CN112854538A - 嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系及装配方法 - Google Patents

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CN112854538A CN202110030070.1A CN202110030070A CN112854538A CN 112854538 A CN112854538 A CN 112854538A CN 202110030070 A CN202110030070 A CN 202110030070A CN 112854538 A CN112854538 A CN 112854538A
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Abstract

本发明公开了嵌块组合墙‑柱式多层轻钢住宅结构体系及装配方法,包括轻钢龙骨嵌块抗剪墙、开洞墙元、轻钢龙骨组合承重墙、轻钢‑轻混凝土组合楼板、耗能支撑和连接件,轻钢龙骨嵌块抗剪墙设置在开洞墙元两侧,与开洞墙元通过连接件固定连接;轻钢龙骨组合承重墙位于两片轻钢龙骨嵌块抗剪墙之间,耗能支撑设置在轻钢龙骨组合承重墙内,且与两侧轻钢龙骨嵌块抗剪墙通过连接件连接,轻钢‑轻混凝土组合楼板与各层轻钢龙骨嵌块抗剪墙、开洞墙元和轻钢龙骨组合承重墙固定连接。本发明促进了轻钢龙骨嵌块抗剪墙与轻钢龙骨组合承重墙之间的变形协调并提高了结构的耗能能力,各部件均可在工厂批量预制现场拼装,工业化程度高;该装配方法施工简便。

Description

嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系及装配方法
技术领域
本发明涉及建筑结构,具体来说,涉及嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系及装配方法。
背景技术
多年以来,冷成型钢结构体系因自重轻、材料环保可回收、装配化程度高、施工周期短等优点而广泛应用于美国、日本及澳大利亚等国家和地区。近年来,该体系在我国也日益受到关注,特别是因其建造效率高而在汶川地震抗震救灾过程中发挥了重要作用。目前,冷成型钢结构已经广泛应用于住宅、别墅、酒店等建筑中,并逐渐由低层向多层发展。随着我国在传统建筑业领域大力推进预制装配化建造技术、甚至基于建筑集成化和产品化的智能化建造技术,提高冷成型钢结构特别是多层冷成型钢结构的设计和施工水平已成为实现国家推广装配式绿色环保建筑这一战略性政策的一条有效途径。
冷成型钢结构在其全寿命服役过程中,极可能产生螺钉连接件磨损和构造连接(如抗拔锚栓)松动等“剪力墙老化”现象,这些现象必将影响结构在后续服役期间的抗灾能力。然而,现有的冷成型钢结构体系受剪破坏大多集中于底层结构,结构的灾后可修复性薄弱,当前亟需提高多层冷成型钢结构体系的可持续御灾能力以促进多层冷成型钢结构在我国的推广应用,特别是在住房条件急需改善的村镇地区的应用。
发明内容
发明目的:本发明的目的是提供一种嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系及装配方法,该结构体系可提高结构的可持续御灾能力,所需部件均可在工厂模块化批量预制后运至现场拼装,工业化程度高。同时,还提供了嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系各部件的装配方法,该装配方法施工简便。
