CN110230351A - 装配式建筑钢结构体系及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式建筑钢结构体系及施工方法，该体系包括由钢管柱和钢梁组成的立体框架体系，钢管柱是由多个钢带通过焊接形成的多棱柱，且在其上具有插接部，所述钢梁的端部与插接部之间插接连接，并根据需要在插接点设置乳化沥青。本发明技术中，钢梁的两端与插接部之间形成全包覆结构，包覆的有效面积大，结合强度更高，所以抗震能力和节点本身的牢靠程度，远远大于传统的连接技术。且乳化沥青的使用，可以在节点处形成冷热断桥，有利于建筑的节能。

Description

装配式建筑钢结构体系及安装方法

技术领域

该发明涉及装配式建筑施工技术领域，尤其是一种装配式轻钢结构的安装节点及施工、安装方法。

背景技术

目前，轻钢结构被广泛应用于办公楼、别墅、仓库、体育场馆、娱乐、旅游建筑和低、多层住宅建筑等领域。

针对轻钢建筑中的节点连接技术，具有广泛的应用场景，例如：

CN102561510A中公开了一种轻钢技术，该技术中，包括两片相对平行的片柱、通过自攻螺丝连接在两片片柱之间的片柱用中撑连接板、通过自攻螺丝连接在片柱底部的基础连接件、以及通过自攻螺丝连接在片柱顶部的屋架连接件，所述屋架包括两片相对平行的桁架和通过自攻螺丝连接在两片桁架之间的桁架用中撑连接板。这也是一种常用的轻钢连接技术，该技术的特点是：采用连接件完成梁、柱之间的连接，或者完成梁、梁之间的连接，这种技术，连接件是起到直接连接作用的，通过自攻螺钉在连接件与梁、柱之间的连接完成，这种连接的轻钢结构无需焊接。

通常来说，焊接节点由于会对轻钢结构节点部位造成焊接应力，以及需要二次防腐、高空焊接作业等操作，逐渐的被淘汰。

CN 205100364 U中公开了一种快速搭建的轻钢结构房屋架构及房屋，各个矩形框架结构单元由数个钢管依次首尾相接组成，各个矩形框架结构单元之间通过钢管相连接，各个钢管的横截面为矩形截面，各个钢管的端部形成连接节点，各个连接节点处的各个钢管之间通过螺栓交错连接。这种结构，螺栓会对钢管端部造成局部破坏，造成失效，所以应用较少。

因此，无论是焊接连接还是自攻螺钉的连接，以上两种结构，都会在连接节点位置造成强度的局部削弱。

同时，上述安装节点结构中，钢梁的安装位置，需要根据建筑工人的经验进行确定，并辅助测量、引线等，会产生诸多的有害的效应，例如，容易产生定位安装偏差，这种效应进一步地给钢结构建筑带来了不利的影响。

设计学中，理想状态下，轻钢梁柱节点安装位置，既不破坏梁柱等钢管的原有结构，连接强度和刚度不降低，即，不打孔、不焊接，又能够起到良好的安装强度，是钢结构技术人员所追求的。同时，理想状态下，在搭建钢结构体系的过程中，如果钢构件自身具有精准定位的属性，更是设计师所希望的。

CN 106836481 B中公开了一种轻钢结构矩管梁柱连接节点，包括方管柱、两个安装套和两个矩管主梁，方管柱上贯穿的设有一个矩管悬背梁，两个安装套对称固定在矩管悬背梁的两端位置处，两个矩管主梁分别与两个安装套固定，安装套内设有固定板和支座。即，通过局部强化的方式完成连接，虽然安装及拆卸方便，整体结构连接强度高，但是结构非常复杂，制作成本是上述两种的数倍，且依然需要对梁柱打孔形成安装点。

本发明旨在实现一种具有精准定位属性的，利于梁柱安装的，且梁柱受力部件更加优异的钢结构体系。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种装配式钢结构体系及安装方法，要求满足无损伤快速安装的要求，同时实现抗震、耗能的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

