CN108824635A - 用于钢结构低层建筑的支撑结构及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于钢结构低层建筑的支撑结构及其安装方法，改良了钢框架结构，减小钢柱截面，解决了室内露柱不利于建筑处理的问题；水平力完全由支撑承担，柱仅承担竖向力，带来非常经济的用钢量，达到主体钢结构、可拆卸屋架、维护墙体楼板、内装部分构件全螺栓连接。通过节点连接件实现独特的节点设计，与传统节点相比，能保证节点处连接板以及螺栓不超出梁柱轮廓范围，使得节点不突出维护构件与内外部装饰。全新的结构体系带来构件的小型化，梁构件在框架柱出打断，框架柱在建筑分层处打断，摇摆柱在梁处打断，柱在基础上定位由预埋锚栓控制，便于无施工机械地区的安装。

Description

用于钢结构低层建筑的支撑结构及其安装方法

技术领域

本发明涉及钢结构领域，具体涉及用于钢结构低层建筑的支撑结构及其安装方法。

背景技术

钢结构建筑相比传统的混凝土建筑而言，用钢板或型钢替代了钢筋混凝土，强度更高，抗震性更好。并且由于构件可以工厂化制作，现场安装，因而大大减少工期。由于钢材的可重复利用，可以大大减少建筑垃圾，更加绿色环保，因而被世界各国广泛采用，应用在工业建筑和民用建筑中。目前钢结构建筑在高层、超高层建筑上的运用日益成熟。但是在低层独栋房屋中却存在较多问题：

现有技术中的低层(3层以下)钢结构独栋房屋，比如新农村建设用房，主要有传统钢框架以及冷弯薄壁型钢两种方案，两种方案分别存在以下问题：一、钢框架存在的问题：无法满足建筑上两个需求：1、户型需要灵活布局2、室内柱不能突出墙体。而结构受力上的特点导致低层住宅侧向力起控制作用，如采用传统钢框架结构，由框架柱和框架梁组成抗侧力的框架，会需要较大的柱截面，经济性较差。二、冷弯薄壁型钢体系存在的问题：需要与轻钢龙骨结构相配套的维护体系——即夹心墙板体系，在使用中存在空质感，与我国居民的生活习惯有很大的冲突，目前推行起来很难被接受。

发明内容

本发明的目的在于提供用于钢结构低层建筑的支撑结构及其安装方法，以解决现有技术中低层钢结构建筑需要大截面立柱、推行困难的问题，实现减小钢柱截面、避免钢柱外露、降低成本、增加安装速度的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

用于钢结构低层建筑的支撑结构，包括立柱、钢梁，所述立柱包括框架柱、摇摆柱，上下相邻的两根框架柱之间通过节点连接件固定连接，所述节点连接件包括底板、顶板、以及若干块连接板，顶板上设置若干第一螺纹孔，所述连接板的底部固定在底板上，所述连接板的顶部固定在顶板上，连接板上设置第二螺纹孔，所述底板固定在节点连接件下方的框架柱的顶部，位于节点连接件上方的框架柱的底部设置安装板，所述安装板上嵌设螺母，所述安装板上的螺母与对应的顶板上的第一螺纹孔相匹配，节点连接件通过顶板，由螺栓与位于上方的框架柱固定连接；所述钢梁为工字钢，所述工字钢的两侧翼缘上下分布，工字钢的腹板位于两侧翼缘之间，腹板端部设置第三螺纹孔，所述第三螺纹孔与第二螺纹孔一一对应，节点连接件和钢梁之间通过相互匹配的第二螺纹孔、第三螺纹孔，由螺栓进行连接；还包括呈X型的纵向支撑件，所述纵向支撑件的两端分别固定于相邻两根立柱上。

