CN106638957B - 冷弯薄壁型钢结构房屋外墙结构体系 - Google Patents

Abstract

一种冷弯薄壁型钢房屋外墙结构体系，包括相互配合的梁和墙架柱，其特征在于：墙架柱含下层柱（8）和上层柱（18）；梁包括楼层梁（9）、顶梁（11）、底梁（17）；相邻两个下层柱（8）的顶部镶嵌固定在顶梁（11）中；下层柱（8）内壁与顶梁（11）之间连接有抗拔件（13），顶梁（11）上面固定楼层梁（9），楼层梁（9）上面固定底梁（17）；相邻两个上层柱（18）的底部镶嵌固定在底梁（17）中；上层柱（18）内壁与底梁（17）之间连接有抗拔件（13）；设有桁架式加强部件安装在顶梁（11）与底梁（17）之间，并由抗拔锚栓（14）穿过螺栓孔（15）、顶梁（11）、钢套管（4）、底梁（17）后，通过垫片（16）和螺母（19）相互固定。

Description

冷弯薄壁型钢结构房屋外墙结构体系

一、技术领域

本发明涉及一种预制装配式多层房屋冷弯薄壁型钢外墙结构体系，尤其适用于跨度较大的低层及多层分层装配式冷弯薄壁型钢结构房屋，属于建筑工程技术领域。

二、背景技术

冷弯薄壁型钢房屋承重的组合墙体通常由冷弯薄壁型钢墙架柱、内填保温棉和外覆石膏板等构成，易于实现资源循环再利用；墙板具有良好的保温隔热性能，降低使用过程中的能量消耗，符合国家绿色环保要求；墙架柱主要部件在工厂加工好后运到现场进行装配。墙片自重轻，人工搬运，施工时不需要大型吊装设备，易于操作，抗震性能好。节能、节地、节材、环保，有利于房屋建筑工业化，并具有施工周期短、综合效益好等一系列优点，很适合资源紧张环境污染严重的当下在房屋建筑工程中采用。目前这种房屋体系已成为美国、日本、澳大利亚等发达国家低层及多层房屋住宅建筑的主要形式。

业内人士对组合墙体在单向及往复荷载作用下抗剪性能进行了大量的试验研究及有限元分析，得到了该墙体具有较好承载性能，破坏多以墙板及自攻螺钉失效为主，内部墙架柱无破坏；国内对2-3层的整体房屋进行了足尺模型的强震下振动台试验，表明该结构体系房屋具有优秀的抗震性能，结构多以墙体面板开裂及自攻螺钉脱落为主，不会发生连续性倒塌。综合考虑施工工艺、结构受力、部品间传力、体系多杆件等特点，目前装配方法是将各楼层墙架柱在工厂装成墙段后运到现场拼装，形成了《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规范》 (JGJ227-2011)推荐的楼层连接处做法，墙体所承受的水平地震作用简化在墙体顶端时，会使墙体发生转动和滑移，目前通过在每层墙段底部及墙底支座处设置抗拔锚栓方式来抵抗外加荷载作用，限于低层建筑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，急需将该类体系应用到多层房屋中。但将结构体系用于多层房屋时，随房屋层数增多，底下各层墙体承受压力将增大，各层由地震作用产生的剪力也将增大，因此形成的组合墙体在楼层连接处不连续做法始终是限制该体系向多高层发展的瓶颈因素，迫切需要采取加强措施，提高上下层墙段间协同工作能力。

中国专利ZL201210564012.8公开了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。该专利技术中，内墙架柱竖向连续，并采用双角钢进行楼层加强的做法，其传力路径直接可靠，能够提高房屋的抗侧能力，对于内墙此法使用。但是，当将其应用于外墙时，角钢的存在使得外墙墙面板难以安装，存在一定的技术缺陷，且存在大量需采用自攻螺钉连接楼层梁与墙体，墙架柱接口的拼接需现场处理，推广应用受限。