装配式建筑钢结构体系，包括由钢管柱和钢梁组成的立体框架体系，其特征在于，

钢管柱，是由多个钢带通过焊接形成的多棱柱，且在每一所述钢带上通过折弯工艺形成至少一个向外凸出的插接部，且在该插接部焊接有补片，形成插槽；也就是说，该插接部是钢管柱的一部分，且两者之间是一体结构，且不是焊接连接，该处具有更加优异的力学性能，当强震发生时，此处可以保证不开裂，这是由于补片和钢管柱的共同局部强化形成的。

所述钢梁的端部按照以下择一方式与所述钢管柱进行连接：

A、所述钢梁端部插入所述插槽；

B、所述插接部插入钢梁端部内腔。

两者择一，实现安装方式的灵活多样。

所述钢梁为断面为工字形的工字钢，或者为断面为矩形的钢管，或者为断面为C形的槽钢。

在所述钢梁和插接部之间设置有紧固螺钉，该紧固螺钉用于辅助的锁定。

所述钢管柱的上下两端设置有向内的内翻边。

所述钢带进行表面强化处理。

所述钢带上有加强筋，该处的加强筋可以有效的提高钢柱的承压性能。

所述插接部和钢管柱之间设置有加强肋。

所述钢管柱和钢梁彼此垂直设置。

所述钢梁和所述插接部的插接部位设置乳化沥青，形成冷热的断桥，有利于建筑的节能。

所述钢管柱内、外套置的多层结构，内部的钢管柱的高度大于外部的钢管柱的高度，且分别在两个钢管柱的上部设置有插接部。

装配式建筑钢结构体系的安装方法，其特征在于，按顺序进行以下步骤：

步骤一，工厂制作钢管柱和钢梁，钢管柱和钢梁具有上述的属性，并运输至施工现场；

步骤二，吊装并固定钢管柱，将钢管柱固定在地基基础上；

步骤二，吊装并将钢梁的两端与对应的钢管柱插接连接，依次完成所有的钢梁的安装；

步骤三，进行楼面的安装。

在步骤一中，钢管柱的制作过程为：将钢带开卷、校平后，进行裁剪、钣金折弯形成外凸的插接部，所述插接部焊接补片形成插槽，并将多片钢带焊接形成多棱柱构造的钢管柱，最后进行防腐处理。

本发明的有益效果是：

本发明是一种新型结构的轻钢结构体系，尤其是钢管柱与传统的钢管柱具有明显不同，在装配式施工过程中，无焊接作业，且不破坏节点位置钢管柱的原有结构，整体的强度更高。

本发明中钢管柱的受力更加合理，钢管柱自身带有插接结构，且不是焊接结构，更加符合强柱弱梁的设计要求，抗震效果更好。

本发明技术，梁柱节点位置是一种半活动的连接结构，在强震发生时，钢梁和插接部之间具有相对滑移的空间，消耗地震能量，所以抗震效果更好。

本发明技术中，钢梁的两端与插接部之间形成全包覆结构，包覆的有效面积大，结合强度更高，所以抗震能力和节点本身的牢靠程度，远远大于传统的连接技术。

本发明技术尤其适用于轻钢建筑的快速搭建。

附图说明

图1为时实施例一中装配式轻钢结构体系立体图。

图2为图1的平面布置图。

图3为钢管柱的立体图。

图4为钢管柱的剖视图。

图5为组成钢管柱的钢带成型图。

图6为连接套筒的示意图。

图7为钢管柱和钢梁局部组成图。

图8为钢梁的立体图。

图9为梁柱安装节点的剖视图。

图10为紧固状态下的梁柱安装节点。

图11为钢管钢梁与钢管柱的连接。

图12为C字形的钢梁与钢管柱的连接。

图13为钢梁与钢管柱的节点示意图。

图14为实施例二的梁柱节点示意图。

图15为实施例三的示意图。

图16为实施例四的示意图。

图17为实施例五的示意图。

图18为实施例六的示意图。

图19为实施例七的示意图。

图20为实施例七局部示意图。

图21为实施例七的剖视图。

图22为实施例八的示意图。

图中：100钢管柱，101标准方钢，102接缝，

110钢带，111插接部，112补片，113插槽，1131强化肋板，

120内翻边，

130筋，131挡板，

140肋板，

200套筒，

300钢梁，

310腹板，311窗孔，

320自攻螺钉。

具体实施方式

实施例一

以钢管柱、钢梁的连接方式为例进行说明其中的一种实施方式，例如在图1中，由梁柱构成的轻钢结构体系。

下面结合说明书附图1至说明书附图13中的系列的、局部的或者全局的构造视图，对本发明的实质、实施过程进行详细的讲解，申请人尽可能的进行详细的描述，但是仍然不排除有没有详尽交代之处，对于本实施例中的用词不当、不尽人意之处，技术人员可按照本领域的技术常识、知识进行理解。

