CN107190884A - 一种新型多高层热轧型钢‑复合轻钢剪力墙组合结构体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于多高层住宅的新型热轧型钢‑复合轻钢剪力墙组合结构体系，包括若干墙体单元、楼盖单元、型钢立柱以及分别连接墙体单元与楼盖单元的托梁导轨。墙体单元包括用于抗风和抗震的新型冷弯薄壁型钢复合钢皮剪力墙以及传统冷弯薄壁型钢组合墙；楼盖单元为预应力混凝土叠合板；型钢立柱为用于承重的热轧型钢方钢管柱。本发明适用于建造多高层住宅及公共建筑。可实现完全预制化、标准化和装配化，所有构件均可预先在工厂制作加工，然后在现场拼接完成，施工速度快、经济适用，结构体系抗震性能较传统冷弯薄壁型钢组合房屋结构体系有了较大幅度提高，突破了传统冷弯薄壁型钢组合房屋结构仅能适用于低层的限制，具有广阔的应用前景。

Description

一种新型多高层热轧型钢-复合轻钢剪力墙组合结构体系

技术领域

本发明涉及一种适用于多高层冷弯薄壁型钢建筑的新型热轧型钢-复合轻钢剪力墙组合结构体系技术，属于土木工程技术领域。

背景技术

冷弯薄壁型钢组合房屋结构，包括由冷弯薄壁型钢立柱、导轨组成的冷弯薄壁型钢骨架，以及通过自攻螺钉固定于冷弯薄壁型钢骨架的墙板和屋盖。相关技术中的冷弯薄壁型钢住宅结构体系的突出优点是自重轻、施工速度快、抗震性能好、可结合普通钢结构运用，大部分建材可以回收利用。开问跨度相对较小，楼墙板较轻，经济适用。因而采用冷弯薄壁型钢结构作为承重体系的建筑结构在北美、澳洲和日本得到了广泛应用，并逐渐发展成为国外住宅结构的主体，但主要用于三层以下住宅类房屋。我国在2000年开始推广低层冷弯薄壁型钢住宅体系。

现有技术中的冷弯薄壁型钢住宅体系的主要受力原理是通过墙体、楼板、屋盖等围护体系组成可以受力的复合板结构体系或是板肋结构体系，即密梁密柱型的支撑框架，通过墙体内的墙柱来承受竖向荷载，通过屋盖、楼板将风及地震等形成的水平力传递给可以承受剪力的墙板、支撑。

现有技术中的冷弯薄壁型钢住宅体系的承载能力小于一般的钢筋混凝土结构及普通钢结构，住宅的层数受到很大限制，仅能建造低层。我国大部分地区处于地震灾害较严重地区，现有技术中的冷弯薄壁型钢住宅体系在抗震方面本身还存在以下问题：a随着结构高度的增加，地震荷载的P-Δ效应将加剧，现有技术中的冷弯薄壁型钢住宅体系立柱与横梁铰接、立柱断开等特点将明显降低结构的侧向刚度和承载能力；b从延性角度考虑，现有技术中的冷弯薄壁型钢住宅体系的耗能能力低于框架结构和剪力墙结构。

我国人多地少，且人口大部分处于农村，国家为发展新农村，提出了农村城镇化的发展模式。以砖瓦为主的传统建房模式需要占用及破坏耕地，现有技术中的冷弯薄壁型钢住宅体系是取代实心粘土砖的主要建筑体系之一。将现有技术中的低层冷弯薄壁型钢组合房屋结构通过改进应用到多层住宅结构符合我国人口众多、人多地少的基本国情，这对于贯彻国家新农村建设，发展循环经济、建设节约型社会的方针，推进我国住宅产业现代化，实现可持续发展都具有深远意义。

本发明提出了一种适用于多高层住宅的新型热轧型钢-复合轻钢剪力墙组合结构体系，与现有技术中的冷弯薄壁型钢组合房屋结构相比，本发明提出的新型多高层热轧型钢-复合轻钢剪力墙组合结构体系具有更高的抗剪承载力和更优的抗震性能，从而将现有技术中的冷弯薄壁型钢组合房屋结构拓展至多层和高层，具有十分广阔的应用前景。