技术方案:嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系,该结构体系包括轻钢龙骨嵌块抗剪墙、开洞墙元、轻钢龙骨组合承重墙、轻钢-轻混凝土组合楼板、耗能支撑和连接件,其中轻钢龙骨嵌块抗剪墙设置在开洞墙元两侧,并与开洞墙元通过第一连接件固定连接;轻钢龙骨组合承重墙位于与开洞墙元所在墙面相邻的墙面,且位于两片轻钢龙骨嵌块抗剪墙之间,耗能支撑设置在轻钢龙骨组合承重墙内,且耗能支撑与两侧轻钢龙骨嵌块抗剪墙通过第二连接件连接,轻钢-轻混凝土组合楼板通过螺栓与各层轻钢龙骨嵌块抗剪墙、开洞墙元和轻钢龙骨组合承重墙固定连接。
优选的,轻钢龙骨嵌块抗剪墙包括钢管混凝土框柱、填充墙和第三连接件,钢管混凝土框柱设置在填充墙两端,并通过第三连接件与填充墙固定连接成整体,填充墙包括抗剪轻钢骨架、轻质混凝土填块、结构板和灌浆层,抗剪轻钢骨架为由轻钢龙骨立柱、轻钢龙骨横撑和第一轻钢龙骨导梁形成的网格状框架,且每个网格的两侧均嵌入有轻质混凝土填块,灌浆层位于两个相对的轻质混凝土填块与抗剪轻钢骨架形成的空腔内,结构板固定在抗剪轻钢骨架两侧,将抗剪轻钢骨架、轻质混凝土填块和灌浆层封装在两个钢管混凝土框柱和相对的两个结构板形成的腔体之间。
优选的,第三连接件包括T型钢板、L型钢板和木制嵌条;T型钢板通过预埋螺栓成对布置在钢管混凝土框柱和填充墙的边龙骨上,两个T型钢板腹板通过螺栓连接;L型钢板位于T型钢板上下两端,L型钢板的长肢通过螺栓与T型钢板的腹板连接,L型钢板的短肢通过螺栓与轻钢-轻混凝土组合楼板连接。
优选的,开洞墙元包括洞口边柱、洞口上部墙元和洞口下部墙元,洞口边柱有两个,分别位于洞口两侧,洞口上部墙元与两个洞口边柱上端固定连接,洞口下部墙元与两个洞口边柱下端固定连接;洞口边柱为相对设置的U型轻钢龙骨立柱和C型轻钢龙骨立柱通过自攻螺钉形成的组合柱,洞口上部墙元和洞口下部墙元的构造与轻钢龙骨嵌块抗剪墙中的填充墙结构相同。
开洞墙元与轻钢龙骨嵌块抗剪墙通过第一连接件连接,第一连接件包括L型钢板和工字型耗能板;L型钢板成对布置在钢管混凝土框柱和洞口边柱的连接面,工字型耗能板设置在L型钢板中间,将L型钢板的短肢与钢管混凝土框柱和洞口边柱通过预埋螺栓连接后,将螺栓穿过L型钢板的长肢和工字型耗能板的预留孔将L型钢板和工字型耗能板连接成整体。
优选的,轻钢龙骨组合承重墙包括承重轻钢骨架、结构板和保温材料,承重轻钢骨架包括轻钢组合边柱、帽型轻钢龙骨立柱和第二轻钢龙骨导梁,轻钢组合边柱分别位于承重轻钢骨架两侧,帽型轻钢龙骨立柱平行设置在两轻钢组合边柱之间,轻钢组合边柱和帽型轻钢龙骨立柱两端均固定有第二轻钢龙骨导梁,结构板设置在承重轻钢骨架两侧,保温材料填充在两结构板和承重轻钢骨架形成的空腔内。
优选的,轻钢组合边柱是由两个方形轻钢龙骨立柱和方形轻钢龙骨横撑焊接形成的格构柱,帽型轻钢龙骨立柱成对设置,并通过箱型件的U型钢板和自攻螺钉连接形成格构柱,方形轻钢龙骨横撑和U型钢板沿墙体高度方向的间距相等。
优选的,轻钢-轻混凝土组合楼板包括轻钢楼盖骨架、波纹钢板、轻质混凝土浇筑层、保温材料和饰面层,其中轻钢楼盖骨架包括轻钢龙骨托梁、第三轻钢龙骨导梁、加劲件和U型轻钢龙骨横撑;在轻钢-轻混凝土组合楼板周边预留后拼装位置,以便于轻钢-轻混凝土组合楼板与各层墙体的连接;U型轻钢龙骨横撑上与轻钢龙骨托梁相交的位置设置预留孔,数根轻钢龙骨托梁平行插入U型轻钢龙骨横撑的预留孔并与端部的第三轻钢龙骨导梁通过自攻螺钉连接形成矩形骨架;加劲件位于轻钢龙骨托梁两端,通过自攻螺钉将轻钢龙骨托梁的腹板和第三轻钢龙骨导梁的腹板连接成整体,保温材料内嵌于轻钢楼盖骨架空腔内。