本实施例中的上、下等方位词参考重力坐标系。本实施例中近端和远端是以参考点为原点进行描述的。

本实施例中，钢管柱采用薄壁钢带焊接成型，也就是说，该钢管柱100是由四条钢带110 通过焊接的方式成型的，这种结构有别于传统的方钢管结构的钢柱，钢管柱具体构造以及成型工艺如下：

首先，将宽度为50毫米的厚度为0.5毫米的钢带110开卷、校平后，进行裁剪，本实施例中，每条钢带的长度为单个层高，也就是3米的长度，然后在距离顶部20厘米的位置通过钣金设备进行折弯形成一个外凸的插接部111，并在该对应的插接部的所述钢带的内侧通过焊接的方式形成一个强化的补片112，该补片为同材质、同厚度的钢片，通常该补片的形式为竖向的，形成局部强化，并形成一个局部的围合结构。也就是说，该补片的存在，使得该插接部111和补片112之间形成一个断面是矩形的插槽113，对，就是一个插槽，通常的该插槽是通透的，该插槽用于和钢梁进行插接配合，当然，这通透的结构仅仅限于本实施例。对的，没错，除此之外，必然存在着非通透的插槽113，非通透的插槽具有另外的特点和优势，这一点将在后面的实施例中进行说明。

本实施例中，该插槽113是垂直于钢管柱的长度方向的，且四个插槽的位置是在同一个高度的，是的，没错，这种配置要求也是仅仅限定在本实施例中，这种结构用的最多，在没有特别限定的情况下，尽可能多的配置可以参考后续的实施例，是的，在后面的实施例中将会对这一点进行更加详细的描述。

这种结构的优点是，可以满足水平面的楼面层的搭建。

当若干插槽113以不同高度、螺旋的方式布置在钢管柱上后，钢管柱设计为多棱柱，例如八棱柱，可以形成螺旋楼梯的支撑钢骨架，这种结构本实施例不再给出具体的结构图。技术人员应该能够想象的到，在一个八棱柱上，自上而下以螺旋的方式形成一系列的插槽，然后安装一系列的钢梁，这种结构多用于一些异性等特殊的部位，例如若干钢梁形成螺旋楼梯的支撑点。

上述的四条钢带110准备好后，进行整体的拼接，具体的拼接过程是，将四条钢带的四个转角处通过焊接的方式连接，并保证上述的四个插槽113务必位于外围，是的，参考图3 和图4，这样必然在钢管柱的外围形成四个向外的插槽，就是这样。

最后进行表面镀锌工艺，形成防腐层。

钢管柱的下端，也可以做成常见的连接结构---法兰盘，用于和地基的基础进行连接，本段落不再详细的介绍。

本实施例中钢管柱100的上下两端采用插接的原理进行插接连接，并辅助的使用螺钉的、套筒200进行连接。

为了辅助插接连接，将钢管柱100的顶端和低端进行向内部的折弯，或者称之为内翻边 120，这样当上下钢管柱进行结合或者连接时，上下两根钢管柱在贴合面处形成局部的面接触，这种面接触接触面接更大，可以提高两者的连接强度。这种结构可以满足非焊接的连接要求。

在大多数情况下，钢管柱的上下两端可以采用焊接的连接方式进行连接，关于钢管柱与钢管柱的连接样式，并非本发明的重点。

需要说明的是，上述的钢管柱的连接方式仅仅是一种示例，并不是唯一的方式。

以上是钢管柱的成型工艺。

断面为工字形的钢梁300的成型工艺如下：

在钢梁的腹板310上机加工窗孔311，具有足够的轻量化。在表面进行镀锌工艺。

本实施例的安装方式中，首先将钢管柱100安装在基础桩上，然后将钢梁300的两端分别的插入到对应的插槽113中，参考图1和图2，在本钢结构体系中，钢梁300两端会被与之相交处的其他的钢梁进行轴向的限位，这种限位是彼此穿插设置的，所以不会脱落。且这种结构中，同一钢管柱上的钢梁是彼此不同轴线的，彼此重叠，更加的便于安装，提高安装效率，以及安装后节点的稳固性。