发明内容

技术问题：本发明目的在于提出一种适用于多高层住宅体系的新型钢皮剪力墙型钢组合体系，在增加较少用钢量的基础上，本发明提出的新型多高层热轧型钢-复合轻钢剪力墙组合结构体系的抗震性能和承载能力都得到大幅度的提高。

技术方案：本发明的新型多高层热轧型钢-复合轻钢剪力墙组合结构体系包括基础、墙体单元、楼盖单元、型钢立柱以及布设于每层房屋结构的框架梁；所述墙体单元包括用于抗风和抗震的传统冷弯薄壁型钢组合墙和新型冷弯薄壁型钢复合钢皮剪力墙；所述楼盖单元包括用于承受楼面荷载的预应力混凝土叠合板以及布设于预应力混凝土叠合板底部的托梁导轨。

所述新型冷弯薄壁型钢复合钢皮剪力墙由双面墙板单元及冷弯薄壁型钢骨架单元通过自攻螺钉固定连接构成；自攻螺钉的间距在墙板边缘宜为50mm，在墙板内部宜为300mm。

所述新型冷弯薄壁型钢复合钢皮剪力墙的双面墙板单元一面为双层墙板，底层为钢皮，面层为纸面防火石膏板，另一面为单层墙板，墙板材料为纸面防火石膏板；所述钢皮，其尺寸宜为1200mm×3000mm宽×高，厚度宜为0.8-1.0mm；所述纸面防火石膏板，其尺寸宜为1200mm×3000mm宽×高，厚度宜为8-15mm。

所述传统冷弯薄壁型钢组合墙由双层双面墙板单元及冷弯薄壁型钢骨架单元通过自攻螺钉固定连接构成；自攻螺钉间距在墙板边缘宜为150mm，在墙板内部宜为300mm。

所述传统冷弯薄壁型钢组合墙的双层双面墙板单元底层为玻镁板，面层为纸面防火石膏板；所述玻镁板和纸面防火石膏板，其长度及宽度与标准尺寸防火板材一致，宜为1200mm×3000mm宽×高，厚度宜为8-15mm。

所述墙体单元还包括冷弯薄壁型钢立柱和冷弯薄壁型钢导轨构成的冷弯薄壁型钢骨架单元；所述冷弯薄壁型钢立柱根据荷载作用情况可选用双拼背靠背C型冷弯薄壁型钢或单根C型冷弯薄壁型钢，立柱间距为600mm或400mm，立柱翼缘位置与墙板单元通过自攻螺钉相连接；所述冷弯薄壁型钢导轨根据荷载作用情况选用U型冷弯薄壁型钢。

所述型钢立柱为热轧型钢方钢管立柱，型钢立柱在竖向连续布置；所述型钢立柱在拼接处设有外套筒，套筒厚度不宜小于型钢立柱，按计算选用自攻螺钉连接，套筒长度根据螺钉数量决定，拼接处一般高出楼层500mm。

所述框架梁为通过自攻螺钉连接的双拼C型冷弯薄壁型钢；所述框架梁通过角钢连接件与型钢立柱连接，分别在框架梁的翼缘和腹板处通过刚度相对较大的角钢、采用自攻螺钉与型钢立柱相连，自攻钉数量通过计算采用。

所述预应力混凝土叠合板包括内部布设有预应力钢筋的混凝土底板、钢腹板以及内部布设有钢筋的混凝土翼缘；所述钢腹板和翼缘的数量相同，钢腹板垂直固定设置在翼缘和底板之间；所述翼缘的数量为两条或以上，翼缘相互平行设置。