优选的,耗能支撑包括四个连接杆、两个蝶形连接片和工字型耗能板,连接杆包括圆钢管和设置在圆钢管两端的端板,其中,两个蝶形连接片相对设置,并通过工字型耗能板固定连接,每个蝶形连接片对称设置有两个连接杆,连接杆的另一端通过第二连接件与钢管混凝土框柱固定连接;四个连接杆成“X”型设置。
优选的,第二连接件包括T型钢板和箱型件,其中箱型件包括U型钢板和C型钢板,U型钢板和C型钢板相对设置,U型钢板与钢管混凝土框柱通过预埋螺栓连接,C型钢板通过自攻螺钉与轻钢龙骨组合承重墙的组合边柱连接,U型钢板和C型钢板在钢管混凝土框柱和轻钢龙骨组合承重墙安装在设计位置后通过自攻螺钉连接形成箱型件。
本发明的一种上述嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系的装配方法,包括以下步骤:
S1、装配轻钢龙骨嵌块抗剪墙与开洞墙元;
S11、将轻钢龙骨嵌块抗剪墙设置在开洞墙元的两端后,将工字型耗能板沿墙体高度方向均匀设置在钢管混凝土框柱和洞口边柱之间;
S12、将两组L型钢板分别布置在工字型耗能板两侧,并通过螺栓将钢管混凝土框柱、洞口边柱和工字型耗能板连接成整体;
S2、装配轻钢龙骨嵌块抗剪墙与轻钢龙骨组合承重墙;
S21、将箱型件的C型钢板沿墙体高度方向安装在轻钢组合边柱上,将箱型件的U型钢板沿墙体高度方向安装在钢管混凝土框柱上;
S22、将轻钢龙骨嵌块抗剪墙吊装至轻钢龙骨组合承重墙的两端,并在U型钢板和C型钢板抱合形成箱型件后,固定连接成整体;
S23、将T型钢板固定安装在钢管混凝土框柱两端后,将耗能支撑中连接杆的端板与T型钢板的腹板固定连接成整体;
S24、将一组L型钢板的长肢相对布置在T型钢板的腹板两侧并固定连接成整体;
S25、嵌入保温材料并安装封板;
S3、装配轻钢-轻混凝土组合楼板与各层轻钢龙骨嵌块抗剪墙、开洞墙元以及轻钢龙骨组合承重墙;
S31、按照步骤S1和S2安装下层轻钢龙骨嵌块抗剪墙、开洞墙元和轻钢龙骨组合承重墙后,通过拼接块将钢管混凝土框柱、相邻轻钢-轻混凝土组合楼板的第三轻钢龙骨导梁以及下层轻钢龙骨嵌块抗剪墙、开洞墙元和轻钢龙骨组合承重墙的轻钢龙骨导梁(第一轻钢龙骨导梁和第二轻钢龙骨导梁)固定连接,其中拼接块“背靠背”成对布置在第三轻钢龙骨导梁两端;
S32、在轻钢-轻混凝土组合楼板的第三轻钢龙骨导梁的上方设置木垫块,将上层轻钢龙骨嵌块抗剪墙、开洞墙元和轻钢龙骨组合承重墙设置在木垫块上方,并将上层各墙体与木垫块以及轻钢-轻混凝土组合楼板的第三轻钢龙骨导梁连接成整体;
S33、在轻钢-轻混凝土组合楼板周边预留的后拼装位置嵌入保温材料,并安装角钢和波纹钢板后,浇筑轻质混凝土后浇层并安装饰面层。
有益效果:与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下有益效果:
(1)本发明的嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系中的轻钢龙骨嵌块抗剪墙与开洞墙元的洞口上部墙元和洞口下部墙元可沿结构高度方向形成联肢剪力墙,克服了传统冷弯薄壁型钢结构体系受剪破坏集中于底层的不足。
(2)本发明的嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系中的耗能支撑改善了传统冷成型钢结构依靠螺钉连接件非线性变形的耗能机制,可有效避免因抗剪墙的螺钉连接件在长期荷载作用下“老化”导致的结构抗侧能力不足,提高了结构的耗能能力。此外,耗能支撑改善了轻钢龙骨嵌块抗剪墙与轻钢龙骨组合承重墙之间的变形协调,可避免结构在大震作用下发生抗剪墙先于非抗剪墙失效的不利破坏模式,提高了结构的强震抗倒塌能力。
