CN106759866A - 一种轻型钢框架‑冷弯薄壁型钢墙组合结构房屋建筑体系 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑工程技术领域，具体公开了一种轻型钢框架‑冷弯薄壁型钢墙组合结构房屋建筑体系，由轻型钢框架体系、冷弯薄壁型钢墙体系和楼（屋）盖体系组成。所述钢框架结构体系由钢柱和钢梁组成；所述内外墙体系是由冷弯薄壁型钢立柱、顶导梁、底导梁、面板和保温填充材料组成；所述的楼盖体系为钢与混凝土组合楼盖；所述屋盖体系为钢与混凝土组合屋盖或冷弯薄壁型钢桁架屋盖。本发明的轻型钢框架‑冷弯薄壁型钢墙组合结构房屋建筑体系可实现工业化生产，与商品混凝土通过现场浇筑形成整体。该发明将轻型钢框架和冷弯薄壁型钢墙有机地结合，共同参与结构的抗侧力，不仅可降低钢框架的用钢量，且更好的解决了轻型钢结构建筑的抗震和抗火问题。
Description
技术领域
本发明属于建筑工程技术领域，具体涉一种可进行工业化生产的轻型钢框架-冷弯薄壁型钢墙组合结构房屋建筑体系。
背景技术
冷弯薄壁型钢结构建筑具有重量轻，材料省，节能，抗震性能好，便于工厂化制作，施工速度快，基础造价低等众多优点，在北美、澳洲和日本等国家和地区已经广泛用于低层及多层的民用建筑。近几年，由于实际工程的需求和国家住宅产业化政策的推进，冷弯薄壁型钢结构建筑越来越深入地进入人们的视野。
现行行业标准《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》JGJ-227其适用范围为以冷弯薄壁型钢为主要承重构件的房屋建筑，层数不大于3层，檐口高度不大于12m。但社会上有很多大于3层，甚至达6层的钢结构建筑的需求，迫切需要相应的标准，配合指导设计、制作、安装和验收。尽管行业标准《轻型钢结构住宅技术规程》JGT 209-2010可用于6层及6层以下的多层住宅，但仅把冷弯薄壁型钢轻钢龙骨墙作为围护墙考虑，影响了技术经济指标及冷弯薄壁型钢房屋建筑技术的推广。
在以上述技术背景下，本申请人提供一种轻型钢框架-冷弯薄壁型钢墙组合结构房屋建筑体系，可适用于6层及6层以下的非抗震设防以及抗震设防烈度在8度及8度以下的民用建筑，包括住宅、房屋、医院和办公建筑等，为该类产品提供设计、施工及验收的依据，本案由此产生。
发明内容
本发明提供一种可进行工业化生产的轻型钢框架-冷弯薄壁型钢墙组合结构房屋建筑体系，具有标准化设计、工厂化制造、集成化生产及装配化施工等特点，把轻型钢框架和冷弯薄壁型钢墙二种结构有机地结合起来，充分发挥各自的优点，更好的解决了建造多层轻型钢结构建筑的抗震和防火问题，与传统钢结构体系相比，降低了主体结构用钢量，提高了建筑空间使用率，高装配率降低了施工成本。
本发明采取的技术方案为：
一种轻型钢框架-冷弯薄壁型钢墙组合结构房屋建筑体系，其特征在于：主要由钢框架结构、内外墙结构和楼屋盖体系组合而成，所述钢框架结构包括钢柱和钢梁；钢梁和钢柱通过刚性连接组成，所述内外墙结构采用冷弯薄壁型钢墙墙体，冷弯薄壁型钢墙墙体填充于钢框架结构的上下层钢梁之间。
进一步的设置在于：
所述的建筑体系，在进行结构设计时，轻型钢框架独立承担竖向荷载，不考虑冷弯薄壁型钢墙承受竖向荷载，水平风荷载或水平地震作用由轻型钢框架和冷弯薄壁型钢墙共同承担。