发明内容

本发明的目的是设计一种传力路径直接可靠，能明显提高结构整体抗侧能力和承受竖向荷载作用的能力的冷弯薄壁型钢结构房屋外墙结构体系。

本发明的具体技术方案是：

一种冷弯薄壁型钢结构房屋外墙结构体系，包括相互配合的梁和墙架柱，其特征在于：

墙架柱由背靠背紧贴并用自攻螺钉固定的两根C型钢构成，含下层柱和上层柱；

梁包括C型钢楼层梁，连接相邻两个柱的开口向下的下层房屋U 型钢顶梁和开口向上的上层房屋U型钢底梁；

且：

备有由底板、背板和侧板构成的抗拔件，底板上开有螺栓孔，背板上开有自攻螺钉孔；

备有C型钢加劲件；

备有由抗拔锚栓、垫片、螺母构成的连接件；

备有桁架式加强部件：包括投影为矩形布置的四根直立的钢套管，固定于钢套管两端并与钢套管同轴的空心支座，相邻空心支座之间焊接有水平横向钢筋或者水平纵向钢筋，在水平横向钢筋与钢套管构成的前后两侧壁的四个角的空心支座上，均沿对角线方向焊接有长度相等的斜向钢筋，每根斜向钢筋的远端焊接在一个开孔钢板上；

顶梁上开有与螺栓孔对应的孔，底梁上开有与螺栓孔对应的孔；

顶梁开口略大于下层柱宽度，相邻两个下层柱的顶部镶嵌在顶梁向下的开口中并通过自攻螺钉固定；

下层柱内壁与顶梁之间还连接有抗拔件，其中抗拔件的背板与下层柱之间用自攻螺钉固定，抗拔件的底板紧贴顶梁且顶梁上的孔与螺栓孔重叠；

顶梁上面通过自攻螺钉固定楼层梁，楼层梁上面通过自攻螺钉固定底梁；

底梁开口略大于上层柱宽度，相邻两个上层柱的底部镶嵌在底梁向上的开口中并通过自攻螺钉固定；

上层柱内壁与底梁之间还连接有抗拔件，其中抗拔件的背板与上层柱之间用自攻螺钉固定，抗拔件的底板紧贴底梁且底梁上的孔与螺栓孔重叠；

桁架式加强部件安装在顶梁与底梁之间，并由抗拔锚栓穿过螺栓孔、顶梁、钢套管、底梁后，通过垫片和螺母相互固定。

进一步的方案是：钢套管上相间焊接有加强箍。

更进一步的方案是：楼层梁内壁还背靠背紧贴有加劲件，并用自攻螺钉将加劲件固定在楼层梁上。

本发明中：

桁架为空间立体桁架，其水平横向钢筋直径可为20mm，水平纵向钢筋及斜向钢筋直径可为16mm，所有钢筋均通过焊接方式焊接在钢套管端部的空心支座上，水平横向钢筋选用较大直径，是为提高层间加强部件抗扭能力。

开孔钢板强度最好为Q235B型结构钢，壁厚10mm，钢板上开有竖向椭圆形孔，椭圆长轴长度40mm，短轴长度10mm，孔间净距离20mm, 钢筋与钢板采用角焊缝连接，此构造能明显提高楼层连接处耗能能力，且缩短钢筋计算长度，抑制钢筋发生面外失稳。

钢套管可采用壁厚3mm的无缝钢管制成，直径20mm，便于抗拔锚栓穿过；且在钢套管上间隔50mm外围焊接加强箍，加强箍高度 30mm,壁厚5mm,进行局部加强，避免钢套管发生局部失稳；钢套管端部焊接空心支座，避免受荷载作用时沿端部拉裂或局部发生挤压破坏；且钢套管对抗拔锚栓受压屈曲后具有约束变形的作用，形成约束屈曲支撑作用的效果，可抑制抗拔锚栓受压作用时屈曲失效。

为提高抗拔锚栓的传力能力，避免抗拔件上的自攻螺钉传递竖向荷载时被剪断，且提高抗平面外失稳的能力。抗拔锚栓数量由设计规范推荐的每个截面设置单根增加到每个截面设置两根，相应的抗拔键底板上配合开两个螺栓孔，且抗拔件采用三排自攻螺钉连接到墙架柱上。

层间桁架加强部件可隔跨布置。

本发明的优点是：

依托楼层连接处顶底梁间安放空间桁架加强部件，能够部分承担水平及竖向荷载作用，提高楼层连接处的薄弱部位的抗力能力；抗拔锚栓数量由设计规范《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规范》 (JGJ227-2011)推荐的每个截面设置单根增加到每个截面设置两根，提高抗拔锚栓的传力能力，避免抗拔件上自攻螺钉传递竖向荷载时被剪断，且提高抗平面外失稳的能力；层间加强部件采用工厂化生产，与楼层连接处的抗拔锚栓配合使用，现场安装速度快，可将该体系应用到冷弯薄壁型钢结构房屋中，形成分层装配的易于实施建筑工业化的多层结构体系；且不改变《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规范》推荐的楼层连接处做法，规范规定的相关设计方法依然具有一定适用性，适合建筑工业化，单层墙段墙架柱可在工厂加工好后运到现场进行组装，施工速度快；加强部件采用空间桁架形式，造价低、自重轻、易于安装，不会明显增加房屋综合造价和房屋重量，适用性强。

