面围护体系和墙面围护体系与主体结构都采用螺栓连接，围护体系刚度和整体性好，具有良好的抗风性能。

6、屋面围护体系和墙面围护体系都采用板块化设计、板块化加工和板块化安装，围护体系的大部分施工作业都在工厂里加工完成，在工地现场只要进行简单的螺栓连接，就可以完成整个围护系统的安装，这样不仅有利于施工快速进行，同时提高了工业化的程度。

7、采用的围护体系的保温隔热性能优于传统的墙体，有利于减少能源消耗。

8、采用的建筑材料都为绿色环保可再生的资源，减少了对环境的污染和对自然资源的破坏。

9、建筑造型丰富，克服了传统钢结构造型呆板单一的问题，更加适应人们的审美观念。

10、工业化低层住宅体系引入了模数化工厂预制的概念，住宅产品的大部分构件规格可以做到统一，有利于大规模的工业化生产。施工现场安装时，避免了大部分湿作业，只要把住宅产品的各个部件通过螺栓连接就可以完成，加快了施工进度，缩短了施工周期。

本发明一种工业化低层住宅结构体系主要适用于低层工业化别墅、低层的会所、展示厅以及其他层数在三层及三层以下的普通民用与公共建筑。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是本发明设计计算的构造特征示意图；

图2是钢柱和基础的连接节点结构示意图；

图3是钢柱和钢梁的连接节点结构示意图；

图4是钢柱和柱间支撑的连接节点结构示意图；

图5是钢梁的刚接节点结构示意图；

图6是楼板和钢梁的连接节点结构示意图；

图7是钢梁水平支撑结构示意图；

图8是屋面维护体系结构示意图；

图9是墙面维护体系结构示意图；

图10是图9中受力墙骨架的结构示意图；

图11是图10的后视图；

图12是实施例楼板结构布置图；

图13实施例屋面板块布置图；

图14实施例结构立体图。

具体实施方式

下面举两个例子来对本发明作进一步详细的描述。

实施例1

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14所示，本发明工业化低层住宅结构体系，包括钢柱1、钢梁2、柱间支撑3、钢梁水平支撑4、楼板5、钢柱1与基础的连接节点、钢柱1与钢梁2的连接节点、钢柱1与柱间支撑3的连接节点、钢梁2与钢梁水平支撑4连接节点、钢梁2的刚接节点、钢梁2与楼板5的连接节点、屋面围护体系、墙面围护体系。

其中，钢柱1采用矩形管，钢梁2采用高频焊接H型钢，柱间支撑3、钢梁水平支撑4采用Φ16、Φ20等圆钢。

如图2所示，钢柱1与基础连接采用预埋锚栓17。如图3所示，钢柱1与钢梁2连接采用承压型高强螺栓18。如图4所示，钢柱1与柱间支撑3连接采用M16、M20等普通螺栓19。如图5所示，钢梁2上设置水平支撑，采用M16、M20等普通螺栓19连接，增强了整个结构的刚度。

如图6所示，钢梁2与钢梁2之间采用连续梁全刚接连接，即钢梁2为连续梁受力方式，通过端头板进行拼接。如图7所示，钢梁2通过栓钉20或者专用扣件21与楼板5可靠连接，可以对钢梁起到一个平面外的约束作用，保证钢梁2和楼板5的受力合理。

如图9、图10、图11所示，墙面围护体系为复合墙体结构，根据保温的需要分为内保温墙面围护体系和外保温墙面围护体系，这两种不同的做法都可以保证墙体厚度小于240mm，而且可以将钢柱1完全包住。

当选用外保温墙面围护体系时，它包括由室外向室内依次固定连接的外墙面材12、防水层13、保温隔热层14、受力墙骨架6、木龙骨15、装饰层16。当选用内保温墙面围护体系时，它包括由室外向室内依次固定连接的外墙面材12、防水层13、受力墙骨架6、保温隔热层14、木龙骨15、装饰层16。组成墙面围护体系的所有材料都在工厂制作完成，组装成整体式板块，施工现场只要用螺栓连接就可以完成墙面围护的安装。

外墙面材12选用水泥纤维板；防水层13选用透湿防水纸；保温隔热层14选用挤塑板；受力墙骨架6选用C型或U型等薄壁型钢制成，具体是由以一定间隔连接在一起的纵向框条23和横向框条24构成，且受力墙骨架6内部填充有保温材料25。保温材料25选用保温棉。受力墙骨架6最上方的横向框条24上端面，设置至少两个吊装孔26；受力墙骨架6最下方的横向框条24下端面，设置有数个孔位一27；受力墙骨架6最上方的横向框条24，朝向室内的侧面上设置有数个孔位二28。

本发明的墙面围护体系，是事先在工厂组装成一体的，可直接用于在由钢柱1和钢梁2组成的建筑结构上以便构成建筑物的外墙。如此，可以减少建筑工地现场的部件数量从而减少施工量，也能够防止由于建筑工人作业熟练程度的不同而造成建筑质量不均的现象，保证质量的稳定性。吊装孔26用于现场起吊用；孔位一27、孔位二28，可用于现场安装连接，使墙面围护体系与建筑结构有效的结合在一起。

如图7、图12所示，楼板5做法为预制楼板时，墙体板块骨架6通过螺栓用专用的支座直接和H型钢梁2进行连接，楼板5做法为现浇楼板时，以预埋螺栓的方式将墙体板块骨架6抬升到现浇楼面找平层再用专用支座连接。

