CN108755955A - 冷弯薄壁型钢房屋纵横墙间加强结构 - Google Patents

Abstract

一种冷弯薄壁型钢房屋纵横墙间加强结构，包括相互配合的梁和墙架柱：墙架柱含下层柱和上层柱；梁包括楼层梁（23），下层房屋U型钢顶梁（7）和上层房屋U型钢底梁（8）；下层柱的顶部镶嵌在U型钢顶梁（7）开口中并固定；上层柱的底部镶嵌在U型钢底梁（8）开口中并固定；下层柱与上层柱之间由连接件（12）连接；下层柱与U型钢顶梁（7）之间连接有抗拔件（17）；上层柱与U型钢底梁（8）之间连接有抗拔件（17）；U型钢顶梁（7）和U型钢底梁（8）之间连接有H型钢层间加强部件（6）；其特征在于：部分上层柱与U型钢底梁（8）之间连接有斜向支撑件和/或部分下层柱与U型钢顶梁（7）之间连接有斜向支撑件。

Description

冷弯薄壁型钢房屋纵横墙间加强结构

技术领域

本发明涉及一种装配式冷弯薄壁型钢房屋纵横墙加强结构体系，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重要形式。

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。

中国专利申请201611100380.1号公开了一种多层房屋冷弯薄壁型钢梁柱结构体系，包括相互配合的梁和墙架柱，该专利技术中，H型钢叠层焊接组合加强部件和角钢共同作用，能够有效的提高内墙的抗扭转能力，但是将该加强部件应用于墙体中时，仅能够提高墙体在楼层连接处墙体内的抗力能力。

中国专利申请201611100381.6号公布了一种冷弯薄壁型钢房屋内墙层间加强部件，中国专利201611100380.1公布了一种冷弯薄壁型钢结构房屋内墙结构体系，中国专利201610876110.3公布了一种冷弯薄壁型钢房屋层间加强部件，中国专利201610876109.0公布了一种冷弯薄壁型钢结构房屋外墙结构体系。这些方法的采用对提高楼层连接处墙体面内抗力能力、提高楼层板平面内刚度、提高楼层梁与墙体面内连接作用明显，但并未提及如何加强纵横向墙体间，墙体面外与楼面板间如何加强，尤其是结构进入到弹塑性状态后，自攻螺钉失效造成顶底U型梁与楼层梁间，墙板与墙架柱间连接失效后如何避免楼层梁与上下层墙架柱在楼层梁连接处拉脱，是保证该结构体系在强震作用下安全需考虑的关键问题。

房屋结构体系布置中，墙体呈纵横向设置状态，楼板与墙体间通过楼层梁处的C型钢梁与墙架柱的U型顶底梁连接，这些构造均可以提供墙体面外加强。但通过组合墙体-组合楼板连接的低周往复加载试验表明，在连接加载到承载能力极限状态时，墙体和楼层板间由于往复荷载作用下该区域的自攻螺钉失效，也会造成边部及角部墙体面板失效，进而造成墙与楼板间连接失效，诱发结构发生连续性倒塌。因此需对二者间的作用进行增强，以提高二者间协同工作的能力，同时增强纵横向墙体间的相互作用。

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，能明显提高纵横向组合墙体拉结能力，进而达到能有效提高结构整体抗侧、抗扭能力和承受水平荷载作用能力的冷弯薄壁型钢房屋纵横墙间加强结构。

本发明的具体技术方案是：

一种冷弯薄壁型钢房屋纵横墙间加强结构，包括相互配合的梁和墙架柱：

墙架柱由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；

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；

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；

下层柱与上层柱之间由连接件通过自攻螺钉连接；

下层柱内壁与U型钢顶梁之间连接有抗拔件；

上层柱内壁与U型钢底梁之间连接有抗拔件；

下层的U型钢顶梁和上层的U型钢底梁之间通过自攻螺钉连接有H型钢层间加强部件；

其特征在于

部分上层柱内壁中部与U型钢底梁中部之间连接有斜向支撑件；

和/或：

部分下层柱内壁中部与U型钢顶梁中部之间连接有斜向支撑件。

进一步的方案是：斜向支撑件是角钢

进一步的方案是：斜向支撑件是带花篮螺栓的拉杆组件。

本发明在具体实施时可以是：

斜向支撑件与上层柱、下层柱、U型钢底梁、U型钢顶梁之间的具体连接方式可以是：在斜向支撑件两端焊接端板，端板通过螺栓或自攻螺钉再与上层柱、下层柱、U型钢底梁、U型钢顶梁的腹板中部连接。