作为一种容易实施的，在该过程中，在钢梁300和插槽结合面位置使用乳化沥青进行预填充，具有更加优异的连接性能，更加优异的减震性能，以及更加优异的粘结性能。

作为一种强化梁柱连接强度的手段，在插槽113所在的钢带和钢梁所结合的位置使用自攻螺钉进行强化连接，没错，钢梁的一端与其中一个钢管柱进行固定连接，另一端为自由伸缩状态，当然也可以将钢梁的两端同时使用自攻螺钉320紧固在两个对应的插接部上，用于锁紧。也可以理解为，自攻螺钉的作用在于强化连接，且并不受主要的支撑力，钢管柱和钢梁之间的受力主要依靠插接部进行承担，例如压力。自攻螺钉的作用更多在于限制钢梁在水平方向的移位，使得结构相对的稳固。事实上，钢梁两端会形成自我的限位，参考图1，也就是说，钢梁的两端会收到与之相邻的钢梁的限位。

当然，作为一种可实施的替代，上述的钢梁300也可以采用方钢管、C字梁替代，如图 11和图12所示。

根据使用要求，可以将钢梁两端的插接部位设置乳化沥青涂层，在此处形成冷热的断桥，断开冷热传递路径，同时乳化沥青冷却后具有一定的粘结性，提高梁柱节点位置的连接强度，抗滑动、抗震能力。

实施例二

参考图14，本实施例中，插槽113所在的位置和状态，并非是垂直于钢管柱的长度方向的，适用于特殊安装位置。例如，这种结构适用于具有一定斜度的梁的安装，例如各种带有坡面的屋顶、阳台的位置。也就是说，在钢带110的钣金制作阶段，将插槽113设计成和钢管柱成一定夹角的，具有一定斜度的结构即可。在安装过程中，配合自攻螺钉可以进行辅助的固定，完成梁柱的安装工作。

实施例三

参考图15，针对多层的钢结构建筑，钢管柱100部分采用套娃的方式进行预先设置，使得，套娃技术在钢结构中的具体应用，具体的，将钢管柱100加工成不同的尺寸系列，例如本实施例，钢管柱包括内外套置的结构，内部的钢管柱的高度大于外部的钢管柱的高度，且内部的钢管柱套置在外部的钢管柱内。钢管柱100，套置，其中位于外侧钢管柱尺寸内径与内部的钢管柱的外径相当，且外侧的钢管柱上，对应的插槽位置不设置补片，其中的内部的钢管柱充当补片的角色，具有很好的抗压强度。通常，外侧的钢管柱用于支撑低层的楼面负重，内侧的钢管柱支撑高层的楼面负重，这种结构尤其适用于层高不高于三层的轻钢别墅结构。这种套娃式的布局，可以避免钢管柱之间的焊接，且这种结构的优势还在于，最底层的钢管柱是由多层组成的，抗弯和抗折强度更高，顶部的钢管柱是单层。这种结构更加符合建筑物本身的受力特点。例如，建筑物自重的作用下，自上而下承受的压力越来越大，所以这种结构可以很好的满足这些要求。

本实施例充分利用钢管柱下部承受力大的部位双层设置，上部承受力小的部位单层设置的特性，可以满足多层轻钢结构的搭接任务。

实施例四

参考图16，钢管柱的一种结构形态转换，其中，钢管柱有两段组成，钢管柱的大部分采用标准方钢101，插槽部位及所在钢管柱为一体结构，在钢管柱和标准方钢管之间进行焊接，焊接的接缝102位于水平位置，具有较佳的受力特性，焊点不易脱落。

实施例五

在实施例一的基础上，参考图17，钢管柱100，沿着竖向的方向设置有强化的筋130，例如，该筋130的样式为凹凸结构的筋条等。这种筋的形成是在钢带焊接之前完成的，例如，作为一种可实现的简单成型方式，在钢带展平阶段使用专用模具滚压形成。

