CN103046644B - 多层房屋冷弯薄壁型钢梁柱结构体系 - Google Patents

多层房屋冷弯薄壁型钢梁柱结构体系 Download PDF

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Abstract

一种多层房屋冷弯薄壁型钢梁柱结构体系,包括钢筋混凝土地梁(1),钢筋混凝土地梁(1)中固定有向上直立的柱,每根柱上固定有与柱垂直的梁,每根梁相互平行,其特征在于:柱采用的是矩形钢管柱(2);梁采用的是折弯成“L”形的冷弯薄壁C型钢梁(4);有一根冷弯薄壁角钢(5)固定在每根矩形钢管柱(2)上方等高处,有另一根冷弯薄壁角钢(5)固定在每根矩形钢管柱(2)下方等高处,“L”形冷弯薄壁C型钢梁(4)的折弯部分嵌在空腔中,部分或全部矩形钢管柱(2)的空腔中充填有砂卵石(3)。

Description

多层房屋冷弯薄壁型钢梁柱结构体系
一、技术领域
[0001] 本发明属于建筑结构技术,具体为一种新型冷弯薄壁型钢组合墙体与梁连接的结构体系,包括楼层梁与墙体的连接。
二、背景技术
[0002] 冷弯薄壁型钢结构房屋杆件自重轻、施工时不需要大型施工机械,便于操作,抗震性能好、节能、节地、节材、环保,有利于房屋建筑产业化,并具有施工周期短、综合效益好等一系列优点,很适合在房屋建筑中采用。目前这种体系已成为美国、日本、澳大利亚等发达国家低层住宅建筑的重要形式。鉴于冷弯薄壁型钢结构绿色生态的特性及全寿命周期计算经济上的优势,中国近几年也开始大量引进该体系的住宅结构,已修建的低层房屋建筑较多。业内人士对节点、杆件及整体的力学性能做了大量试验及有限元分析研究工作,但目前冷弯薄壁型钢组合墙体在楼层连接处竖向承力构件断开的连接方式始终是制约该体系向多高层及较大开间的公共建筑发展的瓶颈因素,且楼层梁直接作用到U型底梁上,集中力作用处梁的局部稳定难以保证,因此限定在低层建筑中应用,很难满足人们对建筑多功能的要求,也很难应对我国人多地少,住房用地紧张的客观国情需要,大量推广应用受到极大限制。
[0003]国内外冷弯薄壁型钢组合墙体连接构造中,U形截面构件一般用作顶梁、底梁或边梁等非承重构件,且套在C型截面构件端头;(:形截面构件一般用作梁、柱承重构件。由于每层墙体被楼盖隔开,墙体在结构上不连续,还必须设置贯通楼盖的抗拔锚栓将上下层墙体连成整体。此种连接方式可通过构造改变,梁柱杆件一一对应,对承受竖向荷载作用影响很小,但对于承受水平风载及地震作用却非常不利,且不符合工程结构设计中“强节点弱杆件,强柱弱梁”的设计准则,因为组合墙体内的竖向承载骨架构件-柱在楼层处是断开的。
[0004] 中国专利申请201110227050.X公开了一种轻钢房屋楼盖连接结构,其包括楼盖梁和轻钢墙体,其楼盖内的横梁和楼盖梁均采用桁架结构;墙体内的竖向承载构件采用格构式截面,该种结构整体性较好,但格构式杆件内部中空,纵向框架梁杆件在其内部插入通过,采用缀板承受楼面引起的荷载非常不利,且固定填充墙板难度也较大;楼盖内及墙体内部受力杆件较多,需要设置的螺栓等连接键较多,需要在杆件上预先开螺栓孔,对施工精度要求较高,施工周期长。
三、发明内容
[0005] 本发明的目的是克服现有技术的不足,设计一种传力路径直接、能提高房屋的抗侧能力的多层房屋冷弯薄壁型钢梁柱结构体系。
[0006] 本发明的基本思路是:设计一种多层房屋冷弯薄壁型钢梁柱结构体系,该体系依托上下角钢与承受水平及竖向荷载的承载梁及墙内骨架构件进行连接,使得组合墙体内部的竖向构件连续、传力路径直接、能大大提高房屋的抗侧能力。该体系应用到多层冷弯薄壁型钢房屋中,楼层纵向梁与闭口截面矩形钢管柱采用自攻螺钉方式进行连接,纵向梁上下冷弯薄壁角钢采用全自攻螺钉与梁柱进行连接,形成多道防线,加强构件间连接的可靠性,不再使用需穿透楼层的抗剪件来连接上下楼层,墙体骨架柱-楼层梁连接整体性强,空间力学性能较好。
