CN110439103A - 装配式钢结构住宅体系及其建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式钢结构住宅体系及建造方法，体系包括竖向单元、水平梁和装配式墙板；竖向单元有钢管混凝土单柱、波纹板剪力墙单元及短肢异形波纹板剪力墙单元；波纹板剪力墙及短肢异形波纹板剪力墙单元包括钢管混凝土立柱、连梁和横肋波纹板，单元内钢管混凝土柱与层高处连梁形成波纹板的约束框架；水平梁连接各竖向构件形成整体结构；装配式墙板采用螺栓固定于上下层水平梁之间。该体系采用小尺寸钢管混凝土柱为竖向承重构件，构件中混凝土为工厂灌注，波纹板剪力墙提供结构抗侧。有益效果：可实现主体结构构件全预制，减少现场施工工序；波纹板墙可降低用钢量且保证抗侧；竖向构件可藏于墙体内，适用于住宅建筑使用需求。

Description

装配式钢结构住宅体系及其建造方法

技术领域

本发明属于住宅建筑技术领域，特别是涉及一种装配式钢结构住宅体系及其建造方法。

背景技术

现有钢结构住宅大部分为钢板剪力墙结构体系，如钢板组合剪力墙、钢管排列焊接形成钢管束剪力墙体系，类似体系应用上不够灵活，用钢量较大。

并且现有钢板或钢管于混凝土组合形成的钢结构住宅剪力墙体系，还存在以下缺陷：

1、当3-4层一个预制段工厂中灌注成型时会造成整个剪力墙构件重量太大，现场较难满足吊装要求，因此大都采用现场灌注混凝土的方式，难以实现装配化施工和快速施工要求。

2、立柱截面尺寸较大，应用于住宅时会产生露梁、漏柱等问题，不利于住宅室内空间使用美观及舒适性要求，且不利于住宅家居布置。

3、现有钢框架支撑结构钢结构住宅中，由于支撑设置常导致装配式条板无法应用。

4、现有钢板剪力墙式钢结构住宅应用中，传统平钢板作为剪力墙时会需要足够的厚度以延缓平板面整体屈曲效应，且由于屈曲产生无法充分发挥抗剪能力，提早产生整体鼓曲。且平钢板剪力墙抗侧时，在整体屈曲后会形成对角方向拉力带，对于边缘梁柱构件将产生较大的附加应力。如果采用组合钢板剪力墙以及平钢板剪力墙用于钢结构住宅，钢板较薄时会导致面外刚度差，加工过程中会使得焊接变形难以控制，而钢板厚度增大对于用钢量提高效应明显，造价增大。并且在组合钢板剪力墙施工当剪力墙钢板较薄时中也容易产生围护钢板的向外鼓曲，难以保证施工精度和难以发挥受力性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种提高装配化程度施工、加快施工进度的装配式钢结构住宅体系及其建造方法。

本发明提供的这种装配式钢结构住宅体系，它包括竖向单元、水平梁和装配式墙板；竖向单元包括钢管混凝土单柱、波纹板剪力墙单元及短肢异形波纹板剪力墙单元；波纹板剪力墙及短肢异形波纹板剪力墙单元包括钢管混凝土立柱、连梁和波纹板，单元内钢管混凝土柱与层高处连梁形成波纹板的约束框架；水平梁连接各竖向单元形成整体结构；装配式墙板与上、下层水平梁通过螺栓连接。

所述短肢异形波纹板剪力墙单元包括置于墙体转角区域的短肢T型波纹板剪力墙或L型波纹板剪力墙；所述短肢异形波纹板剪力墙单元内在钢管混凝土立柱之间对应层高位置处设有斜撑。

所述波纹板采用横肋类型，焊接于所述约束框架内。

所述钢管混凝土单柱和所述钢管混凝土立柱均采用方钢管和填充于钢管内的混凝土，钢管的端部侧壁上设有现场灌浆孔。

所述水平梁为工字钢梁，所述工字钢梁与所述方钢管混凝土柱之间采用栓焊混合连接。

所述装配式墙板有两类，分别为装配式条板和整体装配式墙板，所述装配式墙板与上下层所述水平梁之间通过螺栓可拆卸连接。

本发明还提供了一种上述装配式钢结构住宅体系的建造方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、预制各竖向单元；