钢柱可采用小截面矩形、热轧H型钢、高频焊接或普通焊接H型钢、异型截面，钢梁可采用小截面热轧H型钢、高频焊接、普通焊接H型钢、蜂窝H型钢或桁架式钢梁。
钢柱采用矩形截面，钢柱采用的截面规格其长方向c根据承担的竖向和侧向承载力确定，其宽度方向d与冷弯薄壁型钢墙墙体的冷弯型钢立柱同宽度，钢柱上设置有牛腿，带牛腿的钢柱和钢梁通过腹板高强螺栓和翼缘焊接的刚性连接方式连接。
钢梁采用H型钢异形截面，其下翼缘与墙体的冷弯型钢立柱同宽度，钢梁的上翼缘宽度b根据承担上部混凝土板传递的荷载和组合楼板压型钢板的最小搭接长度e确定。
钢柱和钢梁通过腹板高强螺栓和翼缘焊接的刚性连接方式连接，钢柱牛腿的上下翼缘设置数道竖向加劲板，其中两道加劲板对齐钢柱的侧壁板，加劲板的厚度同牛腿的上下翼缘厚度。
内外墙结构采用冷弯薄壁型钢墙墙体，所述冷弯薄壁型钢墙墙体包括冷弯薄壁型钢立柱、顶导梁、底导梁、面板和保温填充材料。
冷弯薄壁型钢墙墙体主要由冷弯型钢立柱、顶导梁、底导梁、面板和保温填充材料组成，其中：钢立柱、顶导梁、底导梁通过自攻螺钉连接成墙体骨架，面板通过自攻螺钉覆盖在骨架的两侧表面，保温填充材料填充于墙体骨架和面板之间，与墙体骨架、面板组成保温复合一体板墙。
所述冷弯薄壁型钢墙墙体的墙体骨架由单元式格构柱、顶导梁和底导梁组成，或者所述冷弯薄壁型钢墙墙体的墙体骨架由单立柱、顶导梁、底导梁、横梁和斜撑组成。
采用单元式格构柱的冷弯薄壁型钢墙墙体，所述冷弯型钢立柱、顶导梁、底导梁均采用冷弯薄壁型钢，单元式格构柱主要由弦杆、腹杆和斜撑通过自钻自攻螺钉连接而成。
所述冷弯薄壁型钢墙墙体填充在钢框架结构的上下层钢梁之间，冷弯薄壁型钢墙墙体的顶导梁和底导梁分别与轻型钢框架的上下钢梁的上下翼缘连接。
所述冷弯薄壁型钢墙墙体的面板采用水泥纤维板、定向刨花板或纸面石膏板，所述保温填充材料采用石膏基的复合型多功能轻质材料。
所述的楼屋盖体系，楼盖体系为钢与混凝土组合楼盖；屋盖体系为钢与混凝土组合屋盖或冷弯薄壁型钢桁架屋盖。
所述钢与混凝土组合楼盖采用压型钢板混凝土组合楼板或自承式钢筋桁架混凝土组合楼板。
所述的压型钢板混凝土组合楼板，压型钢板的板肋方向垂直于钢框架梁长跨方向布置，压型钢板支承在钢梁的上翼缘，并采用栓钉锚固在钢梁的上翼缘上，在钢梁的腹板侧面连接角钢，压型钢板通过栓钉锚固在角钢上，组合楼板的上部钢筋在边跨时需锚入冷弯薄壁型钢墙体，在跨中时需要在冷弯薄壁型钢墙体穿过拉通。
本发明的轻型钢框架-冷弯薄壁型钢墙组合结构房屋，将冷弯薄壁型钢墙填充在钢框架上下层钢梁之间，冷弯薄壁型钢墙的顶导梁和底导梁直接与轻型钢框架的上下层钢梁翼缘连接，连接采用六角带法兰盘的自钻自攻螺钉或高强螺栓。由于采用轻型钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙体系，由轻型钢框架独立承担竖向荷载，不考虑冷弯薄壁型钢墙中立柱承受竖向荷载，水平风荷载或水平地震作用由轻型钢框架和冷弯薄壁型钢墙共同承担。
本发明的有益效果如下：
1、轻型钢框架和冷弯薄壁型钢墙的有机结合，薄壁型钢墙只考虑侧向抗力，不承担竖向荷载，充分发挥各自的优点，更好的解决了建造多层轻型钢结构建筑的防火问题；
2、冷弯薄壁型钢墙参与结构抗侧力，提高了整个结构的抗侧刚度，降低了钢柱钢梁截面尺寸，降低了钢框架的用钢量；
