CN108005410B - 一种装配式钢-混凝土组合结构住宅体系及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式钢‑混凝土组合结构住宅体系，所述装配式钢‑混凝土组合结构住宅体系中多层预制型钢混凝土剪力墙的上端或下端的端部横梁外侧翼缘上设置有安装孔；不设横梁的一端设置有连接钢板座，所述连接钢板座上也设置有安装孔，与所述端部横梁外侧翼缘上的安装孔位置对应；预制混凝土与端部横梁外侧翼缘上的安装孔位置对应的地方设置有安装螺栓或螺母的工艺槽。本发明装配式钢‑混凝土组合结构住宅体系工厂预制程度高，现场湿作业少。装配式型钢混凝土剪力墙之间以及与周边钢梁采用全螺栓连接方式，现场施工速度快。抗震性能好，可适用于高地震烈度地区，结构适用高度大。

Description

一种装配式钢-混凝土组合结构住宅体系及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，尤其涉及一种装配式钢-混凝土组合结构住宅体系及其施工方法。

背景技术

在我国住宅建筑中，现浇钢筋混凝土剪力墙住宅结构得到了广泛应用。现浇钢筋混凝土剪力墙结构住宅具有：（1）结构与围护一体化，剪力墙既作为结构构件又作为围护构件；（2）结构与保温一体化，混凝土本身是热惰性材料，保温性能好；（3）结构与防护一体化，钢筋包覆于混凝土中，无需防腐防火，且免维护。（4）结构与装饰一体化，混凝土可直接作为装饰面层使用。（5）经济性好，结构刚度大。（6）使用效果好，室内不露梁露柱。（7）隔音效果好。等多方面的综合优势。但现浇钢筋混凝土剪力墙结构住宅仍存在：现场湿作业多，装配化程度不高、资源浪费、环境污染、不能实现四节一环保等不足，不符合建筑产业现代化的发展需求。

预制钢筋混凝土剪力墙结构体系具有工厂预制、现场装配化施工、资源浪费少和环境污染小等优势，但是预制钢筋混凝土剪力墙结构体系仍存在连接区域数量多、节点连接不便、现场湿作业多、施工效率不高、成本高等不足。预制钢筋混凝土剪力墙结构中钢筋常采用灌浆套筒连接，该种连接方式对预制钢筋混凝土剪力墙加工精度要求较高，钢筋位置稍有偏差，现场钢筋将难以穿入套筒中；同时由于剪力墙钢筋数量较多，且为高空作业，上下层预制钢筋混凝土剪力墙对中及钢筋连接现场施工难度较大；下层预制钢筋混凝土剪力墙钢筋外伸穿入上层预制钢筋混凝土剪力墙预留套筒后，还需要在套筒中灌注高强灌浆料，由于该工序为隐蔽工程及现场操作工人多为普通农民工，钢筋套筒灌浆的施工质量难以保证，即使发现问题了也难以补救，存在一定的安全隐患。

因此，开发具有工厂化生产、现场全装配式连接、连接接头数量少、施工效率高、经济性好等综合优势的新型装配式剪力墙结构体系成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构新颖独特，使用方便，并且能够有效避免现场湿作业多、施工效率不高、成本高以及钢筋灌浆套筒连接现场施工难度较大、质量不易保证和成本高等问题的装配式钢-混凝土组合结构住宅体系；具体技术方案为：

一种装配式钢-混凝土组合结构住宅体系，包括预制楼板、钢架结构和预制钢筋混凝土剪力墙结构；所述预制钢筋混凝土剪力墙结构的高度高于一层层高；其钢筋结构包括若干个横梁和若干个立柱；所述横梁和所述立柱均由型钢制成；横梁的顶面与楼板的底面高度一致；所述水平钢筋的左右端部分别焊接在两个立柱的肋板上；所述预制混凝土分段设置，对应每层楼板的位置设置有浇注预留段；预制混凝土设置在两个立柱外侧翼缘之间；所述钢筋结构在各层预制混凝土之间的浇注预留段内连续通过；所述预制钢筋混凝土剪力墙结构的上端或下端均设置有连接结构。

