CN111926997A - 一种预应力组合建筑构件及其预应力复合楼板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预应力组合建筑构件及其预应力复合楼板，包括冷弯钢、预应力钢丝、预应力锚具和端板，端板固接在冷弯钢的两端，端板中心的一侧设置有预留孔，预应力钢丝的两端穿过预留孔，且预应力钢丝的任一端均通过预应力锚具锚固在端板上以使冷弯钢形成负弯矩。本发明通过端板中心一侧的预应力钢丝对组合构件施加偏心预压力，相当于给组合构件预先施加了一个负弯矩及负弯曲。当该构件承载时，在构件截面产生正弯矩和正弯曲。该正弯矩和正弯曲必须先克服预先施加的负弯矩和负弯曲，直到构件受压侧发生失稳破坏。提高了复合楼板的抗弯承载能力和刚度，提高了应用该建筑构件的复合楼板的抗弯承载能力和刚度，实现复合楼板跨度的提升。

Description

一种预应力组合建筑构件及其预应力复合楼板

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，尤其涉及一种预应力组合建筑构件及应用该预应力组合建筑构件的预应力复合楼板。

背景技术

冷弯轻钢复合楼板集成面板、轻钢骨架和填充物等，具有保温隔热、节能环保、利于工业化和装配式施工等特点。近些年来，随着我国大力推广应用装配式建筑，冷弯轻钢复合楼板在轻钢房屋中得到快速发展和广泛应用。

但是，现有的冷弯轻钢楼板一般采用冷弯轻钢或冷弯轻钢桁架梁承重，承载能力和刚度均较小。因此楼板高度较大且跨度较小，增加了支撑柱的数量，同时也限制了空间的利用。这是因为，与传统的混凝土楼板或钢-混凝土组合楼板不同，冷弯轻钢楼板中的冷弯轻钢通常具有较大的截面宽厚比，较容易发生屈曲失稳。因此，冷弯轻钢的极限承载力通常由其屈曲模态控制。具体的，冷弯轻钢的屈曲有三种模式：整体屈曲、局部屈曲和畸变屈曲，并且各种屈曲模式之间存在相互影响。一般来说，冷弯轻钢截面最大压应力未达到材料屈服强度就发生了屈曲失稳。而且由于冷弯轻钢截面抗弯刚度较小，导致其弯曲变形较大，不适用于承受较大弯矩。

中国专利CN201611219411.5公开了一种楼板系统框架及楼板系统，其中，楼板的支撑主体结构为钢组合结构，其中的支撑梁为型钢构件，同样具有较大的截面宽厚比，比较容易发生屈曲失稳，进而导致楼板的承载能力和刚度均较小，限制了楼板的跨度。

中国专利CN201920968045.6公开了一种薄壁型钢楼板层，其中，支撑梁由两片钢板对接形成，每片钢板的一侧焊接有若干行条托框，同样比较容易发生屈曲失稳，进而导致楼板的承载能力和刚度均较小，限制了楼板的跨度。

发明内容

本发明目的在于提供一种预应力组合建筑构件及其预应力复合楼板，从而解决上述问题。

为实现上述目的，本发明首先公开了一种预应力组合建筑构件，包括冷弯钢、预应力钢丝、预应力锚具和端板，所述端板固接在所述冷弯钢的两端，所述端板中心的一侧设置有预留孔，所述预应力钢丝的两端穿过所述预留孔，且所述预应力钢丝的任一端均通过所述预应力锚具锚固在所述端板上以使所述冷弯钢形成负弯矩。

进一步的，所述冷弯钢为钢管，所述端板为钢板，所述预应力钢丝穿过所述钢管。

进一步的，所述冷弯钢为沿着所述端板的横向和纵向多排布置，所述冷弯型钢为方形钢管，所述预应力钢丝从所述端板一侧的方形钢管内穿过。

进一步的，所述冷弯钢沿着所述端板横向单排布置，所述端板为钢板，所述预应力钢丝穿过所述冷弯钢一侧的管腔。

进一步的，任一所述冷弯钢包括一根冷弯薄壁C型钢和一根冷弯薄壁U型钢，所述冷弯薄壁C型钢和冷弯薄壁U型钢的两侧翼缘通过螺钉连接形成矩形管，所述预应力钢丝穿过所述矩形管。