3、钢梁下翼缘宽度同冷弯薄壁型钢墙体，上翼缘宽度根据上部荷载和楼盖与上翼缘搭接长度确定，不仅可保证了结构的受力安全，还有效提高了建筑空间使用率。
4、钢柱截面采用矩形，且在墙体方向的钢柱宽度与墙体同宽，避免传统建筑柱子露角的问题，提高了建筑效果和空间使用率。
5、本发明的突破了冷弯薄壁型钢结构3层以下应用的限制，灵活的将轻型钢框架和冷弯薄壁型钢墙有机的结合起来，有利于推动我国冷弯薄壁型钢结构在多层钢结构建筑中的应用，有利于助推建筑工业化的发展。
附图说明
图1为本发明的轻型钢框架-冷弯薄壁型钢墙组合结构房屋建筑较佳实例的平面布置图；
图2为本发明轻型钢框架-冷弯薄壁型钢墙组合结构房屋建筑体系的结构示意图；
图3为本发明实施例的钢框架结构示意图；
图4为本发明冷弯薄壁型钢墙墙体的一种实施例结构示意图；
图4-1为本发明冷弯薄壁型钢墙墙体的单元格构柱一实施例结构示意图；
图5为本发明冷弯薄壁型钢墙另一实施例的结构示意图；
图6为轻型钢框架钢梁的结构示意图；
图7-1为轻型钢框架钢柱一实施例的结构示意图；
图7-2为轻型钢框架钢柱另一实施例的结构示意图；
图8-1为轻型钢框架的一种钢梁与钢柱刚性连接节点做法；
图8-2为图8-1的A-A剖视图；
图9-1为一种轻型钢框架梁与混凝土组合楼盖边跨节点做法；
图9-2为图9-1所指组合楼盖节点的跨中节点做法；
图10-1为另一种轻型钢框架梁与混凝土组合楼盖边跨节点做法；
图10-2为图10-1所指组合楼盖节点的跨中节点做法；
图11-1为冷弯薄壁型钢墙外墙结构的一种实施例剖面图；
图11-2为冷弯薄壁型钢墙内墙结构的一种实施例剖面图；
图12-1为轻型钢框架梁和冷弯薄壁型钢墙墙体的一种连接方法；
图12-2为轻型钢框架梁和冷弯薄壁型钢墙墙体的另一种连接方法。
具体实施方式
结合附图1～12-2，对本发明较佳实例做进一步详细说明。
本发明较佳实例为某5层住宅建筑，平面尺寸约23.4m×9.0m（如图1），共5层，层高2.95m，每层建筑面积178.76m2。图2为该组成该建筑的典型单元，主要由基础1、钢框架结构、内外墙结构（33、34）、楼屋盖体系8和组成。内外墙（33、34）结构采用冷弯薄壁型钢墙体。
该建筑在进行结构设计时，竖向荷载由钢框架独立承担（如图1），不考虑冷弯薄壁型钢墙体（33、34）承担竖向荷载，水平风荷载或水平地震作用由钢框架和冷弯薄壁型钢墙体（33、34）共同承担。
如图3、图6所示，钢框架结构主要由钢梁3和钢柱2组成，钢梁3采用H型钢异形截面，其下翼缘28与墙体的冷弯型钢立柱4同宽度，钢梁3的上翼缘29宽度b根据承担上部混凝土板传递的荷载和组合楼板8压型钢板30的最小搭接长度e确定（如图9所示），在钢梁3加工制作时，需根据钢梁3使用阶段计算变形进行跨中起拱，保证上下层钢梁3之间墙体安装空间的准确度。
结合图7-1、图7-2所示，钢柱2采用矩形截面，钢柱2采用的截面规格其长方向c根据承担的竖向和侧向承载力确定，其宽度方向d与墙体的冷弯型钢立柱4同宽度，钢柱2上设置有牛腿23，带牛腿23的钢柱2和钢梁3通过腹板高强螺栓和翼缘焊接的刚性连接方式连接，
如图8-1、8-2所示，钢柱2和钢梁3通过腹板高强螺栓和翼缘焊接的刚性连接方式连接，钢柱2内不设置加劲板，钢柱牛腿23的上下翼缘（35、36）设置数道竖向加劲板27，其中两道加劲板27对齐钢柱2的侧壁板，加劲板27的厚度同牛腿23的上下翼缘（35、36）厚度，钢柱2和钢梁3刚性连接的方式可以采用满足国家规范要求的隔板贯通式、套筒加强式节点。