预制钢管混凝土单柱方钢管，向钢管混凝土单柱内浇注混凝土并养护至具有初强度；

预制剪力墙单元中钢管混凝土立柱的方钢管和连梁，将工字形连梁与立柱方钢管焊接连接形成约束框架；

预制短肢异形剪力墙单元中钢管混凝土立柱的方钢管和连梁，将工字形连梁与立柱方钢管焊接连接形成约束框架，在层高位置处立柱方钢管之间焊接方钢管支撑；

预制横肋波纹板，将横肋波纹板焊接于剪力墙单元及短肢异形剪力墙单元的约束框架内；

向剪力墙单元及短肢异形剪力墙单元中钢管混凝土立柱的方钢管内浇注混凝土并养护至具有初强度；

步骤二、预制水平梁；

步骤三、将竖向单元和水平单元运输至在搭建场地；

步骤四、吊装各竖向单元并竖直布置；

步骤五、吊装各水平单元至各竖向单元上，并连成整体框架；

步骤六、在上下水平梁单元之间安装墙板。

本发明先预制水平梁和钢管混凝土单柱方钢管，向钢管内浇注混凝土并养护至具有初强度，形成钢管混凝土柱；其次预制剪力墙单元中钢管混凝土立柱的方钢管和连梁，将工字形连梁与立柱方钢管焊接连接形成约束框架；对于异形剪力墙将多个方钢管排列成T形或L形，在相邻方钢管之间楼层高度处焊接各连梁，形成异形约束框架，在层高位置处立柱方钢管之间焊接方钢管支撑；再预制横肋波纹板，将横肋波纹板焊接于剪力墙单元及短肢异形剪力墙单元的约束框架内形成剪力墙竖向构件；向剪力墙单元及短肢异形剪力墙单元中钢管混凝土立柱的方钢管内浇注混凝土并养护至具有初强度；将各预制构件运输至建设场地，将各竖向单元吊装至设计位置，吊装各水平梁并与竖向单元连接，并连成整体框架；最后在上下层水平梁之间安装墙板即可。

整个体系主要通过横肋波纹板提供结构抗侧，波纹板自身波纹构造能增大板件稳定，在采用薄钢板时仍可提供较大抗侧刚度，横肋波纹板可仅参与结构水平抗侧，能避免在竖向荷载作用下屈曲，保证较为稳定的水平向抗侧能力；通过钢管混凝土柱作为主要竖向承重构件，构件中混凝土为工厂灌注，实现主体结构及墙板全预制，减少现场施工工序，还可实现结构柱藏于墙体内，适用于住宅建筑使用需求。

附图说明

图1为本发明一个优选实施例的布置示意图。

图2为本优选实施例中钢管混凝土单柱的横截面示意图。

图3为本优选实施例中短肢异形波纹板剪力墙单元的轴测示意图。

图4为本优选实施例中相邻两短肢异形波纹板剪力墙单元拼接处放大示意图。

图示序号：

1-钢管混凝土单柱；2-水平钢梁；3-波纹板剪力墙；4-L形短肢波纹板剪力墙；5-T形短肢波纹板剪力墙；6-装配式条板；7-整体装配式墙板；8-剪力墙单元钢管混凝土立柱；9-连梁；10-横肋波纹板；11—方钢管；12—内填混凝土；13-斜撑；14-上下预制单元现场拼接焊缝；15-现场灌浆孔

具体实施方式

本实施例公开的这种装配式钢结构住宅体系，由竖向单元和水平梁2形成主体骨架，采用装配式墙板作为内外墙填充。

如图1所示，竖向单元包括钢管混凝土单柱1、和波纹板剪力墙单元，其中波纹板剪力墙单元包含有波纹板剪力墙3、L形短肢波纹板剪力墙4和T形短肢波纹板剪力墙5，水平梁2采用工字钢梁，上下层水平梁之间采用螺栓连接装配式墙板，墙板有两类，分别为装配式条板6和整体装配式墙板7。