按照《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规范》推荐楼层连接处做法，其荷载传力模式为通过上层墙段底梁传给楼层梁及加劲件。采用在楼层连接处进行层间构造加强后，传力部件增为三部分，再传给下层墙体顶梁，能明显提高结构整体抗侧能力和承受竖向荷载作用的能力。

层间桁架加强部件采用工厂化生产，与楼层连接处的抗拔锚栓配合使用，不额外增加连接件，现场安装速度快，解决了该种结构体系应用到多层冷弯薄壁型钢房屋中的关键问题；不会明显增加房屋重量，也就不会增加地震作用，在静载作用下连接处于弹性状态，加强部件能提高结构的刚度，强震发生时加强部件进入弹塑性状态后，开孔钢板开始耗能，能够保护钢筋不发生过早的屈曲失效，因此抗震效果好；风载作用下，层间桁架加强部件可明显提高结构阻尼，减小结构产生的加速度；建筑物拆除后层间桁架加强部件易于拆除，其仍可继续使用，且安装在墙体平面内，不影响建筑美观。

附图说明

图1是层间桁架加强部件三维示意图。

图2是本发明中的冷弯薄壁型钢房屋墙体装配三维示意图。

图3是本发明中的钢套管及其组件三维示意图。

图4是本发明中的抗拔件三维示意图。

图5是本发明中的抗拔锚栓及其组件三维示意图。

图中：1-斜向钢筋，2-开孔钢板，3-加强箍，4-钢套管，5-空心支座，6-水平横向钢筋，7-水平纵向钢筋，8-下层柱，9-楼层梁，10-自攻螺钉，11-顶梁，12-加劲件，13-抗拔件，14-抗拔锚栓，15-螺栓孔， 16-垫片，17-底梁，18-上层柱，19-螺母。

五、具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1、图2、图3、图4和图5，一种冷弯薄壁型钢结构房屋外墙结构体系，包括相互配合的梁和柱，其特征在于：

柱由背靠背紧贴并用自攻螺钉10固定的两根C型钢构成，含下层柱8和上层柱18；

梁包括C型钢楼层梁9，连接相邻两个柱的开口向下的下层房屋U型钢顶梁11和开口向上的上层房屋U型钢底梁17；

且：

备有由底板、背板和侧板构成的抗拔件13，底板上开有螺栓孔 15，背板上开有自攻螺钉孔；

备有C型钢加劲件12；

备有由抗拔锚栓14、垫片16、螺母19构成的连接件；

备有桁架式加强部件：包括投影为矩形布置的四根直立的钢套管4，固定于钢套管4两端并与钢套管4同轴的空心支座5，相邻空心支座5之间焊接有水平横向钢筋6或者水平纵向钢筋7，在水平横向钢筋6与钢套管4构成的前后两侧壁的四个角的空心支座5上，均沿对角线方向焊接有长度相等的斜向钢筋1，每根斜向钢筋1的远端焊接在一个开孔钢板2上；

顶梁11上开有与螺栓孔15对应的孔，底梁17上开有与螺栓孔 15对应的孔；

顶梁11开口略大于下层柱8宽度，相邻两个下层柱8的顶部镶嵌在顶梁11向下的开口中并通过自攻螺钉10固定；

下层柱8内壁与顶梁11之间还连接有抗拔件13，其中抗拔件 13的背板与下层柱8之间用自攻螺钉10固定，抗拔件13的底板紧贴顶梁11且顶梁11上的孔与螺栓孔15重叠；

顶梁11上面通过自攻螺钉10固定楼层梁9，楼层梁9上面通过自攻螺钉10固定底梁17；

底梁17开口略大于上层柱18宽度，相邻两个上层柱18的底部镶嵌在底梁17向上的开口中并通过自攻螺钉10固定；

上层柱18内壁与底梁17之间还连接有抗拔件13，其中抗拔件 13的背板与上层柱18之间用自攻螺钉10固定，抗拔件13的底板紧贴底梁17且底梁17上的孔与螺栓孔15重叠；

