CN111287316A - 装配式箱板钢结构多高层结构体系及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种装配式箱板钢结构多高层结构体系，包括底层单元和标准层单元，底层单元由钢板墙、钢楼板和预制混凝土板构成，标准层单元由钢板墙和钢楼板构成，钢板墙内侧焊接有竖向的加劲肋，钢楼板的底侧焊接有加劲肋，预制混凝土板贴附在底层单元钢板墙外侧，在地震或发生较大层间位移时，预制混凝土板能够相对于底层单元钢板墙发生一定量的相对滑动。本发明提供的装配式箱板钢结构多高层结构体系承载力高、延性和抗震性能好，施工迅速、作业量少、施工现场污染低、综合造价低，可广泛应用于高层民用住宅建筑中。

Description

装配式箱板钢结构多高层结构体系及施工方法
技术领域
本发明总体上涉及建筑结构工程领域，主要涉及装配式箱板钢结构，具体是一种装配式箱板钢结构多高层结构体系及施工方法，可用于装配式箱板钢结构多高层住宅。
背景技术
装配式箱板钢结构是一种由带肋钢板组成的可以应用在民用住宅的新型结构体系。装配式箱板钢结构的单片墙体具有以下特点：无周围框架来约束钢板；钢板一侧有竖向加劲肋，形成加劲钢板墙结构；加劲钢板墙需要直接承受竖向荷载。装配式箱板钢结构的楼板为一侧有横向垂直交叉加劲肋的钢板结构。其设计理念来源于船舶上部建筑结构，其建造方式兼具工厂化生产和现场化安装的特点，具有施工迅速的优点。
装配式箱板钢结构的具体建造方式为在工厂预制墙板和楼板，在现场人工或采用焊接机器人将预制楼板和墙板焊接拼装，其建造方式减少了现场作业量，易于保证施工质量和减少施工现场污染，具有施工迅速等优点。但当装配式箱板钢结构体系应用于高层建筑中时，底部的加劲钢板墙将承受很大的竖向荷载和水平荷载，在地震作用下底层加劲钢板墙产生较大位移甚至发生破坏。因此急需一种承载力高、延性和抗震性能好的新型装配式箱板钢结构体系。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种新型装配式箱板钢结构多高层结构体系，承载力高、延性和抗震性能好，施工迅速。
本发明的技术方案如下：
本发明首先提供了一种装配式箱板钢结构多高层结构体系，包括底层单元和标准层单元，底层单元由钢板墙、钢楼板和预制混凝土板构成，标准层单元由钢板墙和钢楼板构成，其中，
钢板墙内侧焊接有竖向的加劲肋，四块钢板墙左右两端相互焊接固定形成墙体结构，底层单元钢板墙上开设有螺栓孔，并且钢板墙上预留有根据设计要求的门窗洞口；
钢楼板的底侧焊接有加劲肋，钢楼板四周与相应的钢板墙焊接形成楼板结构；
预制混凝土板贴附在底层单元钢板墙外侧，其上预留有与底层单元钢板墙上的门窗洞口位置对应、大小相同的门窗洞口，预制混凝土板上还开设有与底层单元钢板墙上的螺栓孔位置对应的螺栓孔，预制混凝土板通过螺栓与底层单元钢板墙连接固定，并且在地震或发生较大层间位移时，预制混凝土板能够相对于底层单元钢板墙发生一定量的相对滑动。
作为一种实施方式，所述钢板墙内侧的加劲肋包括平行布置的T形桁材和L形扶强材。
作为一种实施方式，所述T形桁材设置有多根，在钢板墙上均匀布置，所述L形扶强材设置有多根，在钢板墙上均匀布置，T形桁材和L形扶强材相互平行交替布置。
作为一种实施方式，所述T形桁材为T形钢板，所述L形扶强材为L形钢板，T形钢板的腹板垂直焊接于钢板墙内侧，L形钢板的一边垂直焊接于钢板墙内侧。
作为一种实施方式，所述钢楼板底侧的加劲肋包括纵向的T形桁材和横向的L形扶强材。
作为一种实施方式，所述T形桁材设置有多根，在钢楼板上均匀布置，所述L形扶强材设置有多根，在钢楼板上均匀布置，T形桁材和L形扶强材相互垂直交错布置。
作为一种实施方式，所述T形桁材为T形钢板，所述L形扶强材为L形钢板，T形钢板的腹板垂直焊接于钢楼板底侧，L形钢板的一边垂直焊接于钢楼板底侧，并且L形钢板与T形钢板垂直焊接固定。
