CN112252473A - 一种全装配式房屋结构体系 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种全装配式房屋结构体系，包括开间方向结构、进深方向结构，其特征在于，所述开间方向结构和所述进深方向结构的节点处可拆卸式安装；所述开间方向结构间隔设置有多个开间结构边柱，所述开间方向结构设有组合型的抗侧力构件；所述抗侧力构件包括二悬挑梁和二安装件，二所述悬挑梁的一端相连，各自另一端分别通过所述安装件安装于相邻的所述开间结构边柱之间。本发明利用了抗侧力与抗竖向力分离的设计理念，对于抗侧力而言采用了集中力量办大事的方案，除了抗侧力榀之外，其余榀无需抵抗侧向力。

Description

一种全装配式房屋结构体系
技术领域
本发明涉及装配式建筑结构，尤指一种全装配式房屋结构体系。
背景技术
目前用于宿舍、教学楼和办公楼的钢结构体系中，一般均采用传统的钢框架结构体系，现场拼接节点存在大量的焊接工作，施工速度慢，焊缝质量受制于焊工水平和施工条件，且用钢量高达50～80公斤/㎡，经济性不佳。为了提高经济性，降低用钢量。为此，本发明应运而生！
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，在满足装配式房屋结构抗侧力需求的同时降低整体结构的用钢量、提升结构施工速度和装配精度。
实现上述目的的技术方案是：
本发明提供一种全装配式房屋结构体系，包括开间方向结构、进深方向结构，其特征在于，所述开间方向结构和所述进深方向结构的节点处可拆卸式安装；所述开间方向结构间隔设置有多个开间结构边柱，所述开间方向结构设有组合型的抗侧力构件；所述抗侧力构件包括二悬挑梁和二安装件，二所述悬挑梁的一端相连，各自另一端分别通过所述安装件安装于相邻的所述开间结构边柱之间。
本发明的有益效果为：
本发明的抗侧力构件中，左右侧开间结构边柱上的悬挑梁连接点在抗侧力构件形成的梁的中点，而中点正好是侧向力导致的梁弯矩的反弯点(反弯点即弯矩变号的点，此处弯矩为0)的位置，所以对节点的抗弯要求不高，其连接节点甚至可以做成铰接，以方便节点设计；而对于整个体系而言，本发明利用了抗侧力与抗竖向力分离的设计理念，对于抗侧力而言采用了集中力量办大事的方案，除了抗侧力榀之外，其余榀无需抵抗侧向力。传统的框架结构是每一榀框架都用来抵抗侧向力，所以每一榀框架都需要设计得较大(虽然比这种集中布置的抗侧力框架小，但是远比集中布置的非抗侧力榀大)，所以本方案节省用钢量：抗侧力能力与截面高度的平方(而不是一次方关系)近似成正比，所以对于相同的侧向力而言，在一两个地方集中布置抗侧力构件显然更加省钢。而且抗侧力刚架的尺寸正好可以留出窗洞尺寸。
进一步的，所述开间方向结构中非所述抗侧力构件处的开间结构边柱之间通过开间连系梁连接。连系梁的用钢量远小于抗侧力构件。
进一步的，所述开间连系梁与所述开间结构边柱之间的连接方式为铰接。由于连系梁承受的荷载很小，跨度也不大，也无需与柱形成框架承受侧向力，故力学上可以设置成铰接。设置成铰接的优点是，其与立柱的连接节点可方便地通过较少数量的螺栓进行连接，避免刚接节点现场焊接的麻烦。
进一步的，二所述悬挑梁之间通过螺栓连接。螺栓连接的方式可以更加方便组装，提高施工效率，因为连接点在钢梁中点，而中点正好是侧向力导致的钢梁弯矩反弯点的位置，侧向力带来的弯矩为0的点，所以对节点的抗弯要求不高，却又能抵抗侧向力。