(3)本发明的嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系中的各组成部件均在工厂预制生产,现场安装工序简单,工业化程度高,有利于形成多层轻钢住宅结构的工业化生产、全预制装配、服役期可修复的成套建造技术。
附图说明
图1是本发明中嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系的结构示意图;
图2是本发明中轻钢龙骨嵌块抗剪墙的结构示意图;
图3是本发明中轻钢龙骨嵌块抗剪墙的剖面示意图;
图4是本发明中轻钢龙骨嵌块抗剪墙剖面及其与轻钢-轻混凝土组合楼板的连接示意图;
图5是本发明中相邻层轻钢龙骨嵌块抗剪墙的钢管混凝土框柱拼接示意图;
图6是本发明中开洞墙元的结构示意图;
图7是本发明中开洞墙元的洞口边柱结构示意图;
图8是本发明中洞口边柱与钢管混凝土框柱之间的连接件示意图;
图9是本发明中轻钢龙骨组合承重墙的结构示意图;
图10是本发明中轻钢龙骨组合承重墙剖面及其与钢管混凝土框柱的连接示意图;
图11是本发明中耗能支撑的构造示意图;
图12是本发明中箱型件的构造示意图;
图13是本发明中耗能支撑、承重轻钢骨架及其与钢管混凝土框柱的连接示意图;
图14是本发明中承重轻钢骨架、耗能支撑与钢管混凝土框柱的局部连接示意图;
图15是本发明中轻钢-轻混凝土组合楼板与各类墙体的连接详图;
图16是本发明中的拼接块结构示意图;
图中:轻钢龙骨嵌块抗剪墙1、开洞墙元2、轻钢龙骨组合承重墙3、轻钢-轻混凝土组合楼板4、耗能支撑5、连接件6、螺栓7、钢管混凝土框柱8、填充墙9、抗剪轻钢骨架10、轻质混凝土填块11、结构板12、灌浆层13、轻钢龙骨立柱14、轻钢龙骨横撑15、第一轻钢龙骨导梁16-1、自攻螺钉17、洞口边柱18、洞口上部墙元19、洞口下部墙元20、U型轻钢龙骨立柱21、C型轻钢龙骨立柱22、承重轻钢骨架23、保温材料24、轻钢组合边柱25、帽型轻钢龙骨立柱26、第二轻钢龙骨导梁27-3、方形轻钢龙骨立柱28、方形轻钢龙骨横撑29、轻钢楼盖骨架30、波纹钢板31、轻质混凝土浇筑层32、饰面层33、轻钢龙骨托梁34、第三轻钢龙骨导梁35-4、加劲件36、U型轻钢龙骨横撑37、连接杆38、圆钢管38-1、端板38-2、蝶形连接片39、工字型耗能板40、T型钢板41、L型钢板42、箱型件43、木制嵌条44、U型钢板45、C型钢板46、对拉螺栓47、封板48、预埋螺栓49、拼接块50、木垫块51、角钢52、轻质混凝土后浇层53、矩形钢管54、钢管55、管内混凝土56。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。
如图1所示,本发明的嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系,包括轻钢龙骨嵌块抗剪墙1、开洞墙元2、轻钢龙骨组合承重墙3、轻钢-轻混凝土组合楼板4、耗能支撑5和连接件6,其中轻钢龙骨嵌块抗剪墙1设置在开洞墙元2两侧,并与开洞墙元2通过第一连接件6-1固定连接;轻钢龙骨组合承重墙3位于两片轻钢龙骨嵌块抗剪墙1之间,耗能支撑5设置在轻钢龙骨组合承重墙3内,且耗能支撑5与两侧轻钢龙骨嵌块抗剪墙1通过第二连接件6-2连接,轻钢-轻混凝土组合楼板4通过螺栓7与各层轻钢龙骨嵌块抗剪墙1、开洞墙元2和轻钢龙骨组合承重墙3固定连接。开洞墙元2与轻钢龙骨组合承重墙3不直接相连,开洞墙元2与轻钢龙骨组合承重墙3的数量和位置以结构设计为准,无特定结构顺序。