[0007] 本发明的具体技术方案是:
[0008] 一种多层房屋冷弯薄壁型钢梁柱结构体系,包括钢筋混凝土地梁,钢筋混凝土地梁中相间预埋有金属预埋件,预埋件从钢筋混凝土地梁上表面露头,每个露头上固定连接有向上直立的柱,每根柱上按设计高度固定有与柱垂直的梁,每根梁相互平行,其特征在于:
[0009] 柱采用的是矩形钢管柱;
[0010] 梁采用的是折弯成“L”形的冷弯薄壁C型钢梁,并形成楼层梁部分、折弯部分、勾头部分;
[0011] 冷弯薄壁C型钢梁的直立部分为腹板、上下水平部分为翼缘;
[0012]且:
[0013] 有一根冷弯薄壁角钢通过自攻螺钉固定在每根矩形钢管柱按设计高度的上方等高处,有另一根冷弯薄壁角钢通过自攻螺钉固定在每根矩形钢管柱按设计高度的下方等高处,上方的冷弯薄壁角钢与下方的冷弯薄壁角钢之间形成空腔;
[0014] “L”形冷弯薄壁C型钢梁的折弯部分嵌在空腔中,折弯部分的腹板通过自攻螺钉固定在每根矩形钢管柱上,折弯部分的翼缘通过自攻螺钉固定在冷弯薄壁角钢上;
[0015] “L”形冷弯薄壁C型钢梁的折弯部分的长度等于相邻两根矩形钢管柱之间的间距;
[0016] “L”形冷弯薄壁C型钢梁的勾头部分通过自攻螺钉固定在前一根冷弯薄壁C型钢梁的梁腹板部分上;
[0017] 部分或全部矩形钢管柱的空腔中充填砂卵石。一般是受轴力作用较大的中柱,向其内部填充砂卵石并采用激振器进行密实。
[0018] 具体制作可以是:
[0019] 将冷弯薄壁C型钢梁待弯折部分翼缘剪掉“V”型口,最后形成“L”形状,弯折后塞入顶底冷弯薄壁角钢形成的空间内,再通过自攻螺钉与矩形钢管柱连接,采用自攻螺钉将翼缘与角钢进行连接,端部与相邻C型钢梁采用自攻螺钉进行连接,将剩余的角钢间需要拉结的螺栓全部拧紧,此步骤可对安装过程中形成的施工缺陷进行校核,形成组合墙体骨架。将阻燃防霉蜂窝墙纸板塞入梁柱墙体形成的网格内,采用自攻螺钉将墙面板与梁柱连接,外墙面板采用冷弯薄壁压型钢板,内墙采用硅酸钙板。
[0020] 房屋的施工顺序可以为:在地面将组合墙体内的龙骨进行拼装后形成拼装单元(拼装单元含有楼层连接的冷弯薄壁角钢、扁钢带和刚性支撑件),将拼装单元固定于基础上,锚栓锚固;依次顺序,拼装第二个墙体龙骨单元,采用自攻螺钉及冷弯薄壁角钢将两片墙体龙骨连接,逐次扩展墙体,形成墙体骨架;在荷载较大的矩形钢管内部充填砂卵石并采用激振器击实;在将楼层梁连接到墙体上,形成结构空间骨架;将围护墙体(填充轻质墙体及面板)及楼盖固定到结构骨架上。
[0021] 本发明的优点是:
[0022] 墙体内竖向承载构件采用冷弯薄壁型钢矩形截面构件,对抵抗扭转及提高受压时的稳定性较为有利,且向骨架-梁形成的网格内填轻质墙体连接方便;上下双层角钢用来加强梁与墙板内竖向构件间的连接,对提高节点连接的可靠性较为有利;杆件间连接均采用自攻螺钉方式进行连接,施工快速操作简单,柱构件截面统一,连接方式统一,便于工厂化生产;施工中不需要对薄壁构件进行焊接,因此对施工人员技术要求低;节点区域螺钉孔较为分散,对净截面损伤小,因此承载力影响较小。
[0023] 