进一步，所述浇注预留段的高度不大于本层楼板厚度。

进一步，所述连接钢板座的高度为50mm～150mm。

本发明还公开了上述装配式钢-混凝土组合结构住宅体系的安装方法，包括如下步骤：

1）在工厂内制作预制型钢混凝土剪力墙、梁、预制楼板；

2）运输至施工现场，吊装预制型钢混凝土剪力墙并与基础连接固定；

3）吊装钢梁并与预制型钢混凝土剪力墙连接固定；

4)吊装预制楼板，将预制楼板搁置于钢梁上翼缘；在预制楼板上绑扎钢筋，钢筋伸入钢梁上翼缘一定长度；在预制型钢混凝土剪力墙区域钢筋伸入预制型钢混凝土剪力墙浇筑预留段一定长度；

5）浇筑混凝土，使得钢梁、预制楼板、预制型钢混凝土剪力墙三者形成一个整体；

6）依次施工，完成预制型钢混凝土剪力墙高度范围内其余层钢梁和楼板的施工；

7）吊装下一个预制型钢混凝土剪力墙，并与相邻的预制型钢混凝土剪力墙连接固定；按照3）-6）步骤逐层进行预制型钢混凝土剪力墙高度范围内的钢梁和楼板的施工；

8）按照2）-7）的步骤依次施工，完成装配式钢-混凝土组合结构住宅体系施工。

本发明利用内置钢框作为施工时承重的骨架，实现了以多个结构层高度作为一个预制单元，大大减少了连接接头的数量，可以大大提高施工效率。上下层型钢混凝土剪力墙中的钢筋通过内置钢横梁和端部连接钢板座通过高强度螺栓连接，避免了钢筋套筒灌浆连接存在的现场施工难度大、质量不易保证和成本高的缺点。装配式钢-混凝土组合结构住宅体系抗震性能好，可适用于高烈度区，结构适用高度大。

附图说明

图1为本发明装配式钢-混凝土组合结构住宅体系的结构示意图；

图2为本发明装配式钢-混凝土组合结构住宅体系的结构示意图；

图3为剪力墙构件结构示意图；

图4为剪力墙构件内部结构示意图；

图5为连接结构示意图；

图6为连接结构示意图

图7为连接结构示意图。

图中：1、钢横梁；2、钢立柱；3、水平钢筋；4、竖向钢筋；5、连接钢板座； 6、T形梁托；7、混凝土；8、连接板；9、L形连接板；10、T形连接底角；11、周边钢梁；12、连接钢板；13、固定钢板；A、上层剪力墙结构；B、下层剪力墙结构；C、水平预制楼板。

具体实施方式

下面利用实施例对本发明进行更全面的说明。本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

如图1、图2所示，实施例中的装配式钢-混凝土组合结构住宅体系，包括预制钢筋混凝土剪力墙结构件、预制楼板和钢框架。其中，预制钢筋混凝土剪力墙结构件的高度高于一层层高；在上下两端设置有连接结构；混凝土7对应层楼板的位置设置有浇注预留段，便于现场浇筑。该住宅体系避免了在施工过程中使用灌浆套筒；降低了工程质量的控制难度。

预制楼板可以是混凝土空心楼板、桁架钢筋混凝土预制楼板、预制带肋底板混凝土叠合楼板、或钢筋桁架楼承板。

如图3所示，本实施例中的装配式钢-混凝土组合结构住宅体系中的预制钢筋混凝土剪力墙结构，包括混凝土7和钢筋结构。浇注时，整个剪力墙的混凝土7不是浇注为一体；而是分段浇注。混凝土7对应层楼板的位置设置有浇注预留段，楼板的钢筋或者仅上层钢筋伸入并锚固于各层预制混凝土之间的浇注预留段，并现场与楼板和预制型钢混凝土剪力墙浇注在一起，提高了建筑的结构强度和整体性，方便与周边钢梁的连接。混凝土7不覆盖两根立柱2的外侧翼缘板，以两根立柱2外侧的翼缘板作为边框。混凝土7也可以覆盖两根立柱2。

水平钢筋3的两端焊接在立柱2的外侧翼缘上；立柱的内侧翼缘宽度小于外侧翼缘宽度20至30mm,方便布放水平钢筋3。

楼板的叠合层板顶钢筋伸入预制型钢混凝土浇筑预留段内一定长度；楼板的后浇混凝土填充预制型钢混凝土浇筑预留段。

如图4所示，钢筋结构包括水平分布的竖向钢筋4以及纵向分布的水平钢筋3。为了提高剪力墙结构的强度、刚度、延性及便于连接，钢筋结构还包括若干个层钢横梁1和若干个钢立柱2组成的钢框架；钢框架可以按楼层设置。钢筋结构在各层预制混凝土之间的浇注预留段内连续通过，减少了连接接头数量，简化了施工过程。上下贯穿的竖向钢筋4可以提高装配式钢-混凝土组合结构住宅体系中预制钢筋混凝土剪力墙的强度和整体性。在装配式钢-混凝土组合结构住宅体系中预制钢筋混凝土剪力墙的上下两端的浇注预留段内设置有连接结构；通过连接结构可以方便地将若干个剪力墙结构上下串接，适用于多层或高层建筑。