如图2和图3所示,轻钢龙骨嵌块抗剪墙1包括钢管混凝土框柱8和填充墙9,钢管混凝土框柱8设置在填充墙9两端,并通过第三连接件6-3与填充墙固定连接成整体,填充墙9包括抗剪轻钢骨架10、轻质混凝土填块11、结构板12和灌浆层13;抗剪轻钢骨架10由轻钢龙骨立柱14、轻钢龙骨横撑15和第一轻钢龙骨导梁16-1通过自攻螺钉17连接形成网格状;轻质混凝土填块11嵌于由轻钢龙骨立柱14和轻钢龙骨横撑15形成的网格的两侧,并通过自攻螺钉17与抗剪轻钢骨架10固定连接;灌浆层13位于两个相对的轻质混凝土填块11与抗剪轻钢骨架10形成的空腔内;结构板12布置在抗剪轻钢骨架10两侧并通过自攻螺钉17固定连接;钢管混凝土框柱8与填充墙9通过T型钢板41和螺栓7连接成整体。如图2、3所示,第三连接件6-3包括T型钢板41、L型钢板42和木制嵌条44;T型钢板41通过预埋螺栓49成对布置在钢管混凝土框柱8和填充墙9的边龙骨上,两个T型钢板41腹板通过螺栓7连接;L型钢板42位于T型钢板41上下两端,L型钢板42的长肢通过螺栓7与T型钢板41的腹板连接,L型钢板42的短肢通过螺栓7与轻钢-轻混凝土组合楼板4连接。如图5所示,钢管混凝土框柱8包括钢管55和填充在管内的混凝土56,相邻层钢管混凝土框柱8通过嵌套在其内部的矩形钢管54固定连接,其中,矩形钢管54的两端分别嵌套在相邻层钢管混凝土框柱8的钢管55内,并通过对拉螺栓47固定连接,相邻层钢管混凝土框柱8的钢管55的另一端管内填充有管内混凝土56,且设有预埋螺栓49。相邻层钢管混凝土框柱8在柱子中部采用矩形钢管54接长的目的是提高结构的承载能力和竖向连续性。
如图6和图7所示,开洞墙元2包括洞口边柱18、洞口上部墙元19和洞口下部墙元20,洞口边柱18为U型轻钢龙骨立柱21和C型轻钢龙骨立柱22通过自攻螺钉17形成的组合柱,洞口上部墙元19和洞口下部墙元20的构造与轻钢龙骨嵌块抗剪墙1中的填充墙9相同。洞口边柱有两个,分别位于洞口两侧,洞口上部墙元19与两个洞口边柱上端固定连接,洞口下部墙元20与两个洞口边柱下端固定连接。如图6、8所示,开洞墙元2与轻钢龙骨嵌块抗剪墙1的钢管混凝土框柱8通过第一连接件6-1连接;第一连接件6-1包括L型钢板42和工字型耗能板40;L型钢板42成对布置在钢管混凝土框柱8和洞口边柱18的连接面,工字型耗能板40设置在L型钢板42中间,将L型钢板42的短肢与钢管混凝土框柱8和洞口边柱18通过预埋螺栓49连接后,将螺栓7穿过L型钢板42的长肢和工字型耗能板40的预留孔将L型钢板42和工字型耗能板40连接成整体。开洞墙元2的洞口边柱18与钢管混凝土框柱8通过第一连接件6-1连接的目的是为了形成联肢剪力墙,提高结构的抗侧能力。
如图9和图10所示,轻钢龙骨组合承重墙3包括承重轻钢骨架23、结构板12和保温材料24,承重轻钢骨架23由轻钢组合边柱25、帽型轻钢龙骨立柱26和第二轻钢龙骨导梁27-3通过自攻螺钉17连接形成;轻钢组合边柱25分别位于承重轻钢骨架23两侧,帽型轻钢龙骨立柱26平行设置在两轻钢组合边柱25之间,轻钢组合边柱25和帽型轻钢龙骨立柱26两端均固定有第二轻钢龙骨导梁27-3,结构板12设置在承重轻钢骨架23两侧,保温材料24填充在两结构板12和承重轻钢骨架23形成的空腔内;其中轻钢组合边柱25是由两个方形轻钢龙骨立柱28和方形轻钢龙骨横撑29焊接形成的格构柱;帽型轻钢龙骨立柱26成对设置,并通过U型钢板45和自攻螺钉17连接形成格构柱,方形轻钢龙骨横撑29和U型钢板45沿墙体高度方向的间距相等,且不大于400mm。