有益效果：a本发明在传统冷弯薄壁型钢组合房屋结构的基础上，提出一种新型多高层热轧型钢-复合轻钢剪力墙组合结构体系，所述新型冷弯薄壁型钢复合钢皮剪力墙、型钢立柱以及预应力混凝土叠合板的使用使本发明组合体系具有更高的承载能力和更优的抗震性能，从而将现有技术中的冷弯薄壁型钢组合房屋结构拓展至多高层。

b所述传统冷弯薄壁型钢组合墙的组合使用解决了新型冷弯薄壁型钢复合钢皮剪力墙耐火性能不足的问题，从而使本发明组合房屋结构体系满足《建筑设计防火规范》GB50016-2006相关要求。

c所述新型预应力混凝土叠合板、冷弯薄壁型钢复合钢皮剪力墙、传统冷弯薄壁型钢组合墙、冷弯薄壁型钢托梁导轨和型钢立柱均可在工厂、工地批量预制，然后进行装配化施工，施工工序简单、便捷、效率高，可极大的提高施工速度，从而有效降低建筑成本。

附图说明

图1为本发明新型多高层热轧型钢-复合轻钢剪力墙组合结构体系示意图；

图2为本发明新型冷弯薄壁型钢复合钢皮剪力墙示意图；

图3为本发明传统冷弯薄壁型钢组合墙示意图；

图4为本发明型钢立柱拼接示意图；

图5为本发明型钢立柱与框架梁连接示意图；

图6为本发明预应力混凝土叠合板示意图；

图7为预应力混凝土叠合板与型钢立柱连接示意图；

图8为预应力混凝土叠合板与导轨连接示意图。

图中：传统冷弯薄壁型钢组合墙1；新型冷弯薄壁型钢复合钢皮剪力墙2；预应力混凝土叠合板3；基础4；型钢立柱5；冷弯薄壁型钢立柱6；框架梁7；托梁导轨8；冷弯薄壁型钢皮9；纸面防火石膏板10；玻镁板11；冷弯薄壁型钢导轨12；外套筒13；角钢连接件14；底板15；钢腹板16；翼缘17。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明的结构以及工作过程原理作详细说明。

本实施例的新型多高层热轧型钢-复合轻钢剪力墙组合结构体系，其特征在于该组合结构体系包括基础4、墙体单元、楼盖单元、型钢立柱5以及布设于每层房屋结构的框架梁7；所述墙体单元包括用于抗风和抗震的传统冷弯薄壁型钢组合墙1和新型冷弯薄壁型钢复合钢皮剪力墙2；所述楼盖单元包括用于承受楼面荷载的预应力混凝土叠合板3以及布设于预应力混凝土叠合板底部的托梁导轨8。

所述新型多层冷弯薄壁型钢组合房屋结构的施工过程，首先是立柱单元的施工。在完成基础4施工后，将型钢方钢管立柱5通过锚栓与基础4上的预埋件紧密相连，并将型钢方钢管立柱5与预埋件焊接在一起。

然后是冷弯薄壁型钢骨架单元的拼接。冷弯薄壁型钢立柱间距优先选用600mm，也可选400mm。冷弯薄壁型钢立柱6根据荷载作用情况可选双拼背靠背C型冷弯薄壁型钢或单根C型冷弯薄壁型钢，立柱间距为600mm或400mm，立柱翼缘位置与墙板单元通过自攻螺钉相连接；所述冷弯薄壁型钢导轨12根据荷载作用情况选用U型冷弯薄壁型钢。

接下来是楼盖单元的施工。在铺设预应力混凝土叠合板3之前，应先安装用于连接框架梁与楼盖单元的U型冷弯薄壁型钢托梁导轨8，然后沿托梁导轨8垂直上方铺设预应力混凝土叠合板3。

最后是在冷弯薄壁型钢骨架单元两侧拼装墙板单元。墙板单元自重较轻，可人工搬运至安装完毕后的冷弯薄壁型钢骨架单元一侧，利用水平尺、铅锤等工具定位后，通过自攻螺钉将双层墙板单元与冷弯薄壁型钢骨架单元进行连接。连接过程中，先用少量自攻螺钉将双层墙板单元与安装完毕后的冷弯薄壁型钢骨架单元的四角部进行固定连接。

