CN106759885B - 冷弯薄壁型钢结构房屋内墙结构体系 - Google Patents

Abstract

一种冷弯薄壁型钢结构房屋内墙结构体系，包括相互配合的梁和墙架柱，其特征在于：墙架柱含下层柱（10）和上层柱（11），梁包括C型钢楼层梁（12），连接相邻两个墙架柱的U型钢顶梁（13）和U型钢底梁（14）；备有抗拔件（16），楼面结构板（15）,连接件，H型钢叠层焊接组合加强部件；U型钢顶梁（13）与相邻两个下层柱（10）固定；U型钢底梁（14）与相邻两个上层柱（11）固定；H型钢叠层焊接组合加强部件安装在U型钢顶梁（13）与楼面结构板（15）之间，并由抗拔锚栓（18）穿过抗拔件（16）、U型钢顶梁（13）、H型钢叠层焊接组合加强部件、楼面结构板（15）、U型钢底梁（14）后，通过垫片（19）和螺母（20）相互固定。

Description

冷弯薄壁型钢结构房屋内墙结构体系

技术领域

本发明涉及一种预制装配式多层冷弯薄壁型钢房屋内墙结构体系，尤其适用于安装在低层及多层分层装配式冷弯薄壁型钢结构房屋中，属于建筑工程技术领域。

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、楼层梁、墙面板等主要部品在工厂加工好后运到现场进行装配。部品自重轻，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，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。

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到每层墙体顶端时，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；由于其应用对象很多为别墅等房屋，基于对建筑的外观追求，刚心与质心多不重合，使得结构受扭转作用明显。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装配式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的能力，使之符合强连接弱墙体的结构概念设计要求。

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，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，能提高房屋的抗侧能力。但将其应用于内墙时，角钢的存在使得墙面板难以安装，存在一定的技术缺陷，且有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能广泛推广应用，传力路径直接可靠，能明显提高结构整体抗侧、抗扭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内墙结构体系。

本发明的具体技术方案是：

一种冷弯薄壁型钢结构房屋内墙结构体系，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，连接相邻两个墙架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；

备有带螺栓孔的楼面结构板；

备有由抗拔锚栓、垫片、螺母构成的连接件；

备有H型钢叠层焊接组合加强部件，包括：

含上部型钢上翼缘、上部型钢下翼缘、腹板的上部H型钢；

含下部型钢上翼缘、下部型钢下翼缘、腹板的下部H型钢；

上部H型钢沿周边按等比例切掉部分上部型钢下翼缘和腹板，下部H型钢沿周边按等比例切掉部分下部型钢上翼缘和腹板，且上部H型钢和下部H型钢切掉的部分相等；

切掉部分后，上部型钢下翼缘和下部型钢上翼缘焊接在一起构成H型钢叠层组合加强部件，且在H型钢叠层组合加强部件两端开有贯穿上部型钢上翼缘和下部型钢下翼缘的螺栓孔；

U型钢顶梁上开有与螺栓孔对应的孔，U型钢底梁上开有与螺栓孔对应的孔；

U型钢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U型钢顶梁向下的开口中并通过自攻螺钉固定；

下层柱内壁与U型钢顶梁之间连接有抗拔件，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U型钢顶梁且U型钢顶梁上的孔与螺栓孔重叠；

U型钢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楼面结构板和位于楼面结构板上面的U型钢底梁；

U型钢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U型钢底梁向上的开口中并通过自攻螺钉固定；

上层柱内壁与U型钢底梁之间连接有抗拔件，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U型钢底梁且U型钢底梁上的孔与螺栓孔重叠；

H型钢叠层焊接组合加强部件安装在U型钢顶梁与楼面结构板之间，并由抗拔锚栓穿过抗拔件螺栓孔、U型钢顶梁上的孔、H型钢叠层焊接组合加强部件两端的螺栓孔、楼面结构板的螺栓孔、U型钢底梁的孔后，通过垫片和螺母相互固定。

进一步的方案是：H型钢叠层焊接组合加强部件中部与两侧的C型钢楼层梁之间连接有角钢，两侧的C型钢楼层梁之间也连接有角钢，角钢之间形成三角形结构，起到横向进一步支撑作用。

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

进一步的方案是：H型钢叠层焊接组合加强部件的腹板上开有椭圆形孔,这样可实现不影响承重的情况下，减轻自重。

进一步的方案是：沿U型钢底梁长度方向的开口中，还开有贯穿U型钢底梁、楼面结构板、上部型钢上翼缘的螺孔，螺孔中穿有连接螺栓；沿U型钢顶梁长度方向的开口中，还开有贯穿U型钢顶梁、下部型钢下翼缘的螺孔，螺孔中穿有连接螺栓。