进一步的，任一所述冷弯钢包括两根冷弯薄壁C型钢、两块钢腹板和两根冷弯薄壁U型钢，所述冷弯薄壁C型钢与所述冷弯薄壁U型钢包覆形成一个矩形管，所述预应力钢丝穿过所述矩形管，所述钢腹板设置在所述矩形管的两侧，且所述钢腹板的任一端均与所述矩形管通过螺钉连接，其中一个所述矩形管内填充有混凝土。

进一步的，任一所述冷弯钢包括两根冷弯薄壁空心下翼缘截面型钢，所述预应力钢丝穿过所述冷弯薄壁空心下翼缘截面型钢上的管腔，所述冷弯薄壁空心下翼缘截面型钢通过螺钉连接一体。

进一步的，任一所述冷弯钢包括一块钢腹板和两根冷弯薄壁矩形截面型钢，所述预应力钢丝穿过其中一根所述冷弯薄壁矩形截面型钢上的管腔，所述钢腹板的两端与所述冷弯薄壁矩形截面型钢通过螺钉连接。

然后，本发明公开了一种预应力复合楼板，包括上述方案所述预应力组合建筑构件，其特征在于，包括硅钙板、OSB板、混凝土垫层和大理石地板，所述冷弯钢为沿着所述端板横向均布，所述OSB板安装在所述冷弯钢的上端支撑面上且远离所述预应力钢丝，所述混凝土垫层铺设在所述OSB板上，所述大理石地板铺设在所述混凝土垫层上，所述硅钙板安装在所述冷弯钢的下端支撑面上，相邻所述冷弯钢之间填充有玻纤棉。

进一步的，所述冷弯钢为矩形钢管，所述端板和冷弯钢之间设置有一槽型连接件，所述冷弯钢的端部插接在所述槽型连接件内，该冷弯钢和所述槽型连接件的翼板螺纹连接，所述端板螺纹连接在所述槽型连接件的底板上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过端板中心一侧的预应力钢丝对组合构件施加偏心预压力，相当于给组合构件预先施加了一个负弯矩及负弯曲。因此，组合构件一侧受拉，而另一侧受压。当该构件承载时，在构件截面产生正弯矩和正弯曲。该正弯矩和正弯曲必须先克服预先施加的负弯矩和负弯曲，直到构件受压侧发生失稳破坏。进而，提高了应用该组合建筑构件的复合楼板的抗弯承载能力和刚度，从而实现复合楼板跨度的提升，减少了支撑柱的数量，增大了轻钢房屋的空间利用率。同时，该组合建筑构件和复合楼板具有形式丰富，承载能力高，抗弯刚度大，适用于装配化生产等优点，便于应用于承受较大弯矩或需要较大空间的装配式建筑中。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明优选实施例一公开的预应力组合建筑构件的轴测示意图；

