CN107386447A - 一种适用于高层住宅建筑的装配式混合结构体系 - Google Patents

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张玉轩
陈志华
于敬海
周婷
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王丹妮
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Abstract

本发明公开了一种适用于高层住宅建筑的装配式混合结构体系，适用于楼梯间、电梯间偏置于建筑平面一侧的建筑结构，包括钢框架柱、钢梁、支撑结构和装配式核心筒，所述钢框架柱由钢管混凝土组合异形柱和钢管混凝土柱组成，所述钢管混凝土组合异形柱由至少三根肢柱组成，钢管混凝土组合异形柱可嵌入建筑墙体而不外露；所述支撑结构由钢支撑构件或剪力墙构成，所述装配式核心筒布置于楼梯间和电梯间，所述支撑结构设置于分户墙和端墙；所述钢梁与所述钢管混凝土异形柱刚性连接，钢梁与所述装配式核心筒铰接连接。本发明可以解决住宅建筑中抗侧力构件布置不便、房间中易露梁露柱、现场湿作业工作量大、楼电梯间噪音大且钢柱脚难以处理等问题。

Description

一种适用于高层住宅建筑的装配式混合结构体系
技术领域
本发明涉及一种土木建筑领域的新型结构体系，具体的说，是涉及一种适用于高层住宅建筑的装配式混合结构体系。
背景技术
发展装配式建筑是化解我国钢材产能过剩、发展绿色建筑的迫切需要和积极响应国家和地方建筑业政策、促进我国建筑产业转型升级、推动新型城镇化发展的重要举措及现实需求。
目前我国装配式建筑主要有装配式木结构建筑、装配式钢结构建筑和装配式混凝土建筑。装配式木结构建筑受气候、地理环境和国内木材资源匮乏的影响，在实际工程中应用相对较少。因此装配式钢结构建筑和装配式混凝土建筑仍是我国现阶段装配式建筑发展和应用的主要方向，但用于量大面广的住宅建筑中时，仍存在各自难以解决的问题。
装配式钢结构住宅建筑目前在工程应用中存在问题主要有：(1)采用普通钢框架或钢框架支撑体系时，梁柱截面较大，容易出现露梁露柱的现象，影响住宅的使用效果；(2)钢结构住宅三板体系不完善，特别是楼梯、电梯间部位的设备噪声较大，隔声问题不易处理，直接影响住宅的宜居性；(3)楼梯和电梯处的钢柱深入地下室时由于柱脚外包混凝土或柱脚防护做法，会占用楼梯疏散宽度或电梯井道和底坑的尺寸，从而可能增大建筑公摊面积，减少使用面积；(4)当用于高层住宅时，钢结构住宅常常由于建筑户型的需求，难以较好的设置支撑以便形成合理的抗侧力体系。
装配式混凝土建筑在实际应用时面临的主要问题有：(1)混凝土预制构件一般重量较大，对构件的运输和现场起吊能力要求高；(2)全装配式拼接节点，特别是钢筋的锚固连接节点，目前尚处于试验阶段，缺乏成熟、安全、施工便捷的节点构造，实际工程多采用竖向构件现浇、横向构件预制的方式；(3)全装配式混凝土结构的整体性和抗震性能有待深入研究；(4)存在大量新旧混凝土结合面和预制装配式构件灌浆接缝，其承载力和抗震性能对结构整体性能的影响缺乏研究；(5)钢筋套筒灌浆连接接头性能检验方法、预埋吊件性能检验方法等预制装配式混凝土结构试验检验方法尚不成熟。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种适用于高层住宅建筑的装配式混合结构体系，可以解决住宅建筑中抗侧力构件布置不便、房间中易露梁露柱、现场湿作业工作量大、楼电梯间噪音大且钢柱脚难以处理等问题，从而达到加快施工速度、提高工业化水平、解决现有结构体系在住宅中不适用的问题和改善住宅建筑宜居性的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种适用于高层住宅建筑的装配式混合结构体系，适用于楼梯间、电梯间偏置于建筑平面一侧的建筑结构，包括钢框架柱、钢梁、支撑结构和装配式核心筒，所述钢框架柱由钢管混凝土组合异形柱和钢管混凝土柱组成，所述钢管混凝土组合异形柱由至少三根肢柱组成，钢管混凝土组合异形柱可嵌入建筑墙体而不外露；所述支撑结构由钢支撑构件或剪力墙构成，所述装配式核心筒布置于楼梯间和电梯间，所述支撑结构设置于分户墙和端墙；所述钢梁与所述钢管混凝土异形柱刚性连接，钢梁与所述装配式核心筒铰接连接。
