CN110306665A - 装配式钢结构住宅体系及其节点安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种装配式钢结构住宅体系及其节点安装方法，通过在住宅角部处及中部设置以横截面宽度不小于墙厚，横截面长度较大的宽扁形矩形钢管为主体构成的钢柱构件，形成窄柱结构，实现将钢柱藏于墙内的目的，使住宅在纵向上无需另设置侧向支撑；此外，配合在钢柱构件上设置沿住宅的平面长边延伸方向设置的牛腿，将节点从钢柱构件外移，并通过螺栓组件进行钢梁构件与钢柱构件或钢梁构件与牛腿之间的连接安装，实现现场焊接工作最小化的目的。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构设计施工技术领域，具体来说涉及装配式钢结构住宅体系及其节点安装方法。
背景技术
现有的钢结构住宅一般采用带侧向支撑或不带侧向支撑的框架结构体系，这种结构体系柱截面一般较大，在室内能看到裸露的钢梁和钢柱，相对于不凸出墙面的混凝土剪力墙结构来说，居民难以接受；此外，现有的钢结构住宅在框架节点处多采用栓焊连接，安装速度慢，现场焊接质量难以保证，对焊接人员要求高，不便于装配式钢结构的推广；另外，现有的采用螺栓连接的框架体系，一般上下翼缘和腹板均需设置节点板，螺栓在上翼缘凸出梁顶面，影响楼板安装，且螺栓数量大，成本高。这些问题均有待进一步改进。
发明内容
鉴于上述情况，本发明提供一种装配式钢结构住宅体系及其节点安装方法，通过在住宅角部和中间处设置以窄边矩形钢管为主体构成的钢柱构件，形成窄柱结构，实现将钢柱藏于墙内的目的，使住宅在纵向上无需另设置或少量设置侧向支撑从而不影响立面窗户和门洞开设；此外，配合在钢柱构件上设置沿住宅的平面长边延伸方向设置的牛腿，将节点从钢柱构件外移，并通过螺栓组件进行钢梁构件与钢柱构件或钢梁构件与牛腿之间的连接安装，实现现场焊接工作最小化的目的，且由于节点位于弯矩最小处，节点抗震性能卓越。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是提供一种装配式钢结构住宅体系，所述住宅的钢结构包括钢柱构件、钢梁构件及牛腿；其中，所述钢柱构件，包括横截面呈矩形的钢管，所述钢柱构件具有对应所述横截面长边的二第一侧面以及对应所述横截面短边的二第二侧面；所述钢梁构件，连接于相邻的二所述钢柱构件之间，所述钢梁构件的横截面为H型；所述牛腿，安装于所述钢柱构件的第一侧面及/或第二侧面；令所述牛腿的一端与所述钢柱构件固定连接，另一端通过端板式螺栓与所述钢梁构件固定连接，所述牛腿自所述钢柱构件延伸至与其连接的钢梁构件的反弯点处。
本发明装配式钢结构住宅体系的进一步改进在于，所述住宅包括至少四个钢柱构件，所述至少四个钢柱构件分别设于所述住宅的角部处，定义所述设于住宅角部处的钢柱构件为第一钢柱；所述第一钢柱的横截面长边和所述住宅的平面长边延伸方向一致，所述牛腿沿所述延伸方向安装。
本发明装配式钢结构住宅体系的更进一步改进在于，所述住宅还包括其它钢柱构件设置在所述住宅的转角处或中间内隔墙处，定义所述设于住宅转角处或中间内隔墙处的钢柱构件为第二钢柱，所述第二钢柱以横截面短边或以横截面长边和所述住宅的平面长边朝一致的方向延伸。
本发明装配式钢结构住宅体系的进一步改进在于，所述牛腿包括形成H型横截面的上翼缘板、下翼缘板及腹板；所述上翼缘板和所述下翼缘板分别延伸形成连接板段，所述连接板段穿越所述钢柱构件并焊接固定于所述钢柱构件的端部，所述腹板的端部板缘焊接固定于所述钢柱构件的第一侧面及/或第二侧面上。
本发明装配式钢结构住宅体系的更进一步改进在于，所述螺栓组件包括托梁端板、钢梁端板以及成组配对组合的第一螺接件及第二螺接件，其中，所述托梁端板焊接在所述牛腿远离所述钢柱构件的末端横截面上，所述钢梁端板焊接在所述钢梁构件的两端截面上；令所述钢梁构件以所述钢梁端板与所述牛腿上的托梁端板对合，通过若干组所述第一螺接件和第二螺接件对穿螺锁于所述托梁端板及钢梁端板上，以固定连接所述钢梁构件与所述牛腿。
本发明装配式钢结构住宅体系的进一步改进在于，所述钢柱构件的钢管内部灌注有混凝土。