针对现有技术中低层钢结构建筑需要大截面立柱、推行困难的问题，本发明提出用于钢结构低层建筑的支撑结构，其中立柱包括框架柱和摇摆柱，节点连接件用于连接上下相邻的两根框架柱，同时也用于连接框架柱与钢梁。节点连接件包括底板、顶板、以及若干块连接板，其中底板用于与下方的框架柱连接，顶板用于与上方的框架柱连接，连接板用于与钢梁连接。节点连接件通过底板与下框架柱的顶端固定连接，即是下框架柱和节点连接件在工厂内即连接为整体结构，在现场只需直接使用，避免了在现场还需临时连接节点连接件和下框架柱的繁琐工序。节点连接件与上方框架柱的连接结构为：节点连接件上方的框架柱的底部设置安装板，安装板上内嵌螺母，节点连接件的顶板上的第一螺纹孔与安装板上的螺母相匹配，通过相适应的螺栓从节点连接件的顶板上的第一螺纹孔中自下而上插入螺栓，使螺栓旋入安装板上的螺母内，从而实现节点连接件与上方框架柱之间的连接。节点连接件与钢梁的连接结构为：使得工字钢的腹板与连接板表面相互贴靠，连接板上设置第二螺纹孔与工字钢端部腹板上的第三螺纹孔一一正对，通过螺栓插入正对的第二螺纹孔、第三螺纹孔中，螺栓长度小于工字钢翼缘宽度即可。还包括呈X型纵向支撑件，的所述纵向支撑件的两端分别固定于相邻两根立柱上，即是纵向支撑件不限于是具体哪两根立柱上，根据设计需要在任意两根相邻立柱之间都可以设置纵向支撑件，任意两根相邻立柱可以是框架柱与框架柱、框架柱与摇摆柱、摇摆柱与摇摆柱，完全以力学设计为依据进行设置。纵向支撑件呈X型，将上部载荷通过纵向支撑件向下传递。传统的钢结构建筑所构建的力学体系中，需要立柱抵抗水平方向的作用力，如地震、外界干扰等带来的作用力，而对于低层建筑而言，水平方向的作用力相对较大、竖向的载荷相对较小，因此这就导致了现有技术中低层钢结构建筑都需要截面很大的钢材作为立柱。而本申请中通过X型的纵向支撑件构件起了新的力学体系，水平作用力传递至本结构时，由X型的纵向支撑件将其分节为倾斜向下的压力与倾斜向上的拉力，水平作用力完全由X型的纵向支撑件进行支撑承担，立柱仅仅承担竖向力，而低层钢结构建筑的竖向力本身就较小，因此本申请中的立柱可以选用更小截面的立柱。此外，由于安装板上螺母的嵌设结构，使得节点处连接板以及螺栓不超出梁柱轮廓范围，使得节点不突出维护构件与内外部装饰，解决了传统钢结构节点外露不美观的问题。本方案无需使用夹心墙板体系，采用传统维护体系即可实现，因此还解决了现有技术中冷弯薄壁型钢体系难以在我国大面积推广的难题。

最底层的立柱的底端连接承载件，所述承载件包括与立柱底端固定连接的支撑体、以及固定于于支撑体底部的扩大底板，所述扩大底板上设置若干安装孔，所述安装孔的上端与对应的立柱的底端之间具有间距。本方案中的最底层的立柱，包括了最底层的框架柱和摇摆柱。最底层的框架柱和摇摆柱都通过承载件与混凝土基础进行连接，扩大底板上的安装孔为预埋的锚栓提供安装工位，使得最底层的立柱与预埋锚栓得以连接。支撑体用于撑起立柱的底端，使得安装孔的上端与对应的立柱的底端之间具有间距，从而便于将预埋锚栓穿过安装孔后通过螺母等进行固定，同时方便的通过调整扩大底板上方的各螺母的松紧程度，对立柱的垂直度进行调节。

优选的，所述支撑体包括承载板、以及四块钢板，所述承载板与立柱的底端固定连接，所述四块钢板呈十字型分布，四块钢板的一端与扩大底板固定连接、另一端与承载板固定连接。通过十字型分布的四块钢板，将承载板与扩大底板之间的区域分为四部分，类似四个象限的空间结构，使得安装孔在每个象限内独立分布，更加精确的实现对立柱垂直度的调节。

优选的，还包括设置在钢梁之间的水平支撑。通过水平支撑提高本结构对水平力的抵抗能力。水平支撑使用连接在钢梁之间的支撑型钢即可。

所述钢梁的两侧翼缘均开设第四螺纹孔，位于钢梁上方的摇摆柱的底部、位于钢梁下方的摇摆柱的顶部也设置安装板，所述安装板上嵌设螺母，所述螺母与第四螺纹孔一一对应，钢梁与摇摆柱之间通过相互匹配的螺母、第四螺纹孔，由螺栓进行连接。本方案为摇摆柱与钢梁之间的连接提供了具体细化方案，使得摇摆柱与钢梁的连接螺栓不超出梁柱轮廓范围，使得节点不突出维护构件与内外部装饰，进一步解决了传统钢结构节点外露不美观的问题。