进一步的，所述钢管混凝土组合异形柱通过所述肢柱位置的安排分为L形、T形和十字形，所述肢柱和所述钢管混凝土柱的横截面为矩形或正方形。所述柱肢之间通过连接板和肋板连接，所述肋板由钢板构成，所述连接板由有孔钢板或无孔钢板构成。
进一步的，所述钢梁为H形钢梁。
进一步的，所述装配式核心筒由混凝土或钢板构成，采用整体预制方式制作而成或由装配式的剪力墙通过构造连接制作而成。
进一步的，所述钢支撑构件采用单斜撑、十字形支撑或人字形支撑其中的一种或几种形式。所述钢支撑构件与钢管混凝土组合异形柱、钢梁之间采用焊接、栓焊组合或全螺栓连接方式连接。
进一步的，所述剪力墙为采用预制方式的钢板剪力墙、混凝土剪力墙或钢板和混凝土组合形成的剪力墙。
进一步的，所述剪力墙单元之间通过钢节点连接；所述装配式核心筒单元之间通过钢节点连接。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明中钢框架柱采用方钢管混凝土组合异形柱，柱截面小，可以保证房间中不露柱，更好满足了住宅建筑的使用要求和宜居性能；(2)楼电梯间位置采用预制的装配式核心筒结构，避免了钢柱脚外包混凝土或柱脚防护做法占用楼梯疏散宽度或电梯井道和底坑的尺寸的问题，且噪音较小；(3)装配式核心筒由工厂预制，现场拼装，大大减少了现场湿作业，加快了施工速度，提高了工业化水平；(4)针对住宅建筑中楼电梯间常常偏置带来的结构扭转问题，本结构体系采用少量支撑结构改善结构刚度，其数量较少，布置方便。
附图说明
图1是本发明的结构体系平面示意图；
图2是本发明具体实施例中钢板剪力墙的立面布置示意图；
图3是本发明具体实施例中肢柱间支撑的立面布置示意图；
图4是本发明的框架与核心筒连接示意图；
图5是图1中A-A向的剖视结构示意图；
图6是本发明中L形钢管混凝土组合异形柱的横截面示意图；
图7是本发明中T形钢管混凝土组合异形柱的横截面示意图；
图8是本发明中十字形钢管混凝土组合异形的柱横截面示意图。
附图标记：1-L形钢管混凝土组合异形柱，2-T形钢管混凝土组合异形柱，3-十字形钢管混凝土组合异形柱，4-支撑结构，5-装配式核心筒，6-钢框架柱，7-钢梁，8-钢梁横向加劲肋，9-纵向加劲肋，10-水平加劲肋，11-鱼尾板，12-高强螺栓，13-钢支撑构件，14-铰接节点，15-装配式核心筒单元，16-装配式核心筒单元，17-装配式核心筒单元分界线，18-电梯门洞；19-侧肢柱；20-中心肢柱；21为连接板；22为肋板
具体实施方式
为了进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实例，并配合附图详细说明如下：
请参见图1‐图8，一种适用于高层住宅建筑的装配式混合结构体系，包括钢框架柱6、钢梁7、支撑结构4和装配式核心筒5，钢框架柱6由管混凝土组合异形柱和钢管混凝土柱组成，本实施例中钢管混凝土组合异形柱通过侧肢柱19和中心肢柱20位置的安排分为L形钢管混凝土组合异形柱1、T形钢管混凝土组合异形柱2和十字形钢管混凝土组合异形柱3，侧肢柱19和中心肢柱20之间通过连接板21和肋板22连接，肋板22由钢板构成，连接板21可由有孔钢板或无孔钢板构成。本实施例中肢柱和所述钢管混凝土柱的横截面为正方形，其可嵌入建筑墙体而不外露；支撑结构4由钢支撑构件或剪力墙构成，支撑结构4设置于分户墙和端墙；装配式核心筒5布置于楼梯间和电梯间。剪力墙与装配式核心筒之间采用钢节点。
图1是本发明结构体系平面示意图。如图所示，该体系中电梯间根据常见住宅户型布置偏置于平面一侧，在楼梯间与电梯间梯井位置全部或部分布置整体式预制的装配式核心筒5或布置预制装配式剪力墙形成核心筒，剪力墙为采用预制方式的钢板剪力墙、混凝土剪力墙或钢板和混凝土组合的剪力墙，钢板和混凝土组合的剪力墙包括多种形式，可以是将混凝土浇筑在两块钢板之间形成；也可是在两块钢板间放置一块钢板，两边浇筑混凝土形成等；钢管混凝土组合异形柱形式与尺寸根据柱所处的位置、墙体开洞情况以及荷载情况等综合确定。