对于角墙及边墙，其墙架柱和U型钢顶梁及底梁之间通常设置角钢斜向支撑件，角钢宜采用等边L60角钢。角钢支撑可压可拉，承载能力强，能提高结构弹性状态下的刚度，避免承载能力极限状态墙梁连接的失效。

对于中间墙，其墙架柱和U型钢顶梁及底梁之间适宜设置带花篮螺栓的拉杆组件。通过旋钮花篮螺栓可实现拉杆组件的长度调节，给墙架柱和楼层梁增加拉紧力（预应力）。

本发明的优点是：

依托墙架柱和顶底梁之间的斜向支撑件（角钢或者带花篮螺栓的拉杆组件），能够部分承担水平荷载，使纵横向组合墙体间协调工作能力更强，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，进而提高结构整体受力性能；

角墙及边墙设置角钢斜向支撑，可压可拉，承载能力强，提高结构弹性状态下的刚度，避免承载能力极限状态时墙梁连接的失效。

在中间墙设置含花篮螺栓的拉杆，能够提高正常使用极限状态下结构的刚度，避免承载能力极限状态墙梁连接的失效。

由于边墙在楼层连接处布置不对称，受到的作用也不对称，所以，在墙体外边墙处采用角钢支撑加强，不仅可以承受拉力，还能部分承受边墙体传来的压力；对于中间墙，布置对称，采用带花篮螺栓的拉杆组件进行支撑，通过转动花篮螺栓，可以给墙柱提供一个预紧力，能够对纵横墙进行拉紧加强，提高墙柱之间的抗侧能力。

由此，采用本发明的结构，即使部分自攻螺钉失效后，虽然刚度降低，但不会发生墙体与楼层梁连接处的失效，能明显提高房屋结构在强外力作用下的抗破坏能力，构成连接抗破坏的第二道防线。此种构造加强措施，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，相关设计方法依然适用，工艺简单，造价低，易于运输和安装，适用性强。该加强结构不会明显增加房屋综合造价和房屋重量，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；地震等外力作用时，能够有效增强楼层连接处薄弱部位的面外抗侧抗扭能力，因此抗震效果好；建筑物拆除后，构件易于拆除且可重复使用，且安装在墙体平面内，不影响建筑美观及正常使用。

附图说明

图1是本发明的冷弯薄壁型钢结构房屋角墙加强三维示意图。

图2是本发明的冷弯薄壁型钢结构房屋边墙加强三维示意图。

图3是本发明的冷弯薄壁型钢结构房屋中间墙加强三维示意图。

图4是本发明中角钢支撑连接示意图。

图5是本发明中含花篮螺栓的拉杆组件连接示意图。

图6是本发明中层间加强部件示意图。

图中：1-上部边墙架柱；2-C型钢；3-下部边墙架柱；4-下部角柱；5-上部角柱；6-H型钢层间加强部件；7-U型钢顶梁；8-U型钢底梁；9-角钢；10-螺栓；11-端板；12-连接件；13-自攻螺钉；14-抗拔锚栓；15-螺母；16-垫片；17-抗拔件；18-楼面结构板；19-C型钢；20-纵向连接件；21-横向连接件；22-孔洞；23-C型钢楼层梁；24-花篮螺栓；25-拉杆组件；26-螺栓孔；27-中间上部墙架柱；28-中间下部墙架柱；29-H型钢螺栓孔。

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、图4、图5和图6，一种冷弯薄壁型钢结构房屋墙体面外加强方法，其特征在于：

