CN110439104A - 低多层钢结构住宅体系及其建造方法 - Google Patents

低多层钢结构住宅体系及其建造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低多层钢结构住宅体系及其建造方法,该体系包括钢管混凝土边柱、铰接立柱、水平贯通梁和X型交叉抗侧单元;各边柱贯通布置,水平梁贯通梁可拆卸连于相邻边柱之间及结构内部,铰接立柱竖直设置于结构内部,且在各层内与上下水平贯通梁之间可拆卸连接,抗侧单元可拆卸连接于部分相邻铰接立柱或铰接立柱与边柱之间。各部件均可工厂内预制现场装配,各部件之间均为可拆卸连接,装配化程度较高,且可根据建筑需求灵活改变布局;边柱和铰接立柱用于竖向承重,抗侧单元提供主要结构抗侧,实现承重和抗侧功能分离,且边柱与水平梁节点提供部分抗侧储备;各部件均采用常见的小尺寸构件,降低建造成本,且便于村镇及边远地区构件运输。

Description

低多层钢结构住宅体系及其建造方法
技术领域
本发明属于建筑工程技术领域,特别是涉及一种低多层钢结构住宅体系及其建造方法。
背景技术
目前我国城镇化比例还偏低,在市区范围外大面积范围内建筑均以低多层村镇住房为主,且大多数农房都为自建,从建造方式上其建筑材料常需求部件简单、就地选材或居民自建等特点,且整体性和抗震性差;从结构特点上其大都为1-3层低层住宅,使用功能和荷载类型较为简单,材料大都采用生土、红砖、竹木或石土结构。
近年来我国开展村镇改造和美丽乡村建设计划,将对于村镇建筑和规划进行整体提升改造,以改善人民居住条件。同时在我国对于建筑结构的抗震要求逐步提升的背景下,研发适用于村镇住宅使用功能特点,具有较好的抗侧抗震性能,且低成本可快速装配及快速施工的低多层装配式钢结构住宅具有十分重要的现实意义。
现有村镇钢结构住宅大都采用冷弯薄壁结构体系,其主体结构采用轻钢龙骨骨架,配以轻钢龙骨复合墙板。该结构体系中轻钢龙骨复合墙板作为竖向承重墙,导致内部墙板施工完成后不能随意改变或拆除,导致房屋使用功能受到限制。
而且采用传统框架结构作为低多层村镇住宅骨架时,梁柱构件除需满足竖向承重外还需要提供足够的抗侧刚度,构件和节点需要能够提供足够的抗弯承载能力,因此尺寸较大,导致建造成本较高,在农村地区及村镇推广受限。并且框架钢结构应用时节点大都需要刚接,以提供足够的结构刚度和抗侧能力,对于节点施工要求较高,而村镇地区施工质量常难以保障,从而存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处,提供一种能够满足村镇住宅结构的使用和受力需求,且装配化程度较高、施工简便和降低造价的低多层钢结构住宅体系及其建造方法。
本发明提供的这种低多层钢结构住宅体系,它包括钢管混凝土边柱、铰接立柱、水平贯通梁和X型交叉抗侧单元;各钢管混凝土边柱竖直布置,水平贯通梁包括边梁和中梁,边梁可拆卸连于相邻两钢管混凝土边柱之间,中梁连接于相邻两边梁之间;铰接立柱竖直设置,两端分别与上方和下方的水平贯通梁可拆卸连接;X型交叉抗侧单元可拆卸连接于相邻铰接立柱之间或铰接立柱与边柱之间。
所述钢管混凝土边柱采用方钢管,方钢管内部填充混凝土,钢管混凝土边柱内预埋有高强螺栓,钢管混凝土边柱竖向贯通布置;所述水平贯通梁为工字钢梁,其上、下翼板上设有定位孔,工字钢梁的两端焊接连接端板,连接端板与上翼缘、下翼缘之间焊接加劲肋板;水平贯通梁以其端部的连接端板与钢管混凝土边柱之间通过预埋的高强螺栓配合螺母连接。
所述铰接立柱包括空心钢管与端板,端板焊接于方钢管柱两端;铰接立柱通过两端的端板分别于上、下侧的水平贯通梁相连。
所述水平贯通梁的上、下翼板之间在设置所述铰接立柱位置处设有两对加劲肋板。
所述X型交叉抗侧单元由一对X型交叉设置的斜拉杆组成,斜拉杆包括张紧构件和连接于张紧构件两端的拉杆主体,拉杆主体的外端设有锚头。
所述张紧构件为花篮螺栓,所述拉杆主体为钢绞线或螺纹钢。