图2为设有加劲的钢板剪力墙局部示意图。钢板剪力墙由钢板、板上纵向加劲肋9和水平加劲肋10组成。设置钢板剪力墙的柱内侧预先焊接鱼尾板11，钢板剪力墙通过高强螺栓12与两端柱连接。钢板剪力墙也可按计算和构造要求选用非加劲钢板剪力墙或其他合理形式的钢板剪力墙、钢板和混凝土组合的钢板剪力墙，本实施例中，钢板剪力墙上下位置处的钢梁7之间设置有钢梁横向加劲肋8。
图3为肢柱间交叉支撑局部示意图。支撑为钢支撑构件13、一端与每层底端柱相连、一端与该层上部钢梁7相连。本实施例中钢梁7为H型钢梁，其截面尺寸由计算及构造要求确定，钢梁7与钢管混凝土组合异形柱通过外肋环板节点连接等方式刚性连接。所述钢梁与钢管混凝土单柱通过隔板贯通节点连接。所述钢梁与装配式核心筒通过预埋件等方式铰接连接。
钢支撑构件13与钢管混凝土组合异形柱、钢梁7的连接可采用焊接、栓焊组合或全螺栓连接等形式，由计算及构造要求确定。支撑构件13也可按计算和墙体开洞情况选用单斜撑、交叉支撑、人字形支撑或其他支撑形式。
如图4、图5所示，钢梁7与装配式核心筒5之间连接形式不限，需保证为铰接构造。装配式核心筒5可采用装配式混凝土核心筒、整体预制装配式混凝土核心筒、由装配式剪力墙通过构造连接而成的装配式核心筒以及钢板核心筒等形式，接缝位置在每层层高以上1/3层高处。钢梁7与钢管混凝土异形柱刚性连接，钢梁7与装配式核心筒5铰接连接有铰接节点14，装配式核心筒单元15和装配式核心筒单元16在装配式核心筒单元分界线17处连接，电梯门洞18和装配式核心筒5之间的位置关系也可见图4，图5所示。钢支撑构件与异形柱、钢梁的连接可采用焊接、栓焊组合或全螺栓连接等形式，由计算及构造要求确定。
图6‐图8为不同截面形式的钢管混凝土组合异形柱横截面示意图。方钢管混凝土组合异形柱由方钢管混凝土柱肢、连接板以及肋板组成，各组合异形柱柱肢通过连接板焊接连接，连接板与柱肢之间根据构造要求每隔一定高度布置肋板保证连接板稳定。在柱荷载较大时，可以将肢柱间通过两条钢板连接，两条钢板与肢柱形成的空腔中用混凝土灌注密实。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于高层住宅建筑的装配式混合结构体系，其特征在于，适用于楼梯间、电梯间偏置于建筑平面一侧的建筑结构，包括钢框架柱、钢梁、支撑结构和装配式核心筒，所述钢框架柱由管混凝土组合异形柱和钢管混凝土柱组成，所述钢管混凝土组合异形柱由至少三根肢柱组成，钢管混凝土组合异形柱可嵌入建筑墙体而不外露；所述支撑结构由钢支撑构件或剪力墙构成，所述装配式核心筒布置于楼梯间和电梯间，所述支撑结构设置于分户墙和端墙；所述钢梁与所述钢管混凝土异形柱刚性连接，钢梁与所述装配式核心筒铰接连接。
2.根据权利要求1所述一种适用于高层住宅建筑的装配式混合结构体系，其特征在于，所述钢管混凝土组合异形柱通过所述肢柱位置的安排分为L形、T形和十字形，所述肢柱和所述钢管混凝土柱的横截面为矩形或正方形。
3.根据权利要求2所述一种适用于高层住宅建筑的装配式混合结构体系，其特征在于，所述柱肢之间通过连接板和肋板连接，所述肋板由钢板构成，所述连接板由有孔钢板或无孔钢板构成。
4.根据权利要求1所述一种适用于高层住宅建筑的装配式混合结构体系，其特征在于，所述钢梁为H形钢梁。
5.根据权利要求1所述一种适用于高层住宅建筑的装配式混合结构体系，其特征在于，所述装配式核心筒由混凝土或钢板构成，采用整体预制方式制作而成或由装配式的剪力墙通过构造连接制作而成。
6.根据权利要求1所述一种适用于高层住宅建筑的装配式混合结构体系，其特征在于，所述钢支撑构件采用单斜撑、十字形支撑或人字形支撑其中的一种或几种形式。
7.根据权利要求1所述一种适用于高层住宅建筑的装配式混合结构体系，其特征在于，所述剪力墙为采用预制方式的钢板剪力墙、混凝土剪力墙或钢板和混凝土组合形成的剪力墙。
8.根据权利要求1或6所述一种适用于高层住宅建筑的装配式混合结构体系，其特征在于，所述钢支撑构件与钢管混凝土组合异形柱、钢梁之间采用焊接、栓焊组合或全螺栓连接方式连接。
9.根据权利要求1所述一种适用于高层住宅建筑的装配式混合结构体系，其特征在于，所述剪力墙单元之间通过钢节点连接；所述装配式核心筒单元之间通过钢节点连接。
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