本发明装配式钢结构住宅体系的进一步改进在于，所述钢管的横截面矩形的短边宽度不大于住宅的墙体厚度。
另外，本发明还提供一种装配式钢结构住宅体系的节点安装方法，其方法步骤包括：
构件预制步骤：利用矩形钢管制成钢柱构件；利用型钢预制形成钢梁构件；
钢柱构件布置步骤：将钢柱构件竖向布置于所述住宅的角部及/或转角处；
牛腿安装步骤：将牛腿安装于所述钢柱构件的横截面短边及/或横截面长边的侧面上；所述牛腿自所述钢柱构件侧面延伸的长度接近或位于与其连接的钢梁构件的反弯点处；
钢梁构件安装步骤：将钢梁构件沿所述住宅的平面长边或平面短边延伸方向进行安装，利用螺栓组件将钢梁构件的两端与二所述牛腿进行连接安装，或者，利用螺栓组件将钢梁构件的两端与二所述钢柱构件的侧面进行连接安装，以构成所述装配式钢结构住宅体系的节点。
本发明装配式钢结构住宅体系的节点安装方法的进一步改进在于，所述钢柱构件布置步骤中，使住宅角部的钢柱构件的横截面长边和所述住宅的平面长边延伸方向一致。
本发明装配式钢结构住宅体系的节点安装方法的进一步改进在于，所述钢柱构件布置步骤中，还包括在所述钢柱构件的钢管内部灌注混凝土。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
(1)本发明通过以横截面宽度很小的矩形钢管作为钢柱构件的主体而形成一种窄柱结构，使钢柱构件易于被隐藏在住宅的墙体内，使房屋室内不露梁露柱，增加房屋的使用面积，提高业主居住的舒适感受；钢柱横截面长度较大，使得房屋纵向外墙可以不布置支撑，门窗位置可以灵活布置，也解决了支撑处不便于安装墙体的问题
(2)本发明通过将所述牛腿安装于所述钢柱构件的侧面上，使得和钢梁构件连接的节点外移，从而节点所需螺栓连接数量大大减少，结构抗震性能提高；
(3)本发明通过以螺栓作为节点连接的主要方法，实现施工速度快，受天气影响小，对现场施工人员技术要求低，施工质量有保证。
本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明和权利要求得以充分体现，并可通过所附权利要求中特地指出的手段、装置和它们的组合得以实现。
附图说明
图1是本发明装配式钢结构住宅体系的节点的平面示意图。
图2是本发明图1中1-1剖线的结构剖视示意图。
图3是本发明图2中2-2剖线的结构剖视示意图。
附图标记与部件的对应关系如下：
钢柱构件10；第一侧面101；第二侧面102；钢管11；混凝土12；钢梁构件20；牛腿30；上翼缘板31；下翼缘板32；腹板33；连接板段34；螺栓组件40；托梁端板41；孔411；钢梁端板42；第一螺接件43；第二螺接件44。
具体实施方式
在这里将公开本发明的详细的具体实施方案。然而应当理解，所公开的实施方案仅仅是本发明的典型例子，并且本发明可以通过多种备选形式来实施。因此，这里所公开的具体结构和功能细节不是限制性的，仅是以权利要求为原则，作为向本领域技术人员说明不同实施方式的代表性原则。
为利于对本发明的了解，以下结合附图及实施例进行说明。
本发明提供一种装配式钢结构住宅体系及其节点安装方法。本发明装配式钢结构住宅体系主要包括钢结构、墙体、楼板；所述钢结构的梁、柱藏于所述墙体内，所述钢结构的梁、柱连接处构成所述住宅体系的节点；所述楼板与所述钢结构连接并受其支撑以设于住宅的楼层位置；本发明装配式钢结构住宅体系可应用于一般的高层住宅。其中，请参阅图1至图3，所述钢结构包括钢柱构件10、钢梁构件20、牛腿30；所述钢柱构件10、所述钢梁构件20及所述牛腿30是通过在工厂预制而成的构件，以在施工现场通过螺栓连接来实现一种装配式钢结构住宅体系的节点安装。
如图1至图3所示，所述钢柱构件10包括横截面呈矩形的钢管11，所述钢柱构件10具有对应所述横截面长边的二第一侧面101以及对应所述横截面短边的二第二侧面102；所述钢梁构件20连接于相邻的二所述钢柱构件10之间；所述牛腿30安装于所述钢柱构件10的第一侧面101及/或第二侧面102，令所述牛腿30的一端与所述钢柱构件10连接，另一端通过端板式螺栓组件40与所述钢梁构件20连接，且所述牛腿30伸出所述钢柱构件10外部的长度较佳延伸至与其连接的钢梁构件20的反弯点处。