楼层梁的角钢端部连接件可以与抗拔件构造相似。

本发明在具体实施时可以是的：

上、下部H型钢强度一般为Q235B型结构钢，上部H型钢沿长度方向对称切掉的下翼缘宽度为20mm左右，上翼缘关于纵向中轴线对称开有12mm螺孔，下部H型钢下翼缘关于纵向中轴线对称开有12mm螺孔，螺孔纵向中心间距为150mm左右。将上、下部H型钢重叠钢焊接在一起构成H型钢叠层焊接组合加强部件的目的是为满足楼层梁高及内墙宽度的尺寸要求，叠合后净截面高度200mm左右，宽度100mm左右，且可明显提高H型钢叠层焊接组合加强部件腹板抗剪及截面抗弯能力，又可提高腹板抗屈曲的能力。

H型钢腹板开椭圆形孔，椭圆长轴长度20-40mm，短轴长度10mm，孔间净距离20mm为宜，此构造能明显提高楼层连接处耗能能力，且不显著降低截面抗剪能力，又可降低部件自重，便于人工搬运及安装部件。

角钢宜采用等边L60角钢。角钢支撑能明显提高楼层处在水平方向协调墙体左右两侧楼板共同工作的能力，也避免墙体发生平面外扭转，明显提高房屋结构整体性。

本发明的优点是：

依托楼层连接处内墙顶底梁间安放的H型钢叠层焊接组合加强部件，能够部分承担水平及竖向荷载，能明显提高楼层连接处在水平向协同墙体左右两侧楼板工作的能力，增强楼层连接处薄弱部位的抗侧抗扭能力；增设的斜向及水平向角钢支撑构成稳定的三角形结构，能明显提高楼层处在水平向协调墙体左右两侧楼板共同工作的能力，避免墙体发生平面外扭转，又可提高房屋结构整体性。上下部分H型钢焊接在一起构成组合截面，抗剪能力明显提高；且叠合后截面高度变大，抗弯能力得到极大加强，焊接在一起的翼缘相当于腹板增加了纵向加劲肋，抗屈曲能力明显得到提高。H型钢叠层焊接组合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，适合建筑工业化装配使用；H型钢叠层焊接组合加强部件采用市面常见的H型钢，加工工艺简单，造价低、自重轻、体量小，易于运输和放置。

H型钢组合加强部件不会明显增加房屋综合造价和房屋重量，适用性强，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工作状态，H型钢叠层焊接组合加强部件能提连接处的刚度，强震发生时H型钢叠层焊接组合加强部件进入弹塑性状态后，H型钢腹板开始耗能，因此抗震效果好；建筑物拆除后层间H型钢组合加强部件易于拆除，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H型钢叠层焊接组合加强部件三维示意图。

图2是本发明的冷弯薄壁型钢结构房屋内墙结构体系三维示意图。

图3是本发明中的上部H型钢三维示意图。

图4是本发明中的下部H型钢三维示意图。

图中：1-上部H型钢，2-下部H型钢，3-上部型钢上翼缘，4-上部型钢下翼缘，5-下部型钢上翼缘，6-下部型钢下翼缘，7-腹板，8-角焊缝，9-自攻螺钉，10-下层柱，11-上层柱，12-C型钢楼层梁，13-U型钢顶梁，14-U型钢底梁，15-楼面结构板，16-抗拔件，17-C型钢加劲件，18-抗拔锚栓，19-垫片，20-螺母，21-角钢，22-角钢端部连接件。

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和图4，一种冷弯薄壁型钢结构房屋内墙结构体系，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9固定的两根C型钢构成，含下层柱10和上层柱11；

梁包括C型钢楼层梁12，连接相邻两个墙架柱的开口向下的下层房屋U型钢顶梁13和开口向上的上层房屋U型钢底梁14；

且：

备有由底板、背板和侧板构成的抗拔件16，底板上开有螺栓孔，背板上开有自攻螺钉孔；

备有带螺栓孔的楼面结构板15；

备有由抗拔锚栓18、垫片19、螺母20构成的连接件；

备有H型钢叠层焊接组合加强部件，包括：

含上部型钢上翼缘3、上部型钢下翼缘4、腹板7的上部H型钢1；

含下部型钢上翼缘5、下部型钢下翼缘6、腹板7的下部H型钢2；

上部H型钢1沿周边按等比例切掉部分上部型钢下翼缘4和腹板7，下部H型钢2沿周边按等比例切掉部分下部型钢上翼缘5和腹板7，且上部H型钢1和下部H型钢2切掉的部分相等；