横梁1为热轧H型钢梁或焊接H型钢梁。

周边钢梁11与预制型钢混凝土剪力墙结构之间的连接可以为全螺栓连接。

装配式钢-混凝土组合结构住宅体系中预制钢筋混凝土剪力墙可以采用一字型、T形、L形或十字形等形式；层钢横梁1和钢立柱2之间还可以设置斜支撑；提高钢框的强度。

预制钢筋混凝土剪力墙结构上方的横梁1（简称端部横梁）的上翼缘上设置有螺栓孔。级联时，端部横梁和上一层预制钢筋混凝土剪力墙结构的连接钢板座5通过螺栓固定连接。

连接钢板座5的底部为钢板座，厚度不低于10mm；钢板座上开设有若干个螺栓安装孔。沿长度方向竖直焊接有中央加劲肋，沿中央加劲肋长度方向排列有若干个垂直于中央加劲肋的辅助加劲肋。辅助加劲肋的位置与竖向钢筋4的设置位置对应；使竖向钢筋4的下端部可以贴在辅助加劲肋的钢板侧面上焊接，传递竖向钢筋4的内力。竖向钢筋4的上端部可以焊接在端部横梁的上翼缘的下侧面上或者在上翼缘和腹板之间的加劲肋上。

立柱2上焊接有T形梁托6，用于在吊装时，对周边横梁进行支撑。T形梁托6的顶板上开设有螺栓孔，通过螺栓将T形梁托6与周边横梁的下翼缘固定连接。

还可以设置L形连接板9，L形连接板9的底板和侧板均设置有螺栓孔，通过螺栓将L形连接板9与立柱2以及周边横梁的上翼缘固定连接。L形连接板9的底板和侧板之间可以设置加劲肋，提高连接强度。

还可以在立柱2上，周边横梁的上翼缘和下翼缘之间位置焊接连接板8，利用螺栓将连接板8与周边横梁的腹板固定连接。

连接钢板座5的两端，立柱2的底端部可以焊接T形连接底角10。T形连接底角10通过螺栓与周边横梁的上翼缘固定连接。

横梁1的腹板高度尽量与周边横梁的腹板高度一致。立柱的左右翼缘之间，横梁1的上下翼缘板对应的位置应焊接加劲肋；提高立柱2的支撑强度。

为了便于与各层楼板相连，提高结构的整体性，浇注预留段的高度不大于本层楼板厚度。

为了提高上层剪力墙结构A和下层剪力墙结构B的连接强度；连接钢板座的高度为150mm～300mm。

装配式钢-混凝土组合结构住宅体系中预制钢筋混凝土剪力墙通过以下方法制备：

1）在工厂，将型钢制成的横梁1和钢立柱2焊接成钢框，钢立柱2的上端部焊接端部横梁；下端部焊接连接钢板座5和T形连接底角10；在立柱2的侧面焊接T形梁托6和连接板8；需要的话，还可以梁柱节点区域柱翼缘间焊接加劲肋；

2）浇筑混凝土外叶板（图中未示出），混凝土外叶板上设置保温连接件（图中未示出），并进行养护；

3）混凝土外叶板养护完成后，将其置于模台上，在外叶板上放置保温层（图中未示出），保温连接件穿透保温层；如不需要保温层或不需要保温层和外叶板，可以省略步骤2）和步骤3）；

4）将钢框置于模台上；在钢框上固定水平钢筋3、竖向钢筋4；将水平钢筋3的两端部分别焊接在两个立柱2的外侧翼缘板上，竖向钢筋4的上端部焊接在端部横梁肋板上，竖向钢筋4的下端部焊接在连接钢板座5肋板上；

5）对应每层楼板的位置设置有浇注预留段；以两个内侧翼缘板为边模在两个立柱2之间浇注混凝土，浇筑的同时进行振捣；端部横梁螺栓安装孔对应的位置应设置安装螺栓或螺母的工艺槽，便于安装螺栓或螺母；