如图4或5所示，内外墙（33、34）结构采用冷弯薄壁型钢墙墙体，墙体主要由冷弯型薄壁型钢立柱15、顶导梁6、底导梁7、面板9和保温填充材料13组成，其中：钢立柱15、顶导梁6、底导梁7通过自攻螺钉连接成墙体骨架，面板9通过自攻螺钉覆盖在骨架的两侧表面，保温填充材料13填充于墙体骨架和面板9之间，与墙体骨架、面板9组成保温复合一体板墙。
图4和图5示给出了采用不同立柱结构的冷弯薄壁型钢墙墙体，在图4中，冷弯薄壁型钢墙墙体的墙体骨架由单元式格构柱14、顶导梁6和底导梁7组成，图5中，墙体骨架由单立柱18、顶导梁6、底导梁7、横梁20和斜撑19组成。
结合图4-1所示，采用单元式格构柱14的冷弯薄壁型钢墙墙体，所述冷弯型钢立柱15、顶导梁6、底导梁7均采用冷弯薄壁型钢，单元式格构柱14主要由弦杆17、腹杆16和斜撑19通过自钻自攻螺钉21连接而成。
结合图12-1、12-2所示，所述冷弯薄壁型钢墙墙体填充在钢框架结构的上下层钢梁3之间，冷弯薄壁型钢墙墙体的顶导梁6和底导梁7分别与轻型钢框架的上下钢梁3的上下翼缘（28、29）连接，连接采用六角带法兰盘的自钻自攻螺钉21或高强螺栓22，六角带法兰盘的自钻自攻螺钉21或高强螺栓22配置数量经计算确定，并满足国家规范。
如图11-1、图11-2所示，组合墙体的面板9采用水泥纤维板25、定向刨花板24或纸面石膏板26等材料。
进一步，所述内外墙的面板，在满足结构抗侧刚度的条件下，内外墙的面板9可采用单侧单层、双侧单层、单层双层或双侧双层结构，当为双侧双层时可采用如下设置：
如图11-1所示，外墙：外侧面板9内层为定向刨花板24、外层为用水泥纤维板25，内侧面板9内层为定向刨花板24、外层为纸面石膏板26。
如图11-2所示，内墙：两侧面板均选用内层为定向刨花板24、外层为纸面石膏板26，满足经济性、适用性等要求。
所述保温填充材料13可采用石膏基的复合型多功能轻质材料等，与冷弯薄壁型钢墙体骨架和面板9组成保温复合一体板墙体。
如图9-1、9-2所示，楼屋盖体系8采用压型钢板混凝土组合楼板，每个建筑开间内的组合楼板下不设置钢梁3，压型钢板30的板肋方向垂直于钢框架梁长跨方向布置，压型钢板30支承在钢梁3的上翼缘29，并采用栓钉31锚固在上翼缘29上，组合楼板也可通过相对钢梁标高降板的方式设置（如图10-1、如图10-2），在钢梁3的腹板侧面连接角钢10，压型钢板30通过栓钉31锚固在角钢10上。组合楼板的上部钢筋32在边跨时需锚入冷弯薄壁型钢墙体，在跨中时需要在冷弯薄壁型钢墙体穿过拉通。
本说明书实施例的内容仅仅是针对本发明的某一具体实施方式，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也可及于领域技术人员根据本发明的构思所能想到的等同技术手段。
Claims (10)
1.一种轻型钢框架-冷弯薄壁型钢墙组合结构房屋建筑体系，其特征在于：主要由钢框架结构、内外墙结构和楼屋盖体系组合而成，所述钢框架结构包括钢柱和钢梁；钢梁和钢柱通过刚性连接组成，所述内外墙结构采用冷弯薄壁型钢墙墙体，冷弯薄壁型钢墙墙体填充于钢框架结构的上下层钢梁之间。