图2为本发明优选实施例一公开的预应力组合建筑构件的主视示意图；

图3为本发明优选实施例一公开的预应力组合建筑构件的俯视示意图；

图4为本发明优选实施例一公开的预应力组合建筑构件的分解示意图；

图5为本发明优选实施例一公开的预应力复合楼板的分解示意图；

图6为本发明优选实施例二公开的预应力组合建筑构件的轴测示意图；

图7为本发明优选实施例二公开的预应力组合建筑构件的主视示意图；

图8为本发明优选实施例二公开的预应力组合建筑构件的俯视示意图；

图9为本发明优选实施例二公开的预应力组合建筑构件的分解示意图；

图10为本发明优选实施例三公开的预应力组合建筑构件的组合截面示意图；

图11为本发明优选实施例四公开的预应力组合建筑构件的组合截面示意图；

图12为本发明优选实施例五公开的预应力组合建筑构件的组合截面示意图；

图13为本发明优选实施例六公开的预应力组合建筑构件的组合截面示意图；

图14为本发明优选实施例七公开的预应力组合建筑构件的组合截面示意图；

图15为本发明优选实施例八公开的预应力组合建筑构件的组合截面示意图（填充混凝土）。

图例说明：

1、冷弯钢；2、焊缝；3、端板；4、预应力钢丝；5、预应力锚具；6、冷弯薄壁C型钢；7、冷弯薄壁U型钢；8、螺钉；9、钢腹板；10、混凝土；11、冷弯薄壁空心下翼缘截面型钢；12、冷弯薄壁矩形截面型钢；13、硅钙板；14、OSB板；15、混凝土垫层；16、大理石地板；17、上端支撑面；18、下端支撑面；19、玻纤棉；20、槽型连接件；21、翼板；22、底板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例一：

如图1-4所示，本发明实施例首先公开了一种预应力组合建筑构件，包括冷弯钢1、预应力钢丝4、预应力锚具5和端板3，冷弯钢1的截面为钢管结构，本实施例为方形管，端板3为钢板，焊接固接在冷弯钢1的两端形成连续均匀的焊缝2，端板3支撑冷弯钢1的截面的几何中心的一侧设置有预留孔，预应力钢丝4穿过钢管结构的内腔，便于预应力钢丝4通过端板3均匀施加预应力，且施加预应力可保持结构的稳定，预应力钢丝4的两端穿过预留孔，且预应力钢丝4的任一端均通过预应力锚具5锚固在端板3上，从而，通过设置在构件一侧的预应力钢丝4和预应力锚具5，对该侧施加预压力，这相当于给组合构件施加了负弯矩。当实际承载时，必须先克服此负弯矩，于是该组合构件另一侧的屈曲得到延缓，从而提高了承载能力。同时由于负弯矩会对组合构件产生反向变形，因此在正常使用状态下，构件变形需先抵消此反向变形，因此组合构件的变形降低了，结构的刚度提高了。

在本实施例中，冷弯钢1沿端板3横向单排布设，从而，组合构件形成承受竖向荷载的梁，用于上置楼板。同时，冷弯钢1的截面为矩形管结构，矩形管面积较小的面为承载面，矩形管结构便于承受更大的竖向荷载。

然后，本发明公开了一种应用上述预应力组合建筑构件的预应力复合楼板，如图5所示，包括硅钙板13、OSB板14、混凝土垫层15和大理石地板16，冷弯钢1为沿着端板3横向均布的矩形钢管，OSB板14通过螺钉8安装在冷弯钢1的上端支撑面17（面积较小的面）上且远离预应力钢丝4，即预应力钢丝4位于矩形钢管的下侧，便于形成预应力弯矩，混凝土垫层15铺设在OSB板14上，从而形成平整的安装平面，便于为大理石地板16施工找平，大理石地板16铺设在混凝土垫层15上，硅钙板13通过螺钉安装在冷弯钢1的下端支撑面18上，相邻冷弯钢1之间填充有玻纤棉19，从而使楼板具有保温隔热和防潮的作用。通过在楼板内植入预应力组合建筑构件，由于负弯矩会使得复合楼板向上拱，因此在正常使用状态下，复合楼板变形需先抵消此反向变形，因此复合楼板的变形降低了，承载能力和刚度提高了，进而可以显著提升楼板的跨度，减少楼板支撑柱的数量，增大轻钢房屋的空间利用率。

在本实施例中，除了焊接之外，端板3和冷弯钢1之间也可以设置有一槽型连接件20实现可拆式连接，便于后续拆卸重新利用，绿色环保。其中，冷弯钢1的端部插接在槽型连接件20的槽内，该冷弯钢1的侧面和槽型连接件20的翼板21通过螺钉8螺纹连接，端板3通过螺钉8螺纹连接在槽型连接件20的底板22上。

实施例二：

如图6-9所示，在本实施例中，主体结构与实施例一相似，不同之处在于：在本实施例中，冷弯钢1为沿着端板的横向和纵向设置的任意多排布置，且冷弯钢1的截面为方形管结构，预应力钢丝4从靠近端板边缘的一排方形钢管内穿过，同样可以在构件内形成负弯矩。从而，组合构件形成具有较大截面惯性矩的柱，可承受较大弯矩。