所述钢梁的腹板上沿着长轴方向等间距开设若干圆孔，所述圆孔直径≥100mm。用于供水电暖通设备管线通过。

此外，钢梁上下翼缘还可开螺栓孔，作为维护装配用标准连接位置。可连接包括维护墙板、轻钢屋架、门框窗框连接、吊顶龙骨连接、楼面水平支撑连接等。

用于钢结构低层建筑的支撑结构的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)根据所需纵向支撑件的数量和位置，提前预制带纵向支撑件的立柱；在框架柱需要与节点连接件相连的一端设置好安装板；在摇摆柱需要与钢梁相连的一端设置好安装板；

(b)安装最底层的框架柱，调整最底层的框架柱至竖直，在每个框架柱的顶部安装节点连接件；

(c)安装首层钢梁，使钢梁的端部与节点连接件相连；之后安装最底层的摇摆柱，使最底层的摇摆柱的顶端与钢梁通过螺栓连接；

(d)自下而上安装下一层框架柱，使下一层框架柱的底部与节点连接件相连；安装下一层钢梁，钢梁的端部与该层内的节点连接件相连；再安装下一层的摇摆柱，使该层内的摇摆柱的底端与之前一层的钢梁的上翼缘连接，该层内的摇摆柱的顶端与该层的钢梁的下翼缘连接；

(e)重复步骤(d)，直至完成安装。

本方案自下而上逐层完成对低层钢结构建筑的框架安装，首选安装的是最底层的框架柱，之后安装首层钢梁，再安装最底层的摇摆柱，完成底层的安装。之后自下而上逐层向上进行安装，每层的安装顺序都依次为框架柱、钢梁、摇摆柱。

用于钢结构低层建筑的安装方法，最底层的立柱的底端的安装方法为：

(A)提前在最底层的立柱底端连接承载件，所述承载件包括与立柱底端固定的承载板、四块钢板、与四块钢板固定连接的扩大底板，所述四块钢板呈十字型分布；

(B)将扩大底板与混凝土基础内预埋的柱脚螺栓进行连接，使得预埋的柱脚螺栓穿过扩大底板上的安装孔；

(C)在穿过安装孔的柱脚螺栓上套设螺母，通过对扩大底板上所有螺母的松紧调整，调整最底层的立柱至垂直。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、改良了钢框架结构，大大减小钢柱截面，解决了室内露柱不利于建筑处理的问题；水平力(如地震作用)完全由支撑承担，柱仅承担竖向力，带来非常经济的用钢量。

2、构件全螺栓装配，且预留模块化装配孔位，以集成化设计思路将主体结构作为维护以及装饰装修的基础，达到主体钢结构、可拆卸屋架、维护墙体楼板、内装部分构件全螺栓连接。

3、通过节点连接件实现独特的节点设计，与传统节点相比，能保证节点处连接板以及螺栓不超出梁柱轮廓范围，使得节点不突出维护构件与内外部装饰，解决了传统钢结构节点外露不美观的问题。

4、全新的结构体系带来构件的小型化，梁构件在框架柱出打断，框架柱在建筑分层处打断，摇摆柱在梁处打断，柱在基础上定位由预埋锚栓控制，使得单个梁柱构件重量能够基本控制在50kg以内，便于无施工机械地区的安装。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的立面图；

图2为本发明具体实施例的结构示意图；

图3为本发明具体实施例的爆炸图；

图4为图3中A处的局部放大图；

图5为图3中B处的局部放大图；

图6为图3中C处的局部放大图；

图7为本发明具体实施例的俯视图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-框架柱，2-摇摆柱，3-钢梁，4-底板，5-顶板，6-连接板，7-第二螺纹孔，8-安装板，9-螺母，10-第三螺纹孔，11-纵向支撑件，12-支撑体，13-扩大底板，14-安装孔，15-承载板，16-第四螺纹孔，17-圆孔，18-第一螺纹孔，19-水平支撑。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