作为一种实施方式，底层单元钢板墙与标准层单元钢板墙之间，以及上下标准层单元钢板墙之间，采用焊接连接固定。
作为一种实施方式，所述预制混凝土板的尺寸略小于底层单元钢板墙的尺寸，使得预制混凝土板的四周边界距底层单元钢板墙的四周边界存在一定间隙，并且预制混凝土板上螺栓孔的直径略大于螺栓的直径。
本发明另一个实施例提供一种装配式箱板钢结构多高层结构体系的施工方法，包括如下步骤：
S11：在钢板墙内侧等间距竖向焊接T形桁材和L形扶强材；
S12：将相邻钢板墙的左右两端相互焊接，形成底层单元墙体结构；
S13：将钢楼板底侧垂直相交焊接T形桁材和L形扶强材；
S14：将钢楼板四周与钢板墙焊接，形成底层单元楼板结构；
S15：在底层单元钢板墙外侧用螺栓连接固定预制混凝土板，形成底层单元；
S16：采用步骤S11-S14继续在底层单元上施工标准层单元钢板墙和钢楼板，形成标准层单元。
本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明提供的一种装配式箱板钢结构多高层结构体系，承载力高、延性和抗震性能好，施工迅速、作业量少、施工现场污染低、综合造价低。具体而言，本发明至少具有如下实际效果：
（1）装配式箱板钢结构体系中墙板和楼板均采用纯钢结构，在用钢量上略高出传统的钢混结构，但节省了墙面与地面的混凝土用量，达到更高结构强度的同时综合造价更低；
（2）底层单元钢板墙通过螺栓连接固定预制混凝土板，能承受较大的竖向荷载，提高了结构承载力和抗震性能；
（3）预制混凝土板设计为在地震或发生较大层间位移时，能够相对于底层单元钢板墙发生一定量的相对滑动，能够有效地消能减震，提高了结构延性和抗震性能；
（4）通过对预制混凝土板的尺寸和螺栓孔直径的设计，在发生较大层间位移下使得预制混凝土板在预定量限度范围内活动，在有效地消能减震的同时，又能够有效保证混凝土板不会发生过大的位移和晃动，不过早发生破坏和从钢板墙上脱落，提高了结构延性和抗震性能；
（5）装配式箱板钢结构体系现场作业量少、施工现场污染小、施工迅速、综合造价低，可广泛应用于高层民用住宅建筑中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明一个实施方式的整体结构爆炸示意图；
图2为本发明一个实施方式的底层单元爆炸示意图；
图3为本发明一个实施方式的标准层单元爆炸示意图；
图4为本发明一个实施方式的钢板墙结构示意图；
图5为本发明一个实施方式的预制混凝土板结构示意图；
图6为本发明一个实施方式的钢楼板结构示意图；
图7为本发明一个实施方式的结构体系结构示意图。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但不构成对本发明的限定。图中标号的含义为：
1—钢板墙，2—预制混凝土板，3—螺栓，4—T形桁材，5—L形扶强材，6—钢楼板，7—螺栓孔，8—门洞，9—窗洞，10—多高层结构体系，11-标准层单元，12-底层单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例作进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
需要理解的是，术语“包括/包含”、“由……组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。
还需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1-3、图7，本发明一个实施例首先提供一种装配式箱板钢结构多高层结构体系，包括底层单元12和标准层单元11，标准层单元11可以有多层，底层单元12和标准层单元11共同构成多高层结构体系10。