进一步的，二所述悬挑梁之间采用铰接的方式进行连接。同理因为连接点在钢梁中点，而中点正好是对于侧向力的钢梁弯矩的反弯点的位置，侧向力带来的弯矩为0的点，所以对节点的抗弯要求不高，铰接的方式可以方便节点设计。
进一步的，所述抗侧力构件的数量至少为二，二所述所述抗侧力构件对应设置在所述开间方向结构两个边榀处，即在开间方向两个边榀至少各设置一个抗侧力构件。
进一步的，所述安装件为T型钢。在标准立柱侧面增加T型钢后，标准立柱+T型钢形成了一个L型截面，在两个方向都具备足够的抗侧刚度，且对室内空间的影响很小。
进一步的，所述悬挑梁为H型钢。其结构强度较大，能够起到抗侧力的作用，也是作为抗侧力构件的核心部件。
进一步的，所述开间方向结构和所述进深方向结构为多道，多道所述开间方向结构和所述进深方向结构形成网格状框架；所述网格状框架的中间节点处被设置有中间柱。所述网格状框架的网格处铺设楼板，此为公知常识，不做解释。
进一步的，所述开间方向结构和所述进深方向结构为多层，多层的所述开间方向结构和所述进深方向结构代表了房屋架构体系的楼层数。
进一步的，所述中间柱被设置为摇摆柱。中间柱和开间结构边柱起到抗竖向力的作用，而中间柱不参与抗侧力作用，因为可以设计为摇摆柱，更加方便节点设计。进深方向抗侧力通过设置摇摆柱的钢框架实现。每一榀钢框架均为抗侧力结构，共同抵抗结构进深方向的侧向力。进深方向亦可设置上下支撑，以提高结构的刚度。进深方向结构梁与开间方向结构(即边榀立柱)的连接节点设置在避开地震塑性铰的区域，并采用端板式螺栓的方式拼接。进一步的，由抗侧力构件、抗侧力构件和连系梁，种类较少的标准构件形成了整个结构体系，标准化程度高。
附图说明
图1为本发明的结构俯视图。
图2为图1中A处的放大图。
图3为本发明中开间方向结构的部分结构示意图。
图4为本发明中开间方向结构中开间连系梁的第一种节点图。
图5为图4中1-1截面图。
图6为本发明中开间方向结构中开间连系梁的第二种节点图。
图7为图6中2-2截面图。
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：
请参阅图1，对于结构体系而言，所需抵抗的荷载分为竖向荷载(如自重、使用活荷载等)和侧向荷载(如地震力、风荷载等)。竖向荷载一般是先由楼板传递至梁上，梁传递至柱上，柱子传递至基础。对于侧向荷载而言，低多层结构一般通过框架整体效应传递至基础。本发明针对用于低层规则建筑(如宿舍、教学楼和办公楼等)的结构体系的抗侧力方式，提出了创新的做法。为了便于表达，从平面上看，我们规定房屋纵向(开间方向)为X方向，横向(进深方向)为Y向。即Y向对应的是进深方向结构，X方向对应的是开间方向结构。
如图1所示，在本实施例中，进深方向结构和开间方向结构相互围合形成一个房屋的外墙结构框架，进深方向结构和开间方向结构相连接。如图所示，外墙结构框架为一个矩形框架。
进一步的，房屋的外墙结构框架的大小决定了房屋的面积，在面积较大的时候，可以设置多道进深方向结构和多道开间方向结构，在房屋的外墙结构框架内部设置多个中间柱3，多道进深方向结构和多道开间方向结构相互形成网格状，中间柱3则作为网格的交叉点。具体的，除去四个边角的结构柱之外，多道进深方向结构和多道开间方向结构可拆卸地安装在中间柱3上。优选的，中间柱3与进深方向结构和多道开间方向结构的安装方式为螺栓装配式连接；中间柱3被设置为摇摆柱。