桁架式加强部件安装在顶梁11与底梁17之间，并由抗拔锚栓14穿过螺栓孔15、顶梁11、钢套管4、底梁17后，通过垫片16和螺母19相互固定。

其中：钢套管4上相间焊接有加强箍3。楼层梁9内壁还背靠背紧贴有加劲件12，并用自攻螺钉10将加劲件12固定在楼层梁9上。

斜向钢筋1与开孔钢板2最好通过角焊缝焊接。

将层间桁架加强部件安装到墙体端部的首跨，之后隔跨布置；安装顺序为：底层墙段龙骨与基础固定好后，将楼层梁9通过自攻螺钉10固定到底层U型顶梁11上，再将楼层加劲件12用自攻螺钉 10连接到楼层梁9上，将抗拔锚栓14穿过底层抗拔件13的螺栓孔 15后，再穿过放置在底层U型顶梁11上表面的垫片16，抗拔锚栓 14穿过钢套管4后，穿过顶层U型底梁17后再放置垫片16，拧紧上下螺母19，完成层间加强部件的安装。

最后，采用自攻螺钉10将墙面板安装在墙架上，也就完成了外墙楼层墙段的安装。

Claims (3)

1.一种冷弯薄壁型钢结构房屋外墙结构体系，包括相互配合的梁和墙架柱，其特征在于：

墙架柱由背靠背紧贴并用自攻螺钉（10）固定的两根C型钢构成，含下层柱（8）和上层柱（18）；

梁包括C型钢楼层梁（9），连接相邻两个柱的开口向下的下层房屋U型钢顶梁（11）和开口向上的上层房屋U型钢底梁（17）；

且：

备有由底板、背板和侧板构成的抗拔件（13），底板上开有螺栓孔（15），背板上开有自攻螺钉孔；

备有C型钢加劲件（12）；

备有由抗拔锚栓（14）、垫片（16）、螺母（19）构成的连接件；

备有桁架式加强部件：包括投影为矩形布置的四根直立的钢套管（4），固定于钢套管（4）两端并与钢套管（4）同轴的空心支座（5），相邻空心支座（5）之间焊接有水平横向钢筋（6）或者水平纵向钢筋（7），在水平横向钢筋（6）与钢套管（4）构成的前后两侧壁的四个角的空心支座（5）上，均沿对角线方向焊接有长度相等的斜向钢筋（1），每根斜向钢筋（1）的远端焊接在一个开孔钢板（2）上；

顶梁（11）上开有与螺栓孔（15）对应的孔，底梁（17）上开有与螺栓孔（15）对应的孔；

顶梁（11）开口略大于下层柱（8）宽度，相邻两个下层柱（8）的顶部镶嵌在顶梁（11）向下的开口中并通过自攻螺钉（10）固定；

下层柱（8）内壁与顶梁（11）之间还连接有抗拔件（13），其中抗拔件（13）的背板与下层柱（8）之间用自攻螺钉（10）固定，抗拔件（13）的底板紧贴顶梁（11）且顶梁（11）上的孔与螺栓孔（15）重叠；

顶梁（11）上面通过自攻螺钉（10）固定楼层梁（9），楼层梁（9）上面通过自攻螺钉（10）固定底梁（17）；

底梁（17）开口略大于上层柱（18）宽度，相邻两个上层柱（18）的底部镶嵌在底梁（17）向上的开口中并通过自攻螺钉（10）固定；

上层柱（18）内壁与底梁（17）之间还连接有抗拔件（13），其中抗拔件（13）的背板与上层柱（18）之间用自攻螺钉（10）固定，抗拔件（13）的底板紧贴底梁（17）且底梁（17）上的孔与螺栓孔（15）重叠；

桁架式加强部件安装在顶梁（11）与底梁（17）之间，并由抗拔锚栓（14）穿过螺栓孔（15）、顶梁（11）、钢套管（4）、底梁（17）后，通过垫片（16）和螺母（19）相互固定。

2.根据权利要求1所述的冷弯薄壁型钢结构房屋外墙结构体系，其特征在于：钢套管（4）上相间焊接有加强箍（3）。

3.根据权利要求1所述的冷弯薄壁型钢结构房屋外墙结构体系，其特征在于：楼层梁（9）内壁还背靠背紧贴有加劲件（12），并用自攻螺钉（10）将加劲件（12）固定在楼层梁（9）上。