冷弯薄壁竖向承力构件在楼层连接处连续,楼盖整体性强,可很好协调受力方向组和墙体共同抵抗水平地震力及风载作用,也使得冷弯薄壁型钢体系向多高层及大开间的公共建筑发展成为可能;受力较大墙体龙骨-冷弯薄壁矩形钢管内填充无粘结砂卵石材料,建筑物拆除后矩形管及砂卵石均可回收再利用,比之钢管混凝土结构绿色环保,且可有效提高冷弯矩形钢管柱的受压稳定承载力,提高组合墙体水平方向抗侧能力;采用顶底冷弯薄壁角钢C型钢梁进行连接,提高了组合墙体中梁的抗弯抗剪承载力,缓解梁上荷载对C型钢梁与柱间自攻螺钉的作用,避免自攻螺钉的失效,提高墙体抗剪承载力,也使得楼板更好的满足平面内刚度无限大假定,协调组合墙体同步变形,提高结构空间整体性;采用顶底角钢连接方式,可有效的将楼板传到梁上的荷载传到柱上,结构中不需再使用楼层抗剪件,极大提高楼层抗剪能力,减小层间位移角,有利于结构刚度分布均匀,不形成抗震中的薄弱环节,减小施工工序,降低用钢量;节点连接部位采用角钢进行加强,提高了节点连接的可靠性,形成多道抗震防线,进一步提高抗震能力;组合墙体内部采用阻燃防霉蜂窝墙纸材料做填充,自重轻且阻燃防霉耐久性好,再外敷面板,提高了墙体的保温隔热隔声性能,比现行常用的直接外敷面板做法保温隔热性能好得多。
四、附图说明
[0024] 图1是本发明中的多层房屋冷弯薄壁型钢梁柱结构体系三维示意图。
[0025] 图2是本发明中的多层房屋冷弯薄壁型钢梁柱结构体系平面示意图。
[0026] 图3是本发明中的多层房屋冷弯薄壁型钢梁柱结构体系细部连接构造图。
[0027] 图4是发明中的多层房屋冷弯薄壁型钢梁柱结构体系边及中间矩形龙骨细部构造图。
[0028] 图5是发明中的冷弯薄壁C型钢梁构造示意图。
[0029] 图中:1-钢筋混凝土地梁,2-矩形钢管柱,3-砂卵石,4-冷弯薄壁C型钢梁,5_冷弯薄壁角钢,6-自攻螺钉,7-阻燃防霉蜂窝芯墙纸,8-墙面面板,9-螺栓,10-自攻螺钉孔。
五、具体实施方式
:
[0030] 下面结合附图对本发明做进一步描述。
[0031] 如图1-图5,一种多层房屋冷弯薄壁型钢梁柱结构体系,包括钢筋混凝土地梁1,钢筋混凝土地梁I中相间预埋有金属预埋件,预埋件从钢筋混凝土地梁I上表面露头,每个露头上固定连接有向上直立的柱,每根柱上按设计高度处固定有与柱垂直的梁,每根梁相互平行,其特征在于:
[0032] 柱采用的是矩形钢管柱2 ;
[0033] 梁采用的是折弯成“L”形的冷弯薄壁C型钢梁4,并形成楼层梁部分、折弯部分、勾头部分;
[0034] 冷弯薄壁C型钢梁4的直立部分为腹板、上下水平部分为翼缘;
[0035]且:
[0036] 有一根冷弯薄壁角钢5通过自攻螺钉6固定在每根矩形钢管柱2按设计高度处的上方等高处,有另一根冷弯薄壁角钢5通过自攻螺钉6固定在每根矩形钢管柱2按设计高度处的下方等高处,上方的冷弯薄壁角钢5与下方的冷弯薄壁角钢5之间形成空腔;
[0037] “L”形冷弯薄壁C型钢梁4的折弯部分嵌在空腔中,折弯部分的腹板通过自攻螺钉6固定在每根矩形钢管柱2上,折弯部分的翼缘通过自攻螺钉6固定在冷弯薄壁角钢5上;
[0038] “L”形冷弯薄壁C型钢梁4的折弯部分的长度等于相邻两根矩形钢管柱2之间的间距;
[0039] “L”形冷弯薄壁C型钢梁4的勾头部分通过自攻螺钉6固定在前一根冷弯薄壁C型钢梁4的梁部分上;
[0040] 部分或全部矩形钢管柱2的空腔中充填有砂卵石3。
[0041] 可在地面将矩形钢管柱2或者边角部的内填砂卵石3矩形钢管柱2通过自攻螺钉6将冷弯薄壁角钢5连接在其两侧,形成单元墙体骨架;将单元墙体骨架底板与钢筋混凝土地梁I上的预埋锚栓连接,形成单元抗剪墙体;将冷弯薄壁C型钢梁4弯折成L形,弯折长度为2个柱间距离,再通过自攻螺钉6将冷弯薄壁C型钢梁4腹板连接到矩形钢管柱2上;再通过自攻螺钉6将冷弯薄壁C型钢梁4翼缘与冷弯薄壁角钢5进行连接,再通过自攻螺钉6将弯折部分的冷弯薄壁C型钢梁4翼缘端部与相邻冷弯薄壁C型钢梁4进行连接,间隔一定距离采用螺栓9将墙体两侧角钢进行拉结,提高墙体整体性,在构件连接面上形成自攻螺钉孔10,可看到自攻螺钉6连接的位置;在矩形钢管柱2与将冷弯薄壁C型钢梁4和冷弯薄壁角钢5所形成的墙面网格内填入阻燃防霉蜂窝芯墙纸7,并采用无纺布将纸板与周边骨架构件密封;用自攻螺钉6将墙面面板8固定在矩形钢管柱2和冷弯薄壁C型钢梁4上面。