进一步的，中间柱和开间结构边柱起到抗竖向力的作用，而中间柱的抗侧力作用不是很大，因为可以设置为摇摆柱，更加方便节点设计。进深方向抗侧力通过设置摇摆柱的钢框架实现。每一榀钢框架均为抗侧力结构，共同抵抗结构进深方向的侧向力。进深方向亦可设置上下支撑，以提高结构的刚度。进深方向结构梁与开间方向结构(即边榀立柱)的连接节点设置在避开地震塑性铰的区域，并采用端板式螺栓的方式拼接。进一步的，由抗侧力构件、抗侧力构件和连系梁，种类较少的标准构件形成了整个结构体系，标准化程度高。
请结合图1和图2，进深方向结构包括进深连系梁11和进深安装段12。进一步的，在本实施例中，进深连系梁11的两端通过进深安装段12安装在开间方向结构上。优选的进深安装段12为工厂预留牛腿段，进深连系梁11为一般通用钢梁，其截面小于工厂预留牛腿段，二者通过T型钢13安装连接。这样做的好处是，现场连接节点设置在进深连系梁11弯矩较小处，因此可以方便实现螺栓连接。因为螺栓连接较难达到等强，所以只能设置在弯矩较小处(此处由于不是地震的时候发生塑性铰耗能的地方，因此不要求等强)。
结合进深安装段12而言，中间柱3的顶端设于所述进深连系梁11的底面，进一步的，中间柱3为摇摆柱，其顶端与进深连系梁11的连接方式为铰接。除了摇摆柱之外，中间柱3还可以采用矩形立柱，矩形立柱伸出一段牛腿，可以与梁采用端板连接的方式通过螺栓进行连接，设置伸出牛腿的好处是降低连接点的弯矩，便于采用螺栓连接。
请结合上述内容与图1～图3，所述开间方向结构间隔设置有多个开间结构边柱23，所述开间结构边柱23之间形成有组合型的抗侧力构件；所述抗侧力构件包括二悬挑梁21和二安装件22，二所述悬挑梁21的一端相连，各自另一端分别通过所述安装件22安装于所述结构柱和所述开间结构边柱23。当开间方向结构为多层时(本实施例为4层)，多层的抗侧力构件形成一个抗侧力框架。在上述的外墙结构框架中的四个边角的结构柱即为开间方向结构两端的开间结构边柱23，即抗侧力构件是设于相邻的开间结构边柱23之间。
进一步的，二所述悬挑梁21之间通过铰接。同理因为连接点在钢梁中点，而中点正好是对于侧向力的钢梁弯矩的反弯点的位置，侧向力带来的弯矩为0的点，所以对节点的抗弯要求不高，铰接的方式可以方便节点设计。
本发明的抗侧力构件中，左右侧开间结构边柱上的悬挑梁连接点在抗侧力构件形成的梁的中点，而中点正好是侧向力导致的梁弯矩的反弯点(反弯点即弯矩变号的点，此处弯矩为0)的位置，所以对节点的抗弯要求不高，其连接节点甚至可以做成铰接，以方便节点设计；而对于整个体系而言，这个利用了抗侧力与抗竖向力分离的设计理念，或者说集中力量办大事，其余榀无需抵抗侧向力。传统的框架结构是每一榀框架都用来抵抗侧向力，所以每一榀框架都需要设计得较大(虽然比这种集中布置的抗侧力框架小，但是远比集中布置的非抗侧力榀大)，所以本方案节省用钢量。因为抗侧力能力与截面高度的平方(而不是一次方关系)近似成正比，所以对于相同的侧向力而言，在一两个地方集中布置抗侧力构件显然更加省钢。
进一步的，在上述的外墙结构框架中，所述抗侧力构件的数量至少为二，因为外墙框架有两道开间方向结构；而在同一道开间方向结构中优选为两个抗侧力构件，分别设于开间方向结构的两个边榀处，请参阅图1。