图2所示为钢管混凝土单柱1及剪力墙的单元立柱8的横截面示意图。其外围为方钢管11，内芯为浇注于钢管内的混凝土12。钢管混凝土单柱1及剪力墙的单元立柱8均采用小尺寸截面，边长根据受力需求在150mm-200mm范围内选用，方钢管11壁厚根据整体结构受力需求确定。

如图1所示，波纹板剪力墙3由一对剪力墙单元钢管混凝土立柱8与连梁9组成约束框架，横肋波纹板10焊接于约束框架内。

如图1、图3所示，L形短肢波纹板剪力墙4包括多根剪力墙单元钢管混凝土立柱8排列成L形，多根支柱竖直设置，连梁9均布于相邻两支柱之间对应层高位置处形成若干约束框，横肋波纹板10焊接于约束框内；整体形成异形剪力墙以提供结构抗侧向荷载能力，并在层高位置连梁间设置斜撑13，斜撑13采用高度为50mm-100mm的方钢管，用以提供异形剪力墙边缘立柱8的侧向稳定。其中横肋波纹板10的厚度在2mm-8mm之间选择，根据受力需求变化选择不同厚度；

L形短肢波纹板剪力墙4和T形短肢波纹板剪力墙5多设置于建筑墙体转角处，即L边墙转角处以及T形墙体汇交处，斜撑13设置于楼板高度处，藏于楼板之内。

如图4所示，整个体系竖向单元均以2-4层高度范围为一个预制段，各预制段内构件均为工厂中预制，包括钢管混凝土单柱1及剪力墙的单元立柱8内填混凝土12均为工厂中浇筑，并养护至初强度。在各预制段钢管混凝土单柱1及剪力墙的单元立柱8两端部方钢管11侧壁预留现场灌浆孔15。在建造场地，上下预制段竖向单元构件之间连接时，首先焊接上下竖向单元钢管混凝土柱的方钢管14，之后从现场灌浆孔15灌注混凝土至上下预制段连接区域方钢管11密实，以提高整体性。

本实施例在搭建时，按如下步骤进行：

步骤一、预制各竖向单元；

预制钢管混凝土单柱方钢管，向钢管混凝土单柱内浇注混凝土并养护至具有初强度；

预制剪力墙单元中钢管混凝土立柱的方钢管和连梁，将工字形连梁与立柱方钢管焊接连接形成约束框架；

预制短肢异形剪力墙单元中钢管混凝土立柱的方钢管和连梁，将工字形连梁与立柱方钢管焊接连接形成约束框架，在层高位置处立柱方钢管之间焊接方钢管支撑；

预制横肋波纹板，将横肋波纹板焊接于剪力墙单元及短肢异形剪力墙单元的约束框架内；

向剪力墙单元及短肢异形剪力墙单元中钢管混凝土立柱的方钢管内浇注混凝土并养护至具有初强度；

步骤二、预制水平梁单元；

步骤三、将竖向单元和水平单元运输至在搭建场地；

步骤四、吊装各竖向单元并竖直布置安装；

步骤五、吊装各水平单元至各竖向单元上，并连成整体框架；

步骤六、在上下水平梁单元之间安装墙板。

本方案相较于传统钢结构住宅剪力墙体系而言具有以下优点：

1、采用钢管混凝土柱作为主要竖向承重构件，钢管与混凝土的结合具有较高的承载力，可在满足竖向承重受力要求下减小尺寸，实现立柱藏于墙体内的使用要求，提高美观度。

2、采用横肋波纹板与钢管混凝土柱构成波纹板剪力墙及短肢异形波纹板剪力墙单元作为体系的主要抗侧来源，波纹板采用自动化焊接且焊接变形容易控制，波纹肋构造可使得横肋波纹板不参与竖向承重，仅提供水平抗侧，避免竖向荷载作用下波纹板受压屈曲。