所述X形交叉支撑抗侧单元通过连接肋板与铰接立柱或钢管混凝土边柱相连,连接肋板上设有连接孔,连接肋板焊接于所述端板和所述铰接立柱之间,斜拉杆以其锚头与连接肋板通过销轴相连。
本发明还提供了一种上述低多层钢结构住宅体系的建造方法,该方法包括以下步骤:
步骤一、预制各部件
a、预制钢管混凝土边柱和水平贯通梁,选定方钢管型号,选定工字钢梁型号,并在工字钢梁两端焊接连端板和加劲肋板,在设置铰接立柱位置焊接两对加劲肋板;
b、预制铰接立柱,选定空心钢管型号,并在空心钢管两端焊接端板;
c、预制抗侧单元,将一对斜拉杆呈X型布置,并在斜拉杆的各外端设置锚头,拉杆内部连接入花篮螺栓;
步骤二、将各预制件运输至施工场地;
步骤三、竖直布置各钢管混凝土边柱方钢管,向方钢管内浇注混凝土并养护至初强度;吊装水平贯通梁,将水平贯通梁可拆卸连接于边柱之间形成主框架,将铰接立柱可拆卸连接上下水平贯通梁之间或水平贯通梁与地基之间;在结构内部部分墙体区域的相邻铰接立柱之间,或铰接立柱与钢管混凝土边柱之间采用连接肋板和销轴式锚头连接X型交叉支撑抗侧单元;
步骤四、张紧抗侧单元中的斜拉杆;
步骤五、填充墙体。
本发明先在工厂内预制各个钢材构件,然后将预制好的钢管混凝土边柱方钢管布置于施工现场,向方钢管内浇注混凝土并养护至初强度;吊装水平贯通梁,将水平贯通梁可拆卸连接于边柱之间形成主框架,将铰接立柱逐层可拆卸连接上下水平贯通梁之间或水平贯通梁与地基之间;在结构内部部分墙体区域的相邻铰接立柱之间,或铰接立柱与钢管混凝土边柱之间采用连接肋板和销轴式锚头连接X型交叉支撑抗侧单元,最后填充墙板即可。一方面各部件均可在工厂内预制后在施工现场装配,各部件之间均为可拆卸连接,装配化程度较高,缩短施工周期,且可方便进行后期结构调整;另一方面通过抗侧单元的设置实现承重和抗侧功能分离,钢管混凝土边柱和铰接立柱用于竖向承重,抗侧单元提供主要结构抗侧;并且水平贯通梁与边柱的连接节点可作为结构的抗侧功能储备;而且本发明各部件均采用市场上常见的小尺寸构件及刚拉杆等构件,可有效降低建造成本,且便于村镇及边远地区构件运输。
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为钢管混凝土边柱的断面示意图。
图3为本优选实施例中水平贯通梁与钢管混凝土边柱的端板螺栓连接节点示意图。
图4为本优选实施例中铰接立柱和X型交叉抗侧单元的布置示意图。
图5为本优选实施例中铰接立柱、水平贯通梁和X型交叉抗侧单元的连接节点放大示意图。
图示序号:
1—钢管混凝土边柱,11—方钢管,12—内填混凝土;
2—水平贯通梁;
3—铰接立柱,31—空心钢管,32—端板,33—螺栓;
4—X型交叉抗侧单元,41—锚头、42—张紧构件、43—拉杆主体、44—连接肋板;
5—连接端板;6—加劲肋板;7—高强螺栓;8—竖向加劲肋板。
具体实施方式
本实施例以本发明技术方案为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示,本实施例公开的这种低层钢结构住宅体系,它包括钢管混凝土边柱1、水平贯通梁2、铰接立柱3和交叉支撑抗侧单元4。
如图2所示,钢管混凝土边柱1由方钢管11内填混凝土12形成,方钢管11根据受力需求边长在100—200mm内选择,材料根据受力需求不同选用Q235或Q355钢,方钢管侧壁上设有通孔;内填混凝土12为现场浇筑,混凝土强度等级在C20-C40之间,在浇注内芯前,在方钢管11内预埋高强螺栓7,螺栓的头部在通孔处伸出以便与水平贯通梁2的连接端板5相连。
如图3、图4所示,水平贯通梁2为工字钢梁,在其两端固接有连板端板5,连板四角设有通孔,连板与水平贯通梁之间设有加劲肋板6;水平贯通梁以其端部连接端板采用螺栓与钢管混凝土边柱1紧固连接,该端板连接节点施工简单便捷,且具备一定转动刚度和弯矩承载能力,能够提供整体结构的抗侧抗震性能储备。
水平贯通梁2的上下两翼板上预留定位孔用于安装铰接立柱3,并在两翼板之间对应铰接立柱方钢管侧壁区域焊接有两对竖向加劲肋板8以保证竖向载荷的传递,保证整个骨架的强度。