进一步地，在对应的插槽113的内部设置挡板131，挡板的作用在于对钢梁300形成端部的定位。

实施例六

参考图18，在插槽113所在的钢带的下部转角处外侧焊接肋板140，肋板为三角形结构，提高此处的抗撕裂能力。例如，在每个插槽外壁处的下侧设置两个三角形的肋板。当然也可以在插槽的上侧设置肋板，形成局部强化结构。

实施例七

参考19至图21，本实施例与上述的六个实施例具有本质的区别，具体的，在本实施例中，插槽所在的插接部作为承插点使用，也就是说使用方形或者矩形的钢管作为钢梁使用，且钢梁300的两端是以插接的样式插接在插接部上的，并使用紧固螺钉进行辅助的固定。这种配合方式，是以钢梁为承插件，以插接部为被插件进行配合的，最终形成一种有效的连接方式。

根据使用场合和钢梁的跨度计算，插槽113内部可以根据需要进行强化肋板1131的设置，对插接部凸起的强度进行辅助的强化。

本实施例中，插接部的外凸尺寸根据钢梁的跨度设计，留出足够的伸缩空间。

作为一种技术优势，在将钢带形成钢管柱之前的步骤中，可以对钢带的表面进行各种强化处理，例如通过滚压形成强化的筋，对表面进行强化处理，对局部薄弱环节进行加厚处理等，以满足抗震、抗扭的建筑要求。

作为一种技术优势，本发明可以适用于几乎所有的轻钢结构中钢梁和钢柱的连接需求。

实施例八

参考图22，在节点位置进行细节的优化。具体地，将插接部进行二次折弯，形成一个类似于M形的结构，同样的，将补片位置进行二次折弯，形成Ω结构，这样，插槽位置的空间中形成一个工字形的空间，也就是说，该插槽所在的空间是一个类似于工字形的仿形空间，用于和工字钢梁进行配合，且在配合节点位置具有优于实施例一的节点强度，连接强度更高。

Claims (10)

1.装配式建筑钢结构体系，包括由钢管柱和钢梁组成的立体框架体系，其特征在于，

钢管柱，是由多个钢带通过焊接形成的多棱柱，且在每一所述钢带上通过折弯工艺形成至少一个向外凸出的插接部，且在该插接部焊接有补片，形成插槽；

所述钢梁的端部按照以下择一方式与所述钢管柱进行连接：

A、所述钢梁端部插入所述插槽；

B、所述插接部插入钢梁端部内腔。

2.根据权利要求1所述的装配式建筑钢结构体系，其特征在于，所述钢梁的断面为工字形，或者断面为矩形，或者为断面为C形的槽钢。

3.根据权利要求2所述的装配式建筑钢结构体系，其特征在于，在所述钢梁和插接部之间设置有紧固螺钉。

4.根据权利要求1所述的装配式建筑钢结构体系，其特征在于，所述钢管柱的上下两端设置有向内的内翻边。

5.根据权利要求1所述的装配式建筑钢结构体系，其特征在于，所述钢带进行表面强化和防腐处理。

6.根据权利要求1所述的装配式建筑钢结构体系，其特征在于，所述钢梁和所述插接部的插接部位设置乳化沥青。

7.根据权利要求1所述的装配式建筑钢结构体系，其特征在于，所述插接部和钢管柱之间焊接有加强肋。

8.根据权利要求1所述的装配式建筑钢结构体系，其特征在于，所述钢管柱内、外套置的多层结构，内部的钢管柱的高度大于外部的钢管柱的高度，且分别在两个钢管柱的上部设置有插接部。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的装配式建筑钢结构体系的安装方法，其特征在于，按顺序进行以下步骤：

步骤一，工厂制作钢管柱和钢梁，其中，钢管柱上有插接部，并运输至施工现场；

步骤二，吊装并固定钢管柱，将钢管柱固定在地基基础上；

步骤二，吊装并将钢梁的两端与对应的钢管柱插接连接，依次完成所有的钢梁的安装，形成钢结构框架；

步骤三，进行楼面结构的安装。

10.根据权利要求9所述的安装方法，其特征在于，

在步骤一中，钢管柱的制作过程为：将钢带开卷、校平后，进行裁剪、钣金折弯形成外凸的插接部，所述插接部焊接补片形成插槽，并将多片钢带焊接形成多棱柱构造的钢管柱，最后进行防腐处理。