实施例三：

在本实施例中，如图10所示，主体结构与实施例二相同，不同之处在于：任一冷弯钢1包括一根冷弯薄壁C型钢6和一根冷弯薄壁U型钢7， 冷弯薄壁C型钢6和冷弯薄壁U型钢7的两侧翼缘通过螺钉8连接形成矩形管，预应力钢丝4从矩形管内的下侧穿过矩形管，矩形管的矩形截面便于预应力钢丝4通过端板3均匀施加预应力，且施加预应力可保持结构的稳定，由于冷弯薄壁C型钢6和冷弯薄壁U型钢7较广泛应用于冷弯薄壁型钢住宅，CU组合截面在实际工程施工更方便，也更易获取。

实施例四：

在本实施例中，如图11所示，主体结构与实施例二相同，不同之处在于：任一冷弯钢1包括两根冷弯薄壁C型钢6、两根钢腹板9和两根冷弯薄壁U型钢7，冷弯薄壁C型钢6与冷弯薄壁U型钢7包覆形成一个矩形管，矩形管位于构件的两侧，预应力钢丝4穿过其中一个矩形管的管腔，钢腹板9设置在矩形管的两侧，且钢腹板9的任一端均与矩形管通过螺钉8连接。由于截面惯性矩较大，该种截面能够提供较大的截面抗弯刚度。且因为钢腹板9和CU组合截面分开设置，因此可以选择不同于CU组合截面钢材厚度和种类的腹板，进一步优化结构设计，节省材料。

实施例五：

在本实施例中，如图12所示，主体结构与实施例四相同，不同之处在于：其中一个矩形管内填充有混凝土10，预应力钢丝4从未填充有混凝土10的管内穿过。冷弯薄壁C型钢6可以充当混凝土模板。填充的混凝土能够充分发挥其抗压能力，与所提及的预应力措施结合，进一步提高了组合梁抗弯刚度和抗弯承载力。

实施例六：

在本实施例中，如图13所示，主体结构与实施例四相同，不同之处在于：任一冷弯钢1包括两根冷弯薄壁空心下翼缘截面型钢11，冷弯薄壁空心下翼缘截面型钢11的一侧弯折成形有方形管腔，预应力钢丝4穿过冷弯薄壁空心下翼缘截面型钢11上的方形管腔，便于预应力钢丝4通过端板3均匀施加预应力，且施加预应力可保持结构的稳定，冷弯薄壁空心下翼缘截面型钢11通过螺钉8连接一体。两块冷弯薄壁空心下翼缘截面型钢11背靠背通过螺钉8连接而成。设置空心下翼缘以保证下翼缘不屈曲的情况下，提高施加的预应力水平。由于施加了预应力，延缓了上端宽翼缘的畸变屈曲或局部屈曲。

实施例七：

在本实施例中，如图14所示，主体结构与实施例四相同，不同之处在于：任一冷弯钢1包括一根钢腹板9和两根冷弯薄壁矩形截面型钢12，预应力钢丝4穿过其中一根冷弯薄壁矩形截面型钢12上的矩形管腔，矩形管腔位于构件的两侧，便于预应力钢丝4通过端板3均匀施加预应力，且施加预应力可保持结构的稳定，钢腹板9的两端与冷弯薄壁矩形截面型钢12通过螺钉8连接。冷弯薄壁矩形截面型钢12尺寸可以根据需要加工，且中部钢腹板9设置在截面中部，丰富了组合截面类型，为组合截面结构优化设计提供了更多选择。