2.如权利要求1所述的钢框架-冷弯薄壁型钢墙组合结构房屋建筑体系，其特征在于：轻型钢框架独立承担竖向荷载，冷弯薄壁型钢墙中立柱不承受竖向荷载，水平风荷载或水平地震作用由轻型钢框架和冷弯薄壁型钢墙共同承担。
3.如权利要求1所述的钢框架-冷弯薄壁型钢墙组合结构房屋建筑体系，其特征在于：所述钢框架结构；钢柱可采用小截面矩形、热轧H型钢、高频焊接或普通焊接H型钢、异型截面，钢梁可采用小截面热轧H型钢、高频焊接、普通焊接H型钢、蜂窝H型钢或桁架式钢梁。
4.如权利要求3所述的钢框架-冷弯薄壁型钢墙组合结构房屋建筑体系，其特征在于：钢柱采用矩形截面，钢柱采用的截面规格其长方向c根据承担的竖向和侧向承载力确定，其宽度方向d与冷弯薄壁型钢墙墙体的冷弯型钢立柱同宽度，钢柱上设置有牛腿，带牛腿的钢柱和钢梁通过腹板高强螺栓和翼缘焊接的刚性连接方式连接；
钢梁采用H型钢异形截面，其下翼缘与墙体的冷弯型钢立柱同宽度，钢梁的上翼缘宽度b根据承担上部混凝土板传递的荷载和组合楼板压型钢板的最小搭接长度e确定。
5.如权利要求1所述的钢框架-冷弯薄壁型钢墙组合结构房屋建筑体系，其特征在于：钢柱和钢梁通过腹板高强螺栓和翼缘焊接的刚性连接方式连接，钢柱牛腿的上下翼缘设置数道竖向加劲板，其中两道加劲板对齐钢柱的侧壁板，加劲板的厚度同牛腿的上下翼缘厚度。
6.如权利要求1所述的钢框架-冷弯薄壁型钢墙组合结构房屋建筑体系，其特征在于：冷弯薄壁型钢墙墙体主要由冷弯型钢立柱、顶导梁、底导梁、面板和保温填充材料组成，其中：钢立柱、顶导梁、底导梁通过自攻螺钉连接成墙体骨架，面板通过自攻螺钉覆盖在骨架的两侧表面，保温填充材料填充于墙体骨架和面板之间，与墙体骨架、面板组成保温复合一体板墙。
7.如权利要求6所述的钢框架-冷弯薄壁型钢墙组合结构房屋建筑体系，其特征在于：所述冷弯薄壁型钢墙墙体的墙体骨架由单元式格构柱、顶导梁和底导梁组成，或者所述冷弯薄壁型钢墙墙体的墙体骨架由单立柱、顶导梁、底导梁、横梁和斜撑组成；
采用单元式格构柱的冷弯薄壁型钢墙墙体，所述冷弯型钢立柱、顶导梁、底导梁均采用冷弯薄壁型钢，单元式格构柱主要由弦杆、腹杆和斜撑通过自钻自攻螺钉连接而成。
8.如权利要求6所述的钢框架-冷弯薄壁型钢墙组合结构房屋建筑体系，其特征在于：所述冷弯薄壁型钢墙墙体填充在钢框架结构的上下层钢梁之间，冷弯薄壁型钢墙墙体的顶导梁和底导梁分别与轻型钢框架的上下钢梁的上下翼缘连接；
所述冷弯薄壁型钢墙墙体的面板采用水泥纤维板、定向刨花板或纸面石膏板，所述保温填充材料采用石膏基的复合型多功能轻质材料。
9.如权利要求1所述的钢框架-冷弯薄壁型钢墙组合结构房屋建筑体系，其特征在于：所述的楼屋盖体系，楼盖体系为钢与混凝土组合楼盖；所述钢与混凝土组合楼盖采用压型钢板混凝土组合楼板或自承式钢筋桁架混凝土组合楼板；屋盖体系为钢与混凝土组合屋盖或冷弯薄壁型钢桁架屋盖。
10.如权利要求9所述的钢框架-冷弯薄壁型钢墙组合结构房屋建筑体系，其特征在于：所述的压型钢板混凝土组合楼板，压型钢板的板肋方向垂直于钢框架梁长跨方向布置，压型钢板支承在钢梁的上翼缘，并采用栓钉锚固在钢梁的上翼缘上，在钢梁的腹板侧面连接角钢，压型钢板通过栓钉锚固在角钢上，组合楼板的上部钢筋在边跨时需锚入冷弯薄壁型钢墙体，在跨中时需要在冷弯薄壁型钢墙体穿过拉通。
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