6）浇筑完成后进行混凝土养护。浇筑形成的混凝土7中间留有浇注预留段，用于现场浇筑。预制的混凝土块7将钢框分段包围。

也可以将端部横梁设置在下方，连接钢板座5设置在上方。

如图5所示，将装配式钢-混凝土组合结构住宅体系中预制钢筋混凝土剪力墙运至现场后，通过以下方法进行安装：

1）安装下层剪力墙结构B；用临时支撑固定，将装配式钢-混凝土组合结构住宅体系中预制钢筋混凝土剪力墙的钢横梁1两端T形梁托6和连接板8分别与周边钢梁11的下翼缘和腹板进行连接，设置L形连接件9与周边钢梁11的上翼缘和所述连接钢板座5分别进行连接；

2）安装装配式钢-混凝土组合结构住宅体系中预制钢筋混凝土剪力墙中各层水平楼板C，依次设置各层水平楼板钢筋；

3）浇注下层剪力墙结构B各层楼板的叠合层混凝土及浇注预留段；

4）将上层剪力墙结构A下端的钢板固定座5与下层剪力墙结构B上端的端部横梁用高强螺栓连接，，将所述连接钢板座与周边钢梁11连接；

5）在连接处浇筑预留段内设置水平分布钢筋，浇筑连接处的浇筑预留段；

6）安装上层剪力墙结构A的水平预制楼板C，依次设置水平楼板钢筋；

7）浇注混凝土填充楼板；

将上层剪力墙结构A和下层剪力墙结构B安装完毕；重复步骤1）至步骤7），直至所有层剪力墙结构均安装完毕。

上层剪力墙结构A和下层剪力墙结构B可以采用如图6所示的连接结构，将连接钢板座5可以设置为半梁连接座结构；通过高强螺栓将两个半梁连接座结构固定连接，拼接成横梁1。

还可以采用如图7所示的连接结构，将立柱2的上下两端均伸出预制混凝土7，利用螺栓通过固定钢板13，将上层剪力墙结构A和下层剪力墙结构B的立柱2固定连接在一起。在边缘构件纵筋的两端焊接连接钢板座5，连接钢板座5和竖向钢筋4的两端均伸出预制混凝土7。用连接钢板12分别焊接或高强度螺栓连接在上下两个连接钢板座5上，增强上层剪力墙结构A和下层剪力墙结构B的连接强度。

上层剪力墙结构A和下层剪力墙结构B的竖向钢筋4之间设置附加箍筋和横向分布钢筋，竖向钢筋4和附近箍筋箍住横向分布钢筋，形成上下两个暗梁，通过暗梁实现竖向钢筋4的力在上层剪力墙结构A和下层剪力墙结构B之间的传递。

与现有技术相比，预制钢筋混凝土剪力墙结构只能以一个结构层高度作为一个预制单元，导致连接接头数量多，施工效率不高；本发明利用内置钢框作为施工时承重的骨架，实现了以多个结构层高度作为一个预制单元，大大减少了连接接头的数量，可以大大提高施工效率。周边钢框柱采用热轧H型钢，便于与钢梁采用全螺栓连接；周边钢框柱与剪力墙厚度相同，剪力墙的面外抗弯承载能力更强，与钢梁连接更为方便。周边钢框立柱的腹板和内侧翼缘及外侧翼缘的内侧包覆于混凝土中，大大减少了防腐防火涂装的面积，节省了防腐涂装的费用。周边钢框立柱的外侧翼缘的外侧暴露在混凝土外，便于与周边钢梁连接。预制钢筋混凝土剪力墙结构竖向连接通常采用钢筋搭接或灌浆套筒连接方式，该种连接方式对预制构件的加工精度要求较高，现场施工困难；套筒灌浆为隐蔽工程，灌浆质量难以保证，且钢筋连接套筒成本较高。本发明：1）利用上节预制剪力墙连接钢板座与下节预制剪力墙周边钢框通过高强度螺栓相连，避免了竖向钢筋连接的难题；2）本发明预制剪力墙与钢梁通过高强度螺栓连接，上节预制剪力墙连接钢板座既起到上下预制剪力墙连接作用又起到与钢梁连接作用，一物多用，经济性较好。由于钢结构加工精度高，本发明连接方式可以保证现场施工质量；同时该连接方式无隐蔽工程，质量易于保证。本发明周边钢框可以起到安装时承重骨架、与上一层安装单元及周边钢梁11连接的连接件、同时可以约束混凝土，并与钢筋混凝土部分共同承受荷载，结构承载力更高，抗震性能更好，可以适用于高地震烈度地区。