于本发明实施例中，所述钢柱构件10采用长宽比例较大的矩形钢管11，形成窄柱状结构；所述钢管11的管内可根据施工需求灌注混凝土12。其中，所述钢管11的横截面矩形的短边宽度(矩形宽度)以小于住宅的墙体厚度为准。具体地，所述钢管11的横截面矩形的短边宽度较佳为不大于200mm，更佳为小至150mm；所述钢管11的横截面矩形的长边宽度可根据抗侧刚度的需求进行调整，较佳为大于或等于600mm。
本发明装配式钢结构住宅体系包括至少四个钢柱构件10，所述四个钢柱构件10分别设于所述住宅的四个角部处，定义所述四个钢柱构件10为第一钢柱；本发明装配式钢结构住宅体系还可包括其他钢柱构件10，用于设置在所述住宅的转角处或中间内隔墙处，定义所述其他钢柱构件10为第二钢柱。
于本发明实施例中，如图1所示，所述第一钢柱的横截面长边和所述住宅的平面长边延伸方向一致；所述牛腿30沿所述延伸方向安装，以将钢柱构件10隐藏于住宅的墙体内，避免房屋建成后室内露梁露柱的问题。此外，通过前述第一钢柱特定的设置形态，能够在房屋纵向方向，于钢柱构件10的截面形成较大的回转半径，从而在住宅的纵向上不需要额外设置侧向支撑，正好满足房屋纵向门窗较多不便于设置支撑的要求。另外，所述第二钢柱可根据住宅设计，以横截面短边或以横截面长边和所述住宅的平面长边朝一致的方向延伸。
应被理解的是，本发明装配式钢结构住宅体系中的钢柱构件10布置位置可根据实际施工状况进行数量及方向的调整，并不限于本发明实施例。例如，本发明应用于高层住宅时，可包括四个以上的钢柱构件10，所述钢柱构件10可设于住宅的角部及/或转角处。
所述牛腿30具体为三块钢板焊接而成，且如图3形成H型横截面，所述三块钢板分别为上翼缘板31、下翼缘板32及腹板33，如图2所示，所述上翼缘板31和所述下翼缘板32分别延伸形成连接板段34，所述连接板段34穿越所述钢柱构件10并焊接固定于所述钢柱构件10的端部，所述腹板33的端部板缘则焊接固定于所述钢柱构件10的侧面上(第一侧面101及/或第二侧面102)。
如图2、图3所示，所述钢梁构件20为横截面与所述牛腿30的H型横截面尺寸一致的H型截面，以使所述钢梁构件20能够与所述牛腿30良好地连接并被安装隐藏于墙体内。具体地，所述钢梁构件20可采用H型截面的型钢制作而成。
所述牛腿30与所述钢梁构件20之间采用端板式螺栓组件40连接。具体地，如图1、图2、图3所示，所述牛腿30远离所述钢柱构件10的末端横截面上焊接有托梁端板41，所述钢梁构件20的两端分别焊接有钢梁端板42，所述托梁端板41、钢梁端板42开设有位置及数量对应的孔411、421。所述螺栓组件40还包括第一螺接件43以及第二螺接件44，所述第一螺接件43、第二螺接件44分别成形有头部及身部，其中，所述第一螺接件43的身部末端向头部开设有螺孔；令所述第一螺接件43的身部穿置于所述孔411、421之内，所述第二螺接件44的身部末端表面设有螺纹，以锁入所述第一螺接件43身部未端的螺孔内，以实现钢梁构件20与牛腿30的安装连接。
于本发明实施例中，具体地，所述反弯点大约位于所述钢梁构件20跨度的十分之一。是以，由于所述牛腿30与钢梁构件20的连接节点位置接近钢梁构件20上的反弯点，节点仅需传递很小的弯矩，故采用高强度螺栓组件40以端板进行连接即可满足内力要求。在现场安装时所述牛腿30和钢梁构件20的连接只需要扭紧螺栓组件40即可，不需要再在牛腿和钢梁的翼缘处焊接。
以上说明了本发明装配式钢结构住宅体系的具体实施方式，以下请配合参阅图1至图3，说明本发明装配式钢结构住宅体系的节点安装方法。
本发明装配式钢结构住宅体系的节点安装方法的步骤包括：
构件预制步骤：利用矩形钢管11制成钢柱构件10；利用型钢预制形成钢梁构件20。其中，所述钢管11的管内可依据施工需求灌注混凝土12。
钢柱构件布置步骤：将钢柱构件10竖向布置于所述住宅的角部及/或转角处，并使住宅角部的钢柱构件10的横截面长边和所述住宅的平面长边延伸方向一致。
牛腿安装步骤：将牛腿30安装于所述钢柱构件10的横截面短边及/或横截面长边的侧面上；所述牛腿30自所述钢柱构件10侧面延伸的长度是与其连接的钢梁构件20的反弯点处。