如图8、图13所示，本发明的屋面围护体系包括由室内向室外方向依次固定连接形成整体式板块的屋面骨架7、结构板8、屋面保温隔热层9、屋面防水层10，其中屋面保温隔热层9内部安装有挂瓦条11。结构板8选用水泥纤维板、中密度木纤维板中的任意一种。屋面围护体系根据屋面做法为双坡或者四坡的不同，根据模数化的设计，对屋面的坡度进行适当调整，但和屋面钢梁2的连接方式都为通过专用支座进行连接，而且屋面围护体系都是在车间进行模块化加工，现场对每块板块四角用螺栓连接，就能完成屋面板的安装。

实施例2

一种工业化低层住宅结构体系，包括钢柱1、钢梁2、柱间支撑3、钢梁水平支撑4、预制楼板或者现浇楼板5、屋面围护体系、墙面围护体系。如图2所示，钢柱1和基础通过锚栓17连接。如图3所示，钢柱1和钢梁2通过高强螺栓连接。如图4所示，钢柱1和柱间支撑3通过普通螺栓连接，柱间支撑3根据计算满足地震力、风荷载等水平荷载的要求进行设置。

如图2所示，钢柱1和基础进行连接时，为了提高锚栓17预埋的精度，用专用的夹具对锚栓17进行精确定位。钢柱1柱脚底板和基础之间还留有必要的后浇带22，便于调整安装时的误差。

如图3所示，钢柱1和钢梁2连接节点采用承压型高强螺栓18连接，在计算和构造上连接节点都采用铰接，保证钢柱1只承受轴力的作用，地震荷载、风荷载等水平力通过连接节点传递给柱间支撑3承受。如图5所示，钢梁2与钢梁2的刚接节点采用端板高强螺栓的连接方式，在整个模型中钢梁2全部为连续梁，通过刚接节点传递全部的弯矩和剪力。

如图12所示，柱间支撑3设置在建筑的端部、转角和水平力集中的位置，根据计算确定地震力、风荷载等水平荷载的大小，从而确定柱间支撑3应该布置的数量，一般柱间支撑3以对称的方式进行布置，如果建筑形状不规则，也可以在内部布置柱间支撑3，钢柱1和柱间支撑3通过普通螺栓连接。

上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种工业化低层住宅结构体系，其特征在于：包括钢柱(1)、钢梁(2)、柱间支撑(3)、钢梁水平支撑(4)、楼板(5)、钢柱(1)与基础的连接节点、钢柱(1)与钢梁(2)的连接节点、钢柱(1)与柱间支撑(3)的连接节点、钢梁(2)与钢梁水平支撑(4)的连接节点、钢梁(2)的刚接节点、钢梁(2)与楼板(5)的连接节点、屋面围护体系、墙面围护体系；

其中，钢柱(1)两端采用铰接连接方式，钢柱(1)与基础连接采用预埋锚栓，钢柱(1)与钢梁(2)连接采用承压型高强螺栓，钢柱(1)与柱间支撑(3)连接采用普通螺栓；钢梁(2)与钢梁水平支撑(4)连接采用普通螺栓；钢梁(2)与钢梁(2)之间采用连续梁全刚接连接；楼板(5)通过栓钉或者专用扣件与钢梁(2)连接；

屋面围护体系包括由室内向室外方向依次固定连接形成整体式板块的屋面骨架(7)、结构板(8)、屋面保温隔热层(9)、屋面防水层(10)，其中屋面保温隔热层(9)内部安装有挂瓦条(11)；

墙面围护体系为复合墙体结构，根据保温的需要分为内保温墙面围护体系和外保温墙面围护体系。

2.如权利要求1所述的一种工业化低层住宅结构体系，其特征在于：所述外保温墙面围护体系包括由室外向室内依次固定连接形成一个整体式板块的外墙面材(12)、防水层(13)、保温隔热层(14)、受力墙骨架(6)、木龙骨(15)、装饰层(16)；所述内保温墙面围护体系包括由室外向室内依次固定连接形成一个整体式板块的外墙面材(12)、防水层(13)、受力墙骨架(6)、保温隔热层(14)、木龙骨(15)、装饰层(16)。

3.如权利要求2所述的一种工业化低层住宅结构体系，其特征在于：所述钢柱(1)采用矩形管、圆管或H型钢，钢梁(2)采用H型钢、槽钢，柱间支撑(3)、钢梁水平支撑(4)采用圆钢、扁钢、角钢等型钢。

4.如权利要求3所述的一种工业化低层住宅结构体系，其特征在于：所述柱间支撑(3)、钢梁水平支撑(4)采用Φ16、Φ20等圆钢；柱间支撑(3)与钢柱(1)连接采用M16、M20等普通螺栓；钢梁水平支撑(4)与钢梁(2)连接采用M16、M20等普通螺栓。

5.如权利要求1所述的一种工业化低层住宅结构体系，其特征在于：所述结构板(8)选用水泥纤维板、中密度木纤维板中的任意一种。

6.如权利要求2所述的一种工业化低层住宅结构体系，其特征在于：所述外墙面材(12)选用水泥纤维板；防水层(13)选用透湿防水纸；保温隔热层(14)选用挤塑板；受力墙骨架(6)选用C型或U型等薄壁型钢制成，具体是由以一定间隔连接在一起的纵向框条(23)和横向框条(24)构成，且受力墙骨架(6)内部填充有保温材料(25)。

7.如权利要求6所述的一种工业化低层住宅结构体系，其特征在于：所述保温材料(25)选用保温棉。

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