本发明所述的一种装配式钢-混凝土组合结构住宅体系及其施工方法具有：

（1）工厂预制程度高，现场湿作业少。装配式钢-混凝土组合结构住宅体系中预制钢筋混凝土剪力墙以多个结构层高度为一个安装单元在工厂整体预制。

（2）装配化施工。装配式钢-混凝土组合结构住宅体系中预制钢筋混凝土剪力墙与钢梁及上一层装配式钢-混凝土组合结构住宅体系中预制钢筋混凝土剪力墙采用全螺栓连接方式，现场施工速度快。

（3）防腐防火性能好，且免维护。装配式钢-混凝土组合结构住宅体系中预制钢筋混凝土剪力墙中钢结构部分大部分包覆于混凝土中，防腐防火性能好，防腐防火费用大幅减少。

（4）结构、围护、保温、装饰一体化。装配式钢-混凝土组合结构住宅体系中预制钢筋混凝土剪力墙既起结构承重的功能，又起到建筑围护的功能，同时保温层可在工厂内与装配式钢-混凝土组合结构住宅体系中预制钢筋混凝土剪力墙复合，结构外叶板外表面可实现清水混凝土、装饰混凝土效果，实现结构、围护、保温、装饰一体化。

（5）抗震性能好，型钢混凝土剪力墙结构抗震性能好，可适用于高烈度区，结构适用高度大。

等等诸多优点，可以应用于多高层钢结构建筑，尤其是钢结构住宅中具有较好的推广应用前景。

上述示例只是用于说明本发明，除此之外，还有多种不同的实施方式，而这些实施方式都是本领域技术人员在领悟本发明思想后能够想到的，故，在此不再一一列举。

Claims (3)

1.一种装配式钢-混凝土组合结构住宅体系，包括预制楼板、钢梁和预制型钢混凝土剪力墙；其特征在于，所述预制型钢混凝土剪力墙的高度高于一层层高；所述预制型钢混凝土剪力墙结构包括钢筋结构和预制混凝土；钢筋结构包括水平分布的竖向钢筋以及边缘构件纵筋，纵向分布的水平钢筋和固定所述边缘构件纵筋的边缘构件箍筋；所述钢筋结构还包括若干个横梁和若干个立柱；所述横梁和所述立柱均由型钢制成；横梁的顶面与楼板的底面高度一致；所述水平钢筋的左右端部分别焊接在两个立柱的肋板上；所述预制混凝土分段设置，对应每层楼板的位置设置有浇注预留段；预制混凝土设置在两个立柱外侧翼缘之间；所述钢筋结构在各层预制混凝土之间的浇注预留段内连续通过；所述预制型钢混凝土剪力墙结构的上端或下端均设置有连接结构。

2.如权利要求1所述的装配式钢-混凝土组合结构住宅体系，其特征在于，所述浇注预留段的高度不大于本层楼板厚度。

3.如权利要求1或2中任一种装配式钢-混凝土组合结构住宅体系的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）在工厂内制作预制型钢混凝土剪力墙、梁、预制楼板；

2）运输至施工现场，吊装预制型钢混凝土剪力墙并与基础连接固定；

3）吊装钢梁并与预制型钢混凝土剪力墙连接固定；

4)吊装预制楼板，将预制楼板搁置于钢梁上翼缘；在预制楼板上绑扎钢筋，钢筋伸入钢梁上翼缘一定长度；在预制型钢混凝土剪力墙区域钢筋伸入预制型钢混凝土剪力墙浇筑预留段一定长度；

5）浇筑混凝土，使得钢梁、预制楼板、预制型钢混凝土剪力墙三者形成一个整体；

6）依次施工，完成预制型钢混凝土剪力墙高度范围内其余层钢梁和楼板的施工；

7）吊装下一个预制混凝土剪力墙，并与相邻的预制型钢混凝土剪力墙连接固定；按照3）-6）步骤逐层进行预制混凝土剪力墙高度范围内的钢梁和楼板的施工；

8）按照2）-7）的步骤依次施工，完成装配式钢-混凝土组合结构住宅体系施工。

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