底层单元由钢板墙1、钢楼板6和预制混凝土板2构成，标准层单元由钢板墙1和钢楼板6构成。装配式箱板钢结构体系中墙板和楼板均采用纯钢结构，此种结构体系在用钢量上略高出传统的钢混结构，但节省了墙面与地面的混凝土用量，达到更高结构强度的同时综合造价更低。
参见图2、图4，钢板墙1内侧焊接有竖向的加劲肋，四块钢板墙左右两端相互焊接固定形成墙体结构，底层单元钢板墙上开设有螺栓孔7，并且钢板墙上预留有根据设计要求的门洞8和窗洞9。
参见图3、图6，钢楼板6的底侧焊接有加劲肋，钢楼板四周与相应的钢板墙焊接形成楼板结构。
钢板墙与钢楼板加劲肋的使用能够显著增强板体结构的承载力，提高其抗弯刚度，避免发生弯曲、扭曲和失稳破坏。
参见图2、图5，预制混凝土板2贴附在底层单元钢板墙1外侧，其上预留有与底层单元钢板墙上的门窗洞口位置对应、大小相同的门窗洞口，预制混凝土板上还开设有与底层单元钢板墙上的螺栓孔位置对应的螺栓孔7，预制混凝土板通过螺栓与底层单元钢板墙连接固定，并且在地震或发生较大层间位移时，预制混凝土板能够相对于底层单元钢板墙发生一定量的相对滑动。
通过在底层单元钢板墙外侧加设预制混凝土板，预制混凝土板用螺栓与钢板墙固定连接，使得钢板墙能够承受更大的竖向荷载，提高了结构承载力和抗震性能。本发明将预制混凝土板设计为在地震或发生较大层间位移时，能够相对于底层单元钢板墙发生一定量的相对滑动，借助预制混凝土板在预定量限度范围内的活动，能够有效地消能减震，并且能够有效保证混凝土板不过早发生破坏，提高了结构延性和抗震性能。
作为一种实施方式，参见图4，钢板墙1内侧的加劲肋包括平行布置的T形桁材4和L形扶强材5。T形桁材4为T形钢板，相同间距竖向垂直焊接在钢板墙1内侧，L形扶强材5为L形钢板，相同间距竖向垂直焊接在钢板墙1内侧，T形桁材4和L形扶强材5设置有多根，T形桁材4和L形扶强材5间隔排列，二者相互平行交替布置，本发明优选地L形扶强材5与T形桁材4以相同间距均匀排列。
作为一种实施方式，参见图6，钢楼板6底侧的加劲肋包括纵向的T形桁材4和横向的L形扶强材5。T形桁材4为T形钢板，相同间距纵向垂直焊接在钢楼板6底侧，T形桁材设置有多根，在钢楼板上均匀布置，L形扶强材5为L形钢板，L形扶强材设置有多根，在钢楼板上均匀布置，相同间距横向垂直焊接在钢楼板6底侧，L形扶强材5与T形桁材4垂直相交焊接固定。
本发明借鉴船舶上部建筑结构理念，在钢板墙1的内侧和钢楼板6底侧增设T形桁材4和L形扶强材，能够极大地增强板体的承载能力和刚度，避免受压变形和失稳破坏，提高了多高层钢结构结构体系的安全性。
作为一种实施方式，参见图2、图5，预制混凝土板2的尺寸略小于底层单元钢板墙的尺寸，使得预制混凝土板的四周边界距底层单元钢板墙的四周边界存在一定间隙，并且预制混凝土板上螺栓孔7的尺寸略大于螺栓的直径，如此设计，在发生较大层间位移下允许混凝土板与钢板墙之间发生相对滑动，螺栓同时又能够限制混凝土板不会发生过大的位移和晃动，使得预制混凝土板在预定量限度范围内活动，在有效地消能减震的同时，又能够有效保证混凝土板不过早发生破坏和从钢板墙上脱落，提高了结构延性和抗震性能。
对于底层单元钢板墙上螺栓孔的直径，本发明与螺栓的直径相同。
作为一种实施方式，本发明底层单元钢板墙与标准层单元钢板墙之间，以及上下标准层单元钢板墙之间，采用焊接连接固定。
本发明另一个实施例提供一种装配式箱板钢结构多高层结构体系的施工方法，包括如下步骤：
S11：在钢板墙内侧等间距竖向焊接T形桁材和L形扶强材；
S12：将相邻钢板墙的左右两端相互焊接，形成底层单元墙体结构；
S13：将钢楼板底侧垂直相交焊接T形桁材和L形扶强材；
S14：将钢楼板四周与钢板墙焊接，形成底层单元楼板结构；
S15：在底层单元钢板墙外侧用螺栓连接固定预制混凝土板，形成底层单元12；