切掉部分后，上部型钢下翼缘4和下部型钢上翼缘5焊接在一起构成H型钢叠层组合加强部件，且在H型钢叠层组合加强部件两端开有贯穿上部型钢上翼缘3和下部型钢下翼缘6的螺栓孔；

U型钢顶梁13上开有与螺栓孔对应的孔，U型钢底梁14上开有与螺栓孔对应的孔；

U型钢顶梁13开口略大于下层柱10宽度，相邻两个下层柱10的顶部镶嵌在U型钢顶梁13向下的开口中并通过自攻螺钉9固定；

下层柱10内壁与U型钢顶梁13之间连接有抗拔件16，其中抗拔件16的背板与下层柱10之间用自攻螺钉9固定，抗拔件16的底板紧贴U型钢顶梁13且U型钢顶梁13上的孔与螺栓孔重叠；

U型钢顶梁13上面通过自攻螺钉9固定楼层梁12，楼层梁12上面通过自攻螺钉9固定楼面结构板15和位于楼面结构板15上面的U型钢底梁14；

U型钢底梁14开口略大于上层柱11宽度，相邻两个上层柱11的底部镶嵌在U型钢底梁14向上的开口中并通过自攻螺钉9固定；

上层柱11内壁与U型钢底梁14之间连接有抗拔件16，其中抗拔件16的背板与上层柱11之间用自攻螺钉9固定，抗拔件16的底板紧贴U型钢底梁14且U型钢底梁14上的孔与螺栓孔重叠；

H型钢叠层焊接组合加强部件安装在U型钢顶梁13与楼面结构板15之间，并由抗拔锚栓18穿过抗拔件16螺栓孔、U型钢顶梁13上的孔、H型钢叠层焊接组合加强部件两端的螺栓孔、楼面结构板15的螺栓孔、U型钢底梁14的孔后，通过垫片19和螺母20相互固定。

H型钢叠层焊接组合加强部件中部与两侧的C型钢楼层梁12之间连接有角钢21，两侧的C型钢楼层梁12之间也连接有角钢21，角钢21之间形成三角形结构。

C型钢楼层梁12内壁还背靠背紧贴有C型钢加劲件17，并用自攻螺钉9将C型钢加劲件17固定在C型钢楼层梁12上。

H型钢叠层焊接组合加强部件的腹板7上开有椭圆形孔。

沿U型钢底梁14长度方向的开口中，还开有贯穿U型钢底梁14、楼面结构板15、上部型钢上翼缘3的螺孔，螺孔中穿有连接螺栓；沿U型钢顶梁13长度方向的开口中，还开有贯穿U型钢顶梁13、下部型钢下翼缘6的螺孔，螺孔中穿有连接螺栓。

H型钢叠层焊接组合加强部件通常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12通过自攻螺钉9固定到底层U型顶梁13上，再将加劲件17用自攻螺钉9连接到楼层梁12上。再将抗拔锚栓18穿过底层抗拔件16的螺栓孔，再穿过放置在底层U型顶梁13下表面的垫片19，抗拔锚栓18穿过下部型钢下翼缘6及上部型钢上翼缘3的螺栓孔，再穿过上一层楼面结构板15，穿过底梁14后，再放置垫片18，拧紧上下螺母20。

最后用普通螺栓穿过垫片19后穿过顶梁13的螺孔，再穿过下部型钢下翼缘6后放置垫片19，拧紧上下螺母20，依此法完成所有下部型钢下翼缘6上的普通螺栓安装；并用普通螺栓穿过垫片19后，穿过楼面结构板15后，再穿过底梁14的螺孔，放置垫片19，拧紧上下螺母20，依此法完成所有上部型钢上翼缘3的普通螺栓的安装，再采用普通螺栓将角钢支撑21连接到角钢端部连接件22及上部型钢下翼缘4及下部型钢上翼缘5上，将梁间支撑角钢21采用普通螺栓连接到楼层梁间，即完成了冷弯薄壁型钢结构房屋内墙结构体系的安装。

Claims (5)

1.一种冷弯薄壁型钢结构房屋内墙结构体系，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（9）固定的两根C型钢构成，含下层柱（10）和上层柱（11）；