如图4所示,铰接立柱3由空心钢管31和两端连接端板32构成,铰接立柱主体空心钢管选用方钢,根据竖向承重受力需求其宽度在80-150mm之间选择,壁厚根据受力需求在4mm-12mm范围内选择;连接端板32与空心钢管31两端焊接,其四角设有安装孔,铰接立柱连接端板32通过多个螺栓33与水平贯通梁2翼板相连。
如图4、图5所示,抗侧单元4包括一对呈X型布置的斜拉杆。斜拉杆包括锚头41、张紧构件42、拉杆主体43和连接肋板44、张紧构件412和锚头413;拉杆主体43选用直径介于7mm-20mm之间的钢绞线、刚拉杆或螺纹钢筋,并在拉杆两端均安装锚头;张紧构件42选用花篮螺栓;安装时将两拉杆主体分置于花篮螺栓的两端,拉杆主体的另一端锚头与连接肋板销轴连接,安装完成后通过花篮螺栓实现张紧,一对斜拉杆呈X型交错布置,连接于结构内部部分相邻布置的铰接立柱或铰接立柱与钢管混凝土边柱之间。
如图5所示,在需要连接抗侧单元的铰接立柱两端焊有连接肋板,连接肋板与铰接立柱连接端板焊接。
体系中各部件均可在工厂内预制后在施工现场装配,各部件之间均为可拆卸连接,装配化程度较高,缩短施工周期,且可方便进行后期结构调整;另一方面通过X型交叉抗侧单元的设置实现承重和抗侧功能分离,钢管混凝土边柱和铰接立柱用于竖向承重,X型交叉抗侧单元提供主要结构抗侧;并且水平贯通梁与钢管混凝土边柱的连接节点可作为结构的抗侧功能储备;而且本实施例中各部件均采用市场上常见的小尺寸构件及刚拉杆等构件,可有效降低建造成本,且便于村镇及边远地区构件运输。
本方案实施时按照如下步骤进行,
第一步、预制各部件,
a、预制钢管混凝土边柱和水平贯通梁,选定方钢管型号,选定工字钢梁型号,并在工字钢梁两端焊接连端板和加劲肋板,在设置铰接立柱位置焊接2对加劲肋板;
b、预制铰接立柱,选定空心钢管型号,并在空心钢管两端焊接连接端板;
c、预制抗侧单元,将一对斜拉杆呈X型布置,并在斜拉杆的各外端设置锚头,拉杆内部连接入花篮螺栓。
第二步、将各预制件运输至施工场地。
第三步、竖直布置各钢管混凝土边柱的方钢管,向方钢管内浇注混凝土并养护至初强度。
第四步、吊装水平贯通梁,在钢管混凝土边柱上对应水平贯通梁安装位置处设置临时牛腿,将水平贯通梁可拆卸连接于钢管混凝土边柱之间形成主框架,现场水平贯通梁吊装就位后采用螺栓、螺母相配合拧紧即可。
第五步、将铰接立柱可拆卸连接在上、下水平贯通梁之间或水平贯通梁与地基之间;将铰接立柱吊装至预定位置,通过多个螺栓将铰接立柱连接端板与水平贯通梁翼缘板紧固连接。
第六步、在结构内部部分墙体区域的相邻铰接立柱之间,或铰接立柱与钢管混凝土边柱之间采用连接肋板和销轴式锚头连接X型交叉支撑抗侧单元,并通过张紧构件张紧。
第七步:整体钢结构骨架施工完毕,在住宅墙体位置可采用装配式墙板或轻型砌块进行墙体填充。
本优选实施例采用装配式施工方法进行安装,各部件构件之间可拆卸连接,安装快捷方便,且便于拆装维修和更换,且降低对于现场施工的要求,便于提高施工质量,本实施例还具有以下优点:
1、通过X型交叉抗侧单元的设置实现竖向承重和主要水平抗侧体系的分离,其中梁柱全螺栓节点与抗侧单元为该住宅钢结构提供双重抗侧保障。在正常使用状态及小震和中震时主要通过抗侧单元提供抗侧和抗震能力,钢管混凝土边柱和内部铰接立柱主要承受竖向荷载,因此体系中钢管混凝土边柱、内部铰接立柱均采用小截面构件,可在满足竖向承重受力要求下实现结构柱藏于墙体内的使用要求。
2、采用交叉柔性斜拉杆形成抗侧单元,为村镇住宅结构主要抗侧来源,其构成简单,选材方便,并能在不增加过多结构构件和用钢量条件下提供较大的抗侧刚度和抗震性能。且连接方式均为螺栓连接,且布局设置灵活,可在保证结构整体受力条件下根据需求调整支撑框架位置以在不改变住宅房屋整体结构的情况下对于房屋内部布局进行灵活调整。
3、各连接节点均为螺栓连接,可实现全装配化施工;钢管混凝土边柱与水平贯通梁采用带加劲肋的端板螺栓连接,可提供一定的节点刚度和抗弯能力,以作为整体结构抗侧性能储备,在大震作用下或铰接支撑框架发生破坏后作为第二道抗震防线。