一种冷弯薄壁型钢房屋纵横墙间加强结构，包括相互配合的梁和墙架柱：

墙架柱含下层柱和上层柱，由两根背靠背紧贴并用自攻螺钉13固定的C型钢2构成，其中角墙墙架柱由四根背靠背紧贴并用自攻螺钉13固定的C型钢19构成；

梁包括C型钢楼层梁23，连接相邻两个墙架柱的开口向下的下层房屋U型钢顶梁7和开口向上的上层房屋U型钢底梁8；

下层柱的顶部镶嵌在U型钢顶梁7向下的开口中并通过自攻螺钉13固定；

上层柱的底部镶嵌在U型钢底梁8向上的开口中并通过自攻螺钉13固定；

下层柱与上层柱之间由连接件12通过自攻螺钉13连接；

下层柱内壁与U型钢顶梁7之间连接有抗拔件17；

上层柱内壁与U型钢底梁8之间连接有抗拔件17；

下层的U型钢顶梁7和上层的U型钢底梁8之间通过自攻螺钉13连接有H型钢层间加强部件6；

其特征在于：

角墙墙架柱上层柱内壁中部与U型钢底梁8中部之间连接有斜向支撑件，下层柱内壁中部与U型钢顶梁7中部之间连接有斜向支撑件角钢9，见图1。

边墙墙架柱上层柱内壁中部与U型钢底梁8中部之间连接有斜向支撑件角钢9，见图2。

中间墙墙架柱上层柱内壁中部与U型钢底梁8中部之间连接有斜向支撑件，下层柱内壁中部与U型钢顶梁7中部之间连接有斜向支撑件，其斜向支撑件是带花篮螺栓24的拉杆组件25，见图3。

边墙墙架柱包括上部边墙架柱1、下部边墙架柱3，中间墙墙架柱包括中间上部墙架柱27、中间下部墙架柱28。

角墙墙架柱是用自攻螺钉13固定四根C型钢19构成的十字形角柱，包括上部角柱5和下部角柱4。

U型钢顶梁7的端部上开有与抗拔锚栓14相匹配的孔，U型钢底梁8端部上开有与抗拔锚栓14相匹配的孔；

U型钢顶梁7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7向下的开口中并通过自攻螺钉13固定；

U型钢底梁8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8向上的开口中并通过自攻螺钉13固定；

U型钢底梁8以及楼面结构板18边缘开螺栓孔，螺栓孔螺栓孔尺寸以及间距和H型钢层间加强部件6上翼缘边缘的螺栓孔尺寸匹配，用螺栓10将H型钢层间加强部件6和U型钢底梁8以及楼面结构板18固定；

将角钢9两端相同侧的一肢切割成45°，采用角焊缝焊接到端板11上，角钢9和端板11间成45°角；

拉杆组件25中间带花篮螺栓24，拉杆组件25通过角焊缝连接到端板11上，拉杆组件25和端板11间成45°角；

其中，斜向支撑件一端的端板11固定在上层柱内壁中部另一端的端板11固定在底梁8中部，或者斜向支撑件一端的端板11固定在下层柱内壁中部另一端的端板11固定在顶梁7中部。

Claims (3)

1.一种冷弯薄壁型钢房屋纵横墙间加强结构，包括相互配合的梁和墙架柱：

墙架柱由C型钢（2、19）构成，含下层柱和上层柱；

梁包括C型钢楼层梁（23），连接相邻两个墙架柱的开口向下的下层房屋U型钢顶梁（7）和开口向上的上层房屋U型钢底梁（8）；

下层柱的顶部镶嵌在U型钢顶梁（7）向下的开口中并通过自攻螺钉（13）固定；

上层柱的底部镶嵌在U型钢底梁（8）向上的开口中并通过自攻螺钉（13）固定；

下层柱与上层柱之间由连接件（12）通过自攻螺钉（13）连接；

下层柱内壁与U型钢顶梁（7）之间连接有抗拔件（17）；

上层柱内壁与U型钢底梁（8）之间连接有抗拔件（17）；

下层的U型钢顶梁（7）和上层的U型钢底梁（8）之间通过自攻螺钉（13）连接有H型钢层间加强部件（6）；

其特征在于：

部分上层柱内壁中部与U型钢底梁（8）中部之间连接有斜向支撑件；

和/或：

部分下层柱内壁中部与U型钢顶梁（7）中部之间连接有斜向支撑件。

2.根据权利要求1所述的冷弯薄壁型钢房屋纵横墙间加强结构，其特征在于斜向支撑件是角钢（9）。

3.根据权利要求1所述的冷弯薄壁型钢房屋纵横墙间加强结构，其特征在于斜向支撑件是带花篮螺栓（24）的拉杆组件（25）。