梁包括C型钢楼层梁（12），连接相邻两个墙架柱的开口向下的下层房屋U型钢顶梁（13）和开口向上的上层房屋U型钢底梁（14）；

且：

备有由底板、背板和侧板构成的抗拔件（16），底板上开有螺栓孔，背板上开有自攻螺钉孔；

备有带螺栓孔的楼面结构板（15）；

备有由抗拔锚栓（18）、垫片（19）、螺母（20）构成的连接件；

备有H型钢叠层焊接组合加强部件，包括：

含上部型钢上翼缘（3）、上部型钢下翼缘（4）、腹板（7）的上部H型钢（1）；

含下部型钢上翼缘（5）、下部型钢下翼缘（6）、腹板（7）的下部H型钢（2）；

上部H型钢（1）沿周边按等比例切掉部分上部型钢下翼缘（4）和腹板（7），下部H型钢（2）沿周边按等比例切掉部分下部型钢上翼缘（5）和腹板（7），且上部H型钢（1）和下部H型钢（2）切掉的部分相等；

切掉部分后，上部型钢下翼缘（4）和下部型钢上翼缘（5）焊接在一起构成H型钢叠层组合加强部件，且在H型钢叠层组合加强部件两端开有贯穿上部型钢上翼缘（3）和下部型钢下翼缘（6）的螺栓孔；

U型钢顶梁（13）上开有与螺栓孔对应的孔，U型钢底梁（14）上开有与螺栓孔对应的孔；

U型钢顶梁（13）开口略大于下层柱（10）宽度，相邻两个下层柱（10）的顶部镶嵌在U型钢顶梁（13）向下的开口中并通过自攻螺钉（9）固定；

下层柱（10）内壁与U型钢顶梁（13）之间连接有抗拔件（16），其中抗拔件（16）的背板与下层柱（10）之间用自攻螺钉（9）固定，抗拔件（16）的底板紧贴U型钢顶梁（13）且U型钢顶梁（13）上的孔与螺栓孔重叠；

U型钢顶梁（13）上面通过自攻螺钉（9）固定楼层梁（12），楼层梁（12）上面通过自攻螺钉（9）固定楼面结构板（15）和位于楼面结构板（15）上面的U型钢底梁（14）；

U型钢底梁（14）开口略大于上层柱（11）宽度，相邻两个上层柱（11）的底部镶嵌在U型钢底梁（14）向上的开口中并通过自攻螺钉（9）固定；

上层柱（11）内壁与U型钢底梁（14）之间连接有抗拔件（16），其中抗拔件（16）的背板与上层柱（11）之间用自攻螺钉（9）固定，抗拔件（16）的底板紧贴U型钢底梁（14）且U型钢底梁（14）上的孔与螺栓孔重叠；

H型钢叠层焊接组合加强部件安装在U型钢顶梁（13）与楼面结构板（15）之间，并由抗拔锚栓（18）穿过抗拔件（16）螺栓孔、U型钢顶梁（13）上的孔、H型钢叠层焊接组合加强部件两端的螺栓孔、楼面结构板（15）的螺栓孔、U型钢底梁（14）的孔后，通过垫片（19）和螺母（20）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内墙结构体系，其特征在于：H型钢叠层焊接组合加强部件中部与两侧的C型钢楼层梁（12）之间连接有角钢（21），两侧的C型钢楼层梁（12）之间也连接有角钢（21），角钢（21）之间形成三角形结构。

3.根据权利要求1所述的冷弯薄壁型钢结构房屋内墙结构体系，其特征在于：C型钢楼层梁（12）内壁还背靠背紧贴有C型钢加劲件（17），并用自攻螺钉（9）将C型钢加劲件（17）固定在C型钢楼层梁（12）上。

4.根据权利要求1所述的冷弯薄壁型钢结构房屋内墙结构体系，其特征在于：H型钢叠层焊接组合加强部件的腹板（7）上开有椭圆形孔。

5.根据权利要求1所述的冷弯薄壁型钢结构房屋内墙结构体系，其特征在于：沿U型钢底梁（14）长度方向的开口中，还开有贯穿U型钢底梁（14）、楼面结构板（15）、上部型钢上翼缘（3）的螺孔，螺孔中穿有连接螺栓；沿U型钢顶梁（13）长度方向的开口中，还开有贯穿U型钢顶梁（13）、下部型钢下翼缘（6）的螺孔，螺孔中穿有连接螺栓。