S16：采用步骤S11-S14继续在底层单元上施工标准层单元墙体结构和标准层单元楼板结构，形成标准层单元11。
本发明的装配式箱板钢结构体系施工方法能够减少现场作业量，易于保证施工质量和减少施工现场污染，具有施工迅速等优点，并且如此施工得到的装配式箱板钢结构体系承载力高、延性和抗震性能好，可广泛应用于高层民用住宅建筑中。
至此，本领域技术人员应认识到，虽本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍然可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.装配式箱板钢结构多高层结构体系，包括底层单元和标准层单元，底层单元由钢板墙、钢楼板和预制混凝土板构成，标准层单元由钢板墙和钢楼板构成，其中，
钢板墙内侧焊接有竖向的加劲肋，四块钢板墙左右两端相互焊接固定形成墙体结构，底层单元钢板墙上开设有螺栓孔，并且钢板墙上预留有根据设计要求的门窗洞口；
钢楼板的底侧焊接有加劲肋，钢楼板四周与相应的钢板墙焊接形成楼板结构；
预制混凝土板贴附在底层单元钢板墙外侧，其上预留有与底层单元钢板墙上的门窗洞口位置对应、大小相同的门窗洞口，预制混凝土板上还开设有与底层单元钢板墙上的螺栓孔位置对应的螺栓孔，预制混凝土板通过螺栓与底层单元钢板墙连接固定，并且在地震或发生较大层间位移时，预制混凝土板能够相对于底层单元钢板墙发生一定量的相对滑动。
2.根据权利要求1所述的装配式箱板钢结构多高层结构体系，其特征在于，所述钢板墙内侧的加劲肋包括平行布置的T形桁材和L形扶强材。
3.根据权利要求2所述的装配式箱板钢结构多高层结构体系，其特征在于，所述T形桁材设置有多根，在钢板墙上均匀布置，所述L形扶强材设置有多根，在钢板墙上均匀布置，T形桁材和L形扶强材相互平行交替布置。
4.根据权利要求2所述的装配式箱板钢结构多高层结构体系，其特征在于，所述T形桁材为T形钢板，所述L形扶强材为L形钢板，T形钢板的腹板垂直焊接于钢板墙内侧，L形钢板的一边垂直焊接于钢板墙内侧。
5.根据权利要求1所述的装配式箱板钢结构多高层结构体系，其特征在于，所述钢楼板底侧的加劲肋包括纵向的T形桁材和横向的L形扶强材。
6.根据权利要求5所述的装配式箱板钢结构多高层结构体系，其特征在于，所述T形桁材设置有多根，在钢楼板上均匀布置，所述L形扶强材设置有多根，在钢楼板上均匀布置，T形桁材和L形扶强材相互垂直交错布置。
7.根据权利要求5所述的装配式箱板钢结构多高层结构体系，其特征在于，所述T形桁材为T形钢板，所述L形扶强材为L形钢板，T形钢板的腹板垂直焊接于钢楼板底侧，L形钢板的一边垂直焊接于钢楼板底侧，并且L形钢板与T形钢板垂直焊接固定。
8.根据权利要求1所述的装配式箱板钢结构多高层结构体系，其特征在于，底层单元钢板墙与标准层单元钢板墙之间，以及上下标准层单元钢板墙之间，采用焊接连接固定。
9.根据权利要求1-8任一项所述的装配式箱板钢结构多高层结构体系，其特征在于，所述预制混凝土板的尺寸略小于底层单元钢板墙的尺寸，使得预制混凝土板的四周边界距底层单元钢板墙的四周边界存在一定间隙，并且预制混凝土板上螺栓孔的直径略大于螺栓的直径。
10.根据权利要求1-9任一项所述的装配式箱板钢结构多高层结构体系的施工方法，包括如下步骤：
S11：在钢板墙内侧等间距竖向焊接T形桁材和L形扶强材；
S12：将相邻钢板墙的左右两端相互焊接，形成底层单元墙体结构；
S13：将钢楼板底侧垂直相交焊接T形桁材和L形扶强材；
S14：将钢楼板四周与钢板墙焊接，形成底层单元楼板结构；
S15：在底层单元钢板墙外侧用螺栓连接固定预制混凝土板，形成底层单元；
S16：采用步骤S11-S14继续在底层单元上施工标准层单元钢板墙和钢楼板，形成标准层单元。
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