参照图1至图8，依此顺序可逐层完成新型多层冷弯薄壁型钢组合房屋结构的施工过程，组装完成后的新型多层冷弯薄壁型钢组合房屋结构如图1所示。

综上所述，尽管本发明的基本结构、原理、方法通过上述事实例予以具体阐述，在不脱离本发明要旨的前提下，根据以上所述的启示，本领域普通技术人员可以不需要付出创造性劳动即可实施变换形式或者组合，此处不再赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种新型多高层热轧型钢-复合轻钢剪力墙组合结构体系，其特征在于包括：基础（4）、墙体单元、楼盖单元、型钢立柱（5）以及布设于每层房屋结构的框架梁（7）；所述墙体单元包括用于抗风和抗震的传统冷弯薄壁型钢组合墙（1）和新型冷弯薄壁型钢复合钢皮剪力墙（2）；所述楼盖单元包括用于承受楼面荷载的预应力混凝土叠合板（3）以及布设于预应力混凝土叠合板底部的托梁导轨（8）。

2.根据权利要求1所述的一种新型多高层热轧型钢-复合轻钢剪力墙组合结构体系，其特征在于：所述新型冷弯薄壁型钢复合钢皮剪力墙（2）由双面墙板单元及中间冷弯薄壁型钢骨架单元通过自攻螺钉连接构成；所述双面墙板单元正面为双层墙板，底层为钢皮（9），面层为纸面防火石膏板（10）；所述双面墙板单元反面为单层墙板，墙板材料为纸面防火石膏板（10）。

3.根据权利要求1所述的一种新型多高层热轧型钢-复合轻钢剪力墙组合结构体系，其特征在于：所述传统冷弯薄壁型钢组合墙（1）由双层双面墙板单元及中间冷弯薄壁型钢骨架单元通过自攻螺钉连接构成；所述双层双面墙板单元底层为玻镁板（11），面层为纸面防火石膏板。

4.根据权利要求1所述的一种新型多高层热轧型钢-复合轻钢剪力墙组合结构体系，其特征在于：所述墙体单元还包括冷弯薄壁型钢立柱（6）和冷弯薄壁型钢导轨（12）构成的冷弯薄壁型钢骨架单元。

5.根据权利要求1所述的一种新型多高层热轧型钢-复合轻钢剪力墙组合结构体系，其特征在于：所述型钢立柱为热轧型钢方钢管立柱，型钢立柱在竖向连续布置；所述型钢立柱在拼接处设有外套筒（13），拼接处高出楼层500mm。

6.根据权利要求1所述的一种新型多高层热轧型钢-复合轻钢剪力墙组合结构体系，其特征在于：所述框架梁为通过自攻螺钉连接的双拼C型冷弯薄壁型钢；所述框架梁通过角钢连接件（14）与型钢立柱连接。

7.根据权利要求1所述的一种新型多高层热轧型钢-复合轻钢剪力墙组合结构体系，其特征在于：所述预应力混凝土叠合板包括内部布设有预应力钢筋的混凝土底板（15）、钢腹板（16）以及内部布设有钢筋的混凝土翼缘（17）。

8.根据权利要求1所述的一种新型多高层热轧型钢-复合轻钢剪力墙组合结构体系的施工方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，立柱单元的施工，在完成基础施工后，将型钢方钢管立柱通过锚栓与基础上的预埋件紧密相连，并将型钢方钢管立柱与预埋件焊接在一起；

步骤2，冷弯薄壁型钢骨架单元的拼接，冷弯薄壁型钢立柱根据荷载作用情况选用双拼背靠背型冷弯薄壁型钢或单根C型冷弯薄壁型钢，立柱翼缘位置与墙板单元通过自攻螺钉相连接；冷弯薄壁型钢导轨根据荷载作用情况选用U型冷弯薄壁型钢；

步骤3，楼盖单元的施工，在铺设预应力混凝土叠合板之前，先安装用于连接框架梁与楼盖单元的U型冷弯薄壁型钢托梁导轨，然后沿托梁导轨垂直上方铺设预应力混凝土叠合板；

步骤4，在冷弯薄壁型钢骨架单元两侧拼装墙板单元，墙板单元人工搬运至安装完毕后的冷弯薄壁型钢骨架单元一侧，利用水平尺、铅锤等工具定位后，通过自攻螺钉将双层墙板单元与冷弯薄壁型钢骨架单元进行连接。