Claims (1)

1.一种多层房屋冷弯薄壁型钢梁柱结构体系,包括钢筋混凝土地梁(1),钢筋混凝土地梁(1)中相间预埋有金属预埋件,预埋件从钢筋混凝土地梁(1)上表面露头,每个露头上固定连接有向上直立的柱,每根柱上按设计高度处固定有与柱垂直的梁,每根梁相互平行,其特征在于: 柱采用的是矩形钢管柱(2); 梁采用的是折弯成“L”形的冷弯薄壁C型钢梁(4),并形成楼层梁部分、折弯部分、勾头部分; 冷弯薄壁C型钢梁(4)的直立部分为腹板、上下水平部分为翼缘; 且: 有一根冷弯薄壁角钢(5)通过自攻螺钉(6)固定在每根矩形钢管柱(2)按设计高度处的上方等高处,有另一根冷弯薄壁角钢(5)通过自攻螺钉¢)固定在每根矩形钢管柱(2)按设计高度处的下方等高处,上方的冷弯薄壁角钢(5)与下方的冷弯薄壁角钢(5)之间形成空腔; “L”形冷弯薄壁C型钢梁(4)的折弯部分嵌在空腔中,折弯部分的腹板通过自攻螺钉(6)固定在每根矩形钢管柱(2)上,折弯部分的翼缘通过自攻螺钉(6)固定在冷弯薄壁角钢(5)上; “L”形冷弯薄壁C型钢梁(4)的折弯部分的长度等于相邻两根矩形钢管柱(2)之间的间距; “L”形冷弯薄壁C型钢梁(4)的勾头部分通过自攻螺钉(6)固定在前一根冷弯薄壁C型钢梁(4)的梁腹板部分上; 部分或全部矩形钢管柱(2)的空腔中充填有砂卵石(3)。
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