用于钢结构低层建筑的支撑结构，如图1至图7所示，包括立柱、钢梁3，所述立柱包括框架柱1、摇摆柱2，上下相邻的两根框架柱1之间通过节点连接件固定连接，所述节点连接件包括底板4、顶板5、以及若干块连接板6，顶板5上设置若干第一螺纹孔18，所述连接板6的底部固定在底板4上，所述连接板6的顶部固定在顶板5上，连接板6上设置第二螺纹孔7，所述底板4固定在节点连接件下方的框架柱1的顶部，位于节点连接件上方的框架柱1的底部设置安装板8，所述安装板8上嵌设螺母9，所述安装板8上的螺母9与对应的顶板5上的第一螺纹孔18相匹配，节点连接件通过顶板5，由螺栓与位于上方的框架柱1固定连接；所述钢梁3为工字钢，所述工字钢的两侧翼缘上下分布，工字钢的腹板位于两侧翼缘之间，腹板端部设置第三螺纹孔10，所述第三螺纹孔10与第二螺纹孔7一一对应，节点连接件和钢梁3之间通过相互匹配的第二螺纹孔7、第三螺纹孔10，由螺栓进行连接；还包括呈X型的纵向支撑件11，所述纵向支撑件11的两端分别固定于相邻两根立柱上。

实施例2：

用于钢结构低层建筑的支撑结构，在实施例1的基础上，最底层的立柱的底端连接承载件，所述承载件包括与立柱底端固定连接的支撑体12、以及固定于于支撑体12底部的扩大底板13，所述扩大底板13上设置若干安装孔14，所述安装孔14的上端与对应的立柱的底端之间具有间距。所述支撑体12包括承载板15、以及四块钢板，所述承载板15与立柱的底端固定连接，所述四块钢板呈十字型分布，四块钢板的一端与扩大底板13固定连接、另一端与承载板15固定连接。还包括设置在钢梁3之间的水平支撑。所述钢梁3的两侧翼缘均开设第四螺纹孔16，位于钢梁3上方的摇摆柱2的底部、位于钢梁3下方的摇摆柱2的顶部也设置安装板8，所述安装板8上嵌设螺母9，所述螺母9与第四螺纹孔16一一对应，钢梁3与摇摆柱2之间通过相互匹配的螺母9、第四螺纹孔16，由螺栓进行连接。所述钢梁3的腹板上沿着长轴方向等间距开设若干圆孔17，所述圆孔17直径为100mm。可连接包括维护墙板、轻钢屋架、门框窗框连接、吊顶龙骨连接、楼面水平支撑连接等。

本实施例的安装方法包括以下步骤：

(a)根据所需纵向支撑件11的数量和位置，提前预制带纵向支撑件11的立柱；在框架柱1需要与节点连接件相连的一端设置好安装板8；在摇摆柱2需要与钢梁3相连的一端设置好安装板8；

(b)安装最底层的框架柱1，调整最底层的框架柱1至竖直，在每个框架柱1的顶部安装节点连接件；

(c)安装首层钢梁3，使钢梁3的端部与节点连接件相连；之后安装最底层的摇摆柱2，使最底层的摇摆柱2的顶端与钢梁3通过螺栓连接；

(d)自下而上安装下一层框架柱，使下一层框架柱的底部与节点连接件相连；安装下一层钢梁，钢梁的端部与该层内的节点连接件相连；再安装下一层的摇摆柱，使该层内的摇摆柱的底端与之前一层的钢梁的上翼缘连接，该层内的摇摆柱的顶端与该层的钢梁的下翼缘连接；