钢梁构件安装步骤：将钢梁构件20沿所述住宅的平面长边或平面短边延伸方向进行安装，利用螺栓组件40将钢梁构件20的两端与二所述牛腿30进行连接安装，或者，利用螺栓组件40将钢梁构件20的两端与二所述钢柱构件10的侧面进行连接安装，以构成所述装配式钢结构住宅体系的节点。
以上结合附图及实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种装配式钢结构住宅体系，所述钢结构住宅体系包括钢柱构件、钢梁构件及牛腿；其特征在于：
所述钢柱构件，包括横截面呈矩形的钢管，所述钢柱构件具有对应所述横截面长边的第一侧面以及对应所述横截面短边的第二侧面；
所述钢梁构件，连接于相邻的二所述钢柱构件之间，所述钢梁构件的横截面为H型；
所述牛腿，安装于所述钢柱构件的第一侧面及/或第二侧面；令所述牛腿的一端与所述钢柱构件固定连接，另一端通过端板式螺栓与所述钢梁构件固定连接，所述牛腿自所述钢柱构件延伸至与其连接的钢梁构件的反弯点处。
2.根据权利要求1所述的装配式钢结构住宅体系，其特征在于：
所述住宅包括至少四个钢柱构件，所述至少四个钢柱构件分别设于所述住宅的角部处，定义所述设于住宅角部处的钢柱构件为第一钢柱；所述第一钢柱的横截面长边和所述住宅的平面长边延伸方向一致，所述牛腿沿所述延伸方向安装。
3.根据权利要求2所述的装配式钢结构住宅体系，其特征在于：
所述住宅还包括其它钢柱构件设置在所述住宅的转角处或中间内隔墙处，定义所述设于住宅转角处或中间内隔墙处的钢柱构件为第二钢柱，所述第二钢柱以横截面短边或以横截面长边和所述住宅的平面长边朝一致的方向延伸。
4.根据权利要求1所述的装配式钢结构住宅体系，其特征在于：
所述牛腿包括形成H型横截面的上翼缘板、下翼缘板及腹板；所述上翼缘板和所述下翼缘板分别延伸形成连接板段，所述连接板段穿越所述钢柱构件并焊接固定于所述钢柱构件的端部，所述腹板的端部板缘焊接固定于所述钢柱构件的第一侧面及/或第二侧面上。
5.根据权利要求4所述的装配式钢结构住宅体系，其特征在于：
所述螺栓组件包括托梁端板、钢梁端板以及成组配对组合的第一螺接件及第二螺接件，其中，所述托梁端板焊接在所述牛腿远离所述钢柱构件的末端横截面上，所述钢梁端板焊接在所述钢梁构件的两端截面上；令所述钢梁构件以所述钢梁端板与所述牛腿上的托梁端板对合，通过若干组所述第一螺接件和第二螺接件对穿螺锁于所述托梁端板及钢梁端板上，以固定连接所述钢梁构件与所述牛腿。
6.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的装配式钢结构住宅体系，其特征在于：
所述钢柱构件的钢管内部灌注有混凝土。
7.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的装配式钢结构住宅体系，其特征在于：
所述钢管的横截面矩形的短边宽度不大于住宅的墙体厚度。
8.一种装配式钢结构住宅体系的节点安装方法，其特征在于，所述安装方法的步骤包括：
构件预制步骤：利用矩形钢管制成钢柱构件；利用型钢预制形成钢梁构件；
钢柱构件布置步骤：将钢柱构件竖向布置于所述住宅的角部及/或转角处；
牛腿安装步骤：将牛腿安装于所述钢柱构件的横截面短边及/或横截面长边的侧面上；所述牛腿自所述钢柱构件侧面延伸的长度接近或位于与其连接的钢梁构件的反弯点处；
钢梁构件安装步骤：将钢梁构件沿所述住宅的平面长边或平面短边延伸方向进行安装，利用螺栓组件将钢梁构件的两端与二所述牛腿进行连接安装，或者，利用螺栓组件将钢梁构件的两端与二所述钢柱构件的侧面进行连接安装，以构成所述装配式钢结构住宅体系的节点。
9.根据权利要求8所述的装配式钢结构住宅体系的节点安装方法，其特征在于：
所述钢柱构件布置步骤中，使住宅角部的钢柱构件的横截面长边和所述住宅的平面长边延伸方向一致。
10.根据权利要求8所述的装配式钢结构住宅体系的节点安装方法，其特征在于：
所述钢柱构件布置步骤中，还包括在所述钢柱构件的钢管内部灌注混凝土。
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