进一步的，悬挑梁21为H型钢，二所述悬挑梁21的一端除了铰接之外也可以通过螺栓相连(二H型钢的端部基本对齐，各自上面有一块板，然后板上开孔后螺栓过孔连接，螺栓连接的方式是装配结构中的通用方式，开孔然后螺栓过孔后连接)；安装件22为附加T型钢，其中一个所述附加T型钢的一端连接于结构柱，即开间结构边柱(H型钢)，另一端连接于悬挑梁21；另一个所述附加T型钢的一端连接于开间结构边柱23，另一端连接于悬挑梁21。立柱的尺寸不够大，无法与比较大的钢梁形成比较强有力的抗侧力框架。因为立柱在X方向(开间方向)的宽度较小，所以需要增加T型钢，直接将立柱做大又会影响室内空间，而且标准立柱+T型钢形成了一个L型截面，在两个方向都具备足够的抗侧刚度。H型钢结构强度较大，能够起到抗侧力的作用，也是作为抗侧力构件的核心部件。另一可优选的，安装件22也可为矩形管。
进一步的，所述开间方向结构的开间结构边柱23之间通过开间连系梁24连接。优选的，开间连系梁24的截面小于悬挑梁21，其不是抗侧的主要承担构件，所以采用一般的通用钢梁或者H型钢即可，并且相对于同类型的结构梁，其可以省去大量的用钢量。优选的，开间连系梁24是通过T型钢25安装在开间结构边柱23上。
请参阅图4、图5、图6和图7，在实施例中，除抗侧力构件之外，其余的榀的钢梁不但可以做到截面很小，而且可以做到两端铰接，连接十分方便。
再进一步的，所述开间连系梁24与所述开间结构边柱23之间的连接方式为铰接，由于连系梁承受的荷载很小，跨度也不大，也无需与柱形成框架承受侧向力，故力学上可以设置成铰接。设置成铰接的优点是，其与立柱的连接节点可方便地通过较少数量的螺栓进行连接，避免刚接节点现场焊接的麻烦。
本实施例中，开间连系梁24提供了两种节点方式，请参阅图5和图7，一种是开间连系梁24与T型钢25端面均设有钢板，对齐后螺栓过孔连接，另一种是，钢板的面积大于开间连系梁24和T型钢25的截面，其安装方式更加稳定。
在本实施例中，为了加强整体的结构强度和抵抗房屋结构的竖向力，或者，如果层数比较多等，也可以设置柱间支撑4由于柱间支撑4均设置在分隔墙内，不影响使用。作为本实施例一较佳实施方式，抗侧力框架和进深方向框架中可设置有柱间支撑4。在本实施例的附图中，只表现在进深方向框架中的两层开间连系梁24之间。柱间支撑4为单斜杆杆组或者交叉斜杆杆组。
作为本实施例一较佳实施方式，所述开间方向结构和所述进深方向结构为多道，多道所述开间方向结构和所述进深方向结构形成网格状框架；所述网格状框架的中间节点处被设置有中间柱3。所述网格状框架的网格处铺设楼板，此为公知常识，不做解释。
进一步的，在水平方向上，进深方向结构随着房屋的外墙结构体系的面积而可适应性地被设置为多道，在本实施例中是被设置为7道；而在随着房屋的外墙结构体系的楼层设计层数，进深方向结构又被适应性地设计为多层，在本实施例中，楼层被设计成5层，进深方向结构是被设置为4层(不包括地面结构)。在具体施工时可根据实际施工而决定。同理开间方向结构也是如此。进深方向结构为多层时，多层的深连系梁和进深安装段12配合结构柱和中间柱3形成进深方向框架。进深方向的结构则采用框架体系或者框架支撑体系均可。
在实际过程中，网格状框架一般在进深方向为四行或者三行立柱，不会再多。但在本发明中应当不以此为限，本实施例中只是例举了较佳的实施方式。
综上而言，本实施例中多次提到螺栓连接，而没有具体描述螺栓的连接方式，是因为螺栓连接是两个构件之间过孔连接的通用方式，在本身领域的技术人员可知技术范围内，其实毫无疑义和理解障碍的，因为，本实施例未在螺栓连接这一技术特征上再做多余的赘述和附图描述。