3、适用范围广，对于中低层钢结构住宅，仅采用短肢异形波纹板剪力墙单元即可提供足够的抗侧刚度，且异形波纹板剪力墙适应性强，可灵活适应墙体分布并藏于墙内，结构布置较为灵活；对于中高层钢结构住宅可同时采用短肢异形波纹板剪力墙与波纹板剪力墙相互组合的方式来满足更高的结构抗侧需求。

4、制作较容易，结构件均可采用自动化设备进行加工和焊接，钢管混凝土单柱1及剪力墙的单元立柱8内混凝土在工厂中进行灌注，可保证混凝土灌注质量，同时可实现较高的工厂化预制比例，现场施工工序少，加快了施工速度，提高经济效益。

5、波纹板的应用可实现采用较薄厚度钢板剪力墙即可提供足够的抗侧刚度、变形稳定性及抗震延性，降低自重。

6、整个体系除剪力墙单元区域外均为框架式大开间构造，便于装配式条板及整体装配式墙板的应用和装配化安装，进一步提高整体钢结构住宅的装配化程度和施工速度。

Claims (7)

1.一种装配式钢结构住宅体系，其特征在于：它包括竖向单元、水平梁和装配式墙板；

竖向单元包括钢管混凝土单柱、波纹板剪力墙单元及短肢异形波纹板剪力墙单元；

波纹板剪力墙及短肢异形波纹板剪力墙单元包括钢管混凝土立柱、连梁和波纹板，单元内钢管混凝土柱与层高处连梁形成波纹板的约束框架；

水平梁连接各竖向单元形成整体结构；

装配式墙板与上、下层水平梁通过螺栓连接。

2.如权利要求1所述的装配式钢结构住宅体系，其特征在于：所述短肢异形波纹板剪力墙单元包括置于墙体转角区域的短肢T型波纹板剪力墙或L型波纹板剪力墙；所述短肢异形波纹板剪力墙单元内在钢管混凝土立柱之间对应层高位置处设有斜撑。

3.如权利要求1所述的装配式钢结构住宅体系，其特征在于：所述波纹板采用横肋类型，焊接于所述约束框架内。

4.如权利要求1所述的装配式钢结构住宅体系，其特征在于：所述钢管混凝土单柱和所述钢管混凝土立柱均采用方钢管和填充于钢管内的混凝土，钢管的端部侧壁上设有现场灌浆孔。

5.如权利要求1所述的装配式钢结构住宅体系，其特征在于：所述水平梁为工字钢梁，所述工字钢梁与所述方钢管混凝土柱之间采用栓焊混合连接。

6.如权利要求1所述的装配式钢结构住宅体系，其特征在于：所述装配式墙板有两类，分别为装配式条板和整体装配式墙板，所述装配式墙板与上下层所述水平梁之间通过螺栓可拆卸连接。

7.一种权利要求1所述装配式钢结构住宅体系的建造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、预制各竖向单元；

预制钢管混凝土单柱方钢管，向钢管混凝土单柱内浇注混凝土并养护至具有初强度；

预制剪力墙单元中钢管混凝土立柱的方钢管和连梁，将工字形连梁与立柱方钢管焊接连接形成约束框架；

预制短肢异形剪力墙单元中钢管混凝土立柱的方钢管和连梁，将工字形连梁与立柱方钢管焊接连接形成约束框架，在层高位置处立柱方钢管之间焊接方钢管支撑；

预制横肋波纹板，将横肋波纹板焊接于剪力墙单元及短肢异形剪力墙单元的约束框架内；

向剪力墙单元及短肢异形剪力墙单元中钢管混凝土立柱的方钢管内浇注混凝土并养护至具有初强度；

步骤二、预制水平梁；

步骤三、将竖向单元和水平单元运输至在搭建场地；

步骤四、吊装各竖向单元并竖直布置；

步骤五、吊装各水平单元至各竖向单元上，并连成整体框架；

步骤六、在上下水平梁单元之间安装墙板。