Claims (8)

1.一种低多层钢结构住宅体系,其特征在于:它包括钢管混凝土边柱、铰接立柱、水平贯通梁和X型交叉抗侧单元;
各钢管混凝土边柱竖直布置,
水平贯通梁包括边梁和中梁,边梁可拆卸连于相邻两钢管混凝土边柱之间,中梁连接于相邻两边梁之间;
铰接立柱竖直设置,两端分别与上方和下方的水平贯通梁可拆卸连接;
X型交叉抗侧单元可拆卸连接于相邻铰接立柱之间或铰接立柱与边柱之间。
2.如权利要求1所述的低多层钢结构住宅体系,其特征在于:所述钢管混凝土边柱采用方钢管,方钢管内部填充混凝土,钢管混凝土边柱内预埋有高强螺栓,钢管混凝土边柱竖向贯通布置;所述水平贯通梁为工字钢梁,其上、下翼板上设有定位孔,工字钢梁的两端焊接连接端板,连接端板与上翼缘、下翼缘之间焊接加劲肋板;水平贯通梁以其端部的连接端板与钢管混凝土边柱之间通过预埋的高强螺栓配合螺母连接。
3.如权利要求2所述的低多层钢结构住宅体系,其特征在于:所述铰接立柱包括空心钢管与端板,端板焊接于方钢管柱两端;铰接立柱通过两端的端板分别于上、下侧的水平贯通梁相连。
4.如权利要求3所述的低多层钢结构住宅体系,其特征在于:所述水平贯通梁的上、下翼板之间在设置所述铰接立柱位置处设有两对加劲肋板。
5.如权利要求1所述的低多层钢结构住宅体系,其特征在于:所述X型交叉抗侧单元由一对X型交叉设置的斜拉杆组成,斜拉杆包括张紧构件和连接于张紧构件两端的拉杆主体,拉杆主体的外端设有锚头。
6.如权利要求5所述的低多层钢结构住宅体系,其特征在于:所述张紧构件为花篮螺栓,所述拉杆主体为钢绞线或螺纹钢。
7.如权利要求5所述的低多层钢结构住宅体系,其特征在于:所述X形交叉支撑抗侧单元通过连接肋板与铰接立柱或钢管混凝土边柱相连,连接肋板上设有连接孔,连接肋板焊接于所述端板和所述铰接立柱之间,斜拉杆以其锚头与连接肋板通过销轴相连。
8.一种权利要求1所述低多层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、预制各部件
a、预制钢管混凝土边柱和水平贯通梁,选定方钢管型号,选定工字钢梁型号,并在工字钢梁两端焊接连端板和加劲肋板,在设置铰接立柱位置焊接两对加劲肋板;
b、预制铰接立柱,选定空心钢管型号,并在空心钢管两端焊接端板;
c、预制抗侧单元,将一对斜拉杆呈X型布置,并在斜拉杆的各外端设置锚头,拉杆内部连接入花篮螺栓;
步骤二、将各预制件运输至施工场地;
步骤三、竖直布置各钢管混凝土边柱方钢管,向方钢管内浇注混凝土并养护至初强度;吊装水平贯通梁,将水平贯通梁可拆卸连接于边柱之间形成主框架,将铰接立柱可拆卸连接上下水平贯通梁之间或水平贯通梁与地基之间;在结构内部部分墙体区域的相邻铰接立柱之间,或铰接立柱与钢管混凝土边柱之间采用连接肋板和销轴式锚头连接X型交叉支撑抗侧单元;
步骤四、张紧抗侧单元中的斜拉杆;
步骤五、填充墙体。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111877569A (zh) * 2020-07-30 2020-11-03 中冶(上海)钢结构科技有限公司 一种钢结构的装配式柱结构体系及其安装方法

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CN111877569A (zh) * 2020-07-30 2020-11-03 中冶(上海)钢结构科技有限公司 一种钢结构的装配式柱结构体系及其安装方法

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