需要表明的是，本实施例中抗侧力构件设于整体框架的边角处，因为一般来说这个大抗侧力框架会有一点点影响室内空间，所以一般设置在楼梯间、卫生间等地方，而这些地方往往在边角处。但是不代表边角处设置为必要的。
本发明的有益效果是：
1、由于采用了全螺栓连接节点，所有构件之间均通过螺栓连接，施工速度快，且施工质量更加可控。
2、根据宿舍等建筑的平面并结合立面窗户布置特征，采用了创新的抗侧力方式，从而可以做到抗侧力与抗竖向力分离，减小了除抗侧力榀之外的结构构件尺寸，大幅降低了用钢量，节省了结构造价。
3、采用了清晰地抗侧力模式，结构抗震性能好。
4、这个利用了抗侧力与抗竖向力分离的设计理念，或者说集中力量办大事。传统的框架结构是每一榀框架都用来抵抗侧向力，所以每一榀框架都不是很小(虽然比这种集中布置的抗侧力框架小，但是远比集中布置的非抗侧力榀大)，所以创新方案节省用钢量。因为总的地震力是一样的，但是抗侧力能力与截面高度的平方(而不是一次方关系)近似成正比，所以集中一两个地方布置显然更省钢。举例：抗侧力4*(1)＝4<22+3*0.52＝4.75，但是用材4*1>2+3*0.5)
假定开间方向有4榀用钢量为1的结构，每榀结构的抗侧力能力是1，则总抗侧力能力为4，总用钢量也是4。
而假定将其中的一个框架改成两倍的宽度，其余框架改成0.5倍的宽度，则其抗侧力能力为22+3*0.52＝4.75，相对有所增加，但用钢量为2+3*0.5＝3.5。并且在实际过程中增加截面宽度的用钢量增加还不到1倍。
传统框架体系 本发明抗侧力框架体系
抗侧力 4*1<sup>2</sup>＝4 2<sup>2</sup>+3*0.5<sup>2</sup>＝4.75
用钢量 4*1＝4 2+3*0.5＝3.5
以上结合附图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)

1.一种全装配式房屋结构体系，包括开间方向结构、进深方向结构，其特征在于，所述开间方向结构和所述进深方向结构的节点处可拆卸式安装；所述开间方向结构间隔设置有多个开间结构边柱，所述开间方向结构设有组合型的抗侧力构件；所述抗侧力构件包括二悬挑梁和二安装件，二所述悬挑梁的一端相连，各自另一端分别通过所述安装件安装于相邻的所述开间结构边柱之间。
2.如权利要求1所述的结构体系，其特征在于：所述开间方向结构中非所述抗侧力构件处的开间结构边柱之间通过开间连系梁连接。
3.如权利要求2所述的结构体系，其特征在于：所述开间连系梁与所述开间结构边柱之间的连接方式为铰接。
4.如权利要求1所述的结构体系，其特征在于：二所述悬挑梁之间通过螺栓连接。
5.如权利要求1所述的结构体系，其特征在于：二所述悬挑梁之间采用铰接。
6.如权利要求1所述的结构体系，其特征在于：所述抗侧力构件的数量至少为二，二所述所述抗侧力构件对应设置在所述开间方向结构两个边榀处。
7.如权利要求1所述的结构体系，其特征在于：所述安装件为T型钢。
8.如权利要求1所述的结构体系，其特征在于：所述悬挑梁为H型钢。
9.如权利要求1所述的结构体系，其特征在于：所述开间方向结构和所述进深方向结构为多道，多道所述开间方向结构和所述进深方向结构形成网格状框架；所述网格状框架的中间节点处被设置有中间柱。
10.如权利要求9所述的结构体系，其特征在于：所述中间柱被设置为摇摆柱。
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