实施例八：

在本实施例中，如图15所示，主体结构与实施例四相同，不同之处在于：其中一个冷弯薄壁矩形截面型钢12内填充有混凝土10，预应力钢丝4从未填充有混凝土10的管内穿过。冷弯薄壁矩形截面型钢12的矩形腔体可以充当混凝土模板。填充的混凝土能够充分发挥其抗压能力，与所提及的预应力措施结合，进一步提高了组合梁抗弯刚度和抗弯承载力。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种预应力组合建筑构件，其特征在于，包括冷弯钢（1）、预应力钢丝（4）、预应力锚具（5）和端板（3），所述端板（3）固接在所述冷弯钢（1）的两端，所述端板（3）中心的一侧设置有预留孔，所述预应力钢丝（4）的两端穿过所述预留孔，且所述预应力钢丝（4）的任一端均通过所述预应力锚具（5）锚固在所述端板（3）上以使所述冷弯钢（1）形成负弯矩，所述冷弯钢（1）沿着所述端板（3）横向单排布置或者横纵双向多排布置，所述端板（3）为钢板，所述预应力钢丝（4）穿过所述冷弯钢（1）一侧的管腔。

2.根据权利要求1所述的预应力组合建筑构件，其特征在于，所述冷弯钢（1）为钢管，所述端板（3）为钢板，所述预应力钢丝（4）穿过所述钢管。

3.根据权利要求2所述的预应力组合建筑构件，其特征在于，所述冷弯钢（1）为沿着所述端板（3）的横向和纵向布置多排，所述冷弯钢（1）为方形钢管，所述预应力钢丝（4）从所述端板（3）一侧的方形钢管内穿过。

4.根据权利要求1所述的预应力组合建筑构件，其特征在于，任一所述冷弯钢（1）包括一根冷弯薄壁C型钢（6）和一根冷弯薄壁U型钢（7），所述冷弯薄壁C型钢（6）和冷弯薄壁U型钢（7）的两侧翼缘通过螺钉（8）连接形成矩形管，所述预应力钢丝（4）穿过所述矩形管。

5.根据权利要求1所述的预应力组合建筑构件，其特征在于，任一所述冷弯钢（1）包括两根冷弯薄壁C型钢（6）、两块钢腹板（9）和两根冷弯薄壁U型钢（7），所述冷弯薄壁C型钢（6）与所述冷弯薄壁U型钢（7）包覆形成一根矩形管，所述预应力钢丝（4）穿过所述矩形管，所述钢腹板（9）设置在所述矩形管的两侧，且所述钢腹板（9）的任一端均与所述矩形管通过螺钉（8）连接，其中一根所述矩形管内填充有混凝土（10）。

6.根据权利要求1所述的预应力组合建筑构件，其特征在于，任一所述冷弯钢（1）包括两根冷弯薄壁空心下翼缘截面型钢（11），所述预应力钢丝（4）穿过所述冷弯薄壁空心下翼缘截面型钢（11）上的管腔，所述冷弯薄壁空心下翼缘截面型钢（11）通过螺钉（8）连接成一体。

7.根据权利要求1所述的预应力组合建筑构件，其特征在于，任一所述冷弯钢（1）包括一块钢腹板（9）和两根冷弯薄壁矩形截面型钢（12），所述预应力钢丝（4）穿过其中一根所述冷弯薄壁矩形截面型钢（12）上的管腔，所述钢腹板（9）的两端与所述冷弯薄壁矩形截面型钢（12）通过螺钉（8）连接。

8.一种预应力复合楼板，包括权利要求1-7任一所述的预应力组合建筑构件，其特征在于，包括硅钙板（13）、OSB板（14）、混凝土垫层（15）和大理石地板（16），所述冷弯钢（1）为沿着所述端板（3）横向均布，所述OSB板（14）安装在所述冷弯钢（1）的上端支撑面（17）上且远离所述预应力钢丝（4），所述混凝土垫层（15）铺设在所述OSB板（14）上，所述大理石地板（16）铺设在所述混凝土垫层（15）上，所述硅钙板（13）安装在所述冷弯钢（1）的下端支撑面（18）上，相邻所述冷弯钢（1）之间填充有玻纤棉（19）。

9.根据权利要求8所述的预应力复合楼板，其特征在于，所述冷弯钢（1）为矩形钢管，所述端板（3）和冷弯钢（1）之间设置有一槽型连接件（20），所述冷弯钢（1）的端部插接在所述槽型连接件（20）内，该冷弯钢（1）和所述槽型连接件（20）的翼板（21）螺纹连接，所述端板（3）螺纹连接在所述槽型连接件（20）的底板（22）上。

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