(d)重复步骤(d)，直至完成安装。

作为更优选的实施例，最底层的立柱的底端的安装方法为：

(A)提前在最底层的立柱底端连接承载件，所述承载件包括与立柱底端固定的承载板15、四块钢板、与四块钢板固定连接的扩大底板13，所述四块钢板呈十字型分布；

(B)将扩大底板13与混凝土基础内预埋的柱脚螺栓进行连接，使得预埋的柱脚螺栓穿过扩大底板13上的安装孔14；

(C)在穿过安装孔14的柱脚螺栓上套设螺母，通过对扩大底板13上所有螺母的松紧调整，调整最底层的立柱至垂直。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.用于钢结构低层建筑的支撑结构，包括立柱、钢梁(3)，所述立柱包括框架柱(1)、摇摆柱(2)，其特征在于，上下相邻的两根框架柱(1)之间通过节点连接件固定连接，所述节点连接件包括底板(4)、顶板(5)、以及若干块连接板(6)，顶板(5)上设置若干第一螺纹孔(18)，所述连接板(6)的底部固定在底板(4)上，所述连接板(6)的顶部固定在顶板(5)上，连接板(6)上设置第二螺纹孔(7)，所述底板(4)固定在节点连接件下方的框架柱(1)的顶部，位于节点连接件上方的框架柱(1)的底部设置安装板(8)，所述安装板(8)上嵌设螺母(9)，所述安装板(8)上的螺母(9)与对应的顶板(5)上的第一螺纹孔(18)相匹配，节点连接件通过顶板(5)，由螺栓与位于上方的框架柱(1)固定连接；所述钢梁(3)为工字钢，所述工字钢的两侧翼缘上下分布，工字钢的腹板位于两侧翼缘之间，腹板端部设置第三螺纹孔(10)，所述第三螺纹孔(10)与第二螺纹孔(7)一一对应，节点连接件和钢梁(3)之间通过相互匹配的第二螺纹孔(7)、第三螺纹孔(10)，由螺栓进行连接；还包括呈X型的纵向支撑件(11)，所述纵向支撑件(11)的两端分别固定于相邻两根立柱上。

2.根据权利要求1所述的用于钢结构低层建筑的支撑结构，其特征在于，最底层的立柱的底端连接承载件，所述承载件包括与立柱底端固定连接的支撑体(12)、以及固定于于支撑体(12)底部的扩大底板(13)，所述扩大底板(13)上设置若干安装孔(14)，所述安装孔(14)的上端与对应的立柱的底端之间具有间距。

3.根据权利要求2所述的用于钢结构低层建筑的支撑结构，其特征在于，所述支撑体(12)包括承载板(15)、以及四块钢板，所述承载板(15)与立柱的底端固定连接，所述四块钢板呈十字型分布，四块钢板的一端与扩大底板(13)固定连接、另一端与承载板(15)固定连接。

4.根据权利要求1所述的用于钢结构低层建筑的支撑结构，其特征在于，还包括设置在钢梁(3)之间的水平支撑(19)。

5.根据权利要求1所述的用于钢结构低层建筑的支撑结构，其特征在于，所述钢梁(3)的两侧翼缘均开设第四螺纹孔(16)，位于钢梁(3)上方的摇摆柱(2)的底部、位于钢梁(3)下方的摇摆柱(2)的顶部也设置安装板(8)，所述安装板(8)上嵌设螺母(9)，所述螺母(9)与第四螺纹孔(16)一一对应，钢梁(3)与摇摆柱(2)之间通过相互匹配的螺母(9)、第四螺纹孔(16)，由螺栓进行连接。

6.根据权利要求1所述的用于钢结构低层建筑的支撑结构，其特征在于，所述钢梁(3)的腹板上沿着长轴方向等间距开设若干圆孔(17)，所述圆孔(17)直径≥100mm。

7.基于权利要求1至6中任一所述的用于钢结构低层建筑的支撑结构的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)根据所需纵向支撑件(11)的数量和位置，提前预制带纵向支撑件(11)的立柱；在框架柱(1)需要与节点连接件相连的一端设置好安装板(8)；在摇摆柱(2)需要与钢梁(3)相连的一端设置好安装板(8)；

(b)安装最底层的框架柱(1)，调整最底层的框架柱(1)至竖直，在每个框架柱(1)的顶部安装节点连接件；

(c)安装首层钢梁(3)，使钢梁(3)的端部与节点连接件相连；之后安装最底层的摇摆柱(2)，使最底层的摇摆柱(2)的顶端与钢梁(3)通过螺栓连接；

(d)自下而上安装下一层框架柱，使下一层框架柱的底部与节点连接件相连；安装下一层钢梁，钢梁的端部与该层内的节点连接件相连；再安装下一层的摇摆柱，使该层内的摇摆柱的底端与之前一层的钢梁的上翼缘连接，该层内的摇摆柱的顶端与该层的钢梁的下翼缘连接；

(e)重复步骤(d)，直至完成安装。

8.根据权利要求7所述的用于钢结构低层建筑的安装方法，其特征在于，最底层的立柱的底端的安装方法为：

(A)提前在最底层的立柱底端连接承载件，所述承载件包括与立柱底端固定的承载板(15)、四块钢板、与四块钢板固定连接的扩大底板(13)，所述四块钢板呈十字型分布；

(B)将扩大底板(13)与混凝土基础内预埋的柱脚螺栓进行连接，使得预埋的柱脚螺栓穿过扩大底板(13)上的安装孔(14)；

(C)在穿过安装孔(14)的柱脚螺栓上套设螺母，通过对扩大底板(13)上所有螺母的松紧调整，调整最底层的立柱至垂直。