如图11~14所示,耗能支撑5由连接杆38、蝶形连接片39和工字型耗能板40通过螺栓7连接形成,连接杆38包括圆钢管38-1和设置在圆钢管两端的端板38-2,圆钢管38-1和端板38-2焊接成整体;其中,两个蝶形连接片39相对设置,并通过工字型耗能板40固定连接,每个蝶形连接片39上对称设置有两个连接杆38,连接杆38的另一端通过连接件与钢管混凝土框柱固定连接;四个连接杆38成“X”型设置。第二连接件6-2包括T型钢板41和箱型件43,其中箱型件43包括U型钢板45和C型钢板46,U型钢板45和C型钢板46分别设置于钢管混凝土框柱8和轻钢组合边柱25上。U型钢板46与钢管混凝土框柱8通过预埋螺栓49连接,C型钢板46通过自攻螺钉17与轻钢龙骨组合承重墙3的组合边柱25连接,U型钢板45和C型钢板46在钢管混凝土框柱8和轻钢龙骨组合承重墙3安装在设计位置后通过自攻螺钉17连接形成箱型件43。将耗能支撑5与钢管混凝土框柱8通过第二连接件6-2中的T型钢板41相连是为了促进轻钢龙骨嵌块抗剪墙1与轻钢龙骨组合承重墙3之间的变形协调,同时提高结构的耗能能力。
如图4和图15所示,轻钢-轻混凝土组合楼板4包括轻钢楼盖骨架30、波纹钢板31、轻质混凝土浇筑层32、保温材料24和饰面层33,其中轻钢楼盖骨架30由轻钢龙骨托梁34、第三轻钢龙骨导梁35-4、加劲件36和U型轻钢龙骨横撑37通过自攻螺钉17连接形成。波纹钢板31位于轻钢楼盖骨架30的上方,轻质混凝土浇筑层32位于波纹钢板31的上方,饰面层33位于轻质混凝土浇筑层32的上方。U型轻钢龙骨横撑37上与轻钢龙骨托梁34相交的位置设置预留孔,数根轻钢龙骨托梁34平行插入U型轻钢龙骨横撑37的预留孔并与端部的第三轻钢龙骨导梁35-4通过自攻螺钉17连接形成矩形骨架;加劲件36位于轻钢龙骨托梁34两端,通过自攻螺钉17将轻钢龙骨托梁34的腹板和第三轻钢龙骨导梁35-4的腹板连接成整体,保温材料24内嵌于轻钢楼盖骨架30空腔内。波纹钢板31与轻钢楼盖骨架30通过自攻螺钉17连接,自攻螺钉17穿过轻质混凝土浇筑层32将饰面层33与波纹钢板31连接成整体。在轻钢-轻混凝土组合楼板4周边预留后拼装位置是为了便于轻钢-轻混凝土组合楼板4与各层墙体的连接。
一种嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系的装配方法,该方法包括轻钢龙骨嵌块抗剪墙1与开洞墙元2的装配方法,轻钢龙骨嵌块抗剪墙1与轻钢龙骨组合承重墙3的装配方法以及轻钢-轻混凝土组合楼板4与各层轻钢龙骨嵌块抗剪墙1、开洞墙元2和轻钢龙骨组合承重墙3的装配方法。
如图6~8所示,轻钢龙骨嵌块抗剪墙1与开洞墙元2的装配方法包括以下过程:
第一步:将轻钢龙骨嵌块抗剪墙1设置在开洞墙元2的两端后,将工字型耗能板40沿墙体高度方向设置在钢管混凝土框柱8和洞口边柱18之间,间距不大于400mm;
第二步:将两组L型钢板42分别布置在工字型耗能板40两侧,并通过螺栓7将钢管混凝土框柱8、洞口边柱18和工字型耗能板40连接成整体;
如图9~14所示,轻钢龙骨嵌块抗剪墙1与轻钢龙骨组合承重墙3的装配方法包括以下过程:
第一步:通过自攻螺钉17将C型钢板46沿墙体高度方向安装在轻钢组合边柱25上,通过预埋螺栓49将U型钢板45沿墙体高度方向安装在钢管混凝土框柱8上,间距不大于400mm;
第二步:将轻钢龙骨嵌块抗剪墙1吊装至轻钢龙骨组合承重墙3的两端,并在U型钢板45和C型钢板46抱合形成箱型件43后,通过自攻螺钉17连接成整体;
第三步:将T型钢板41通过预埋螺栓49安装在钢管混凝土框柱8两端后,将耗能支撑5中的连接杆38端板38-2与T型钢板41的腹板通过螺栓7连接成整体;
第四步:将一组L型钢板42的长肢相对布置在T型钢板41的腹板两侧并通过螺栓7连接成整体;
第五步:嵌入保温材料24并安装封板48。
如图15和图16所示,轻钢-轻混凝土组合楼板4与各层轻钢龙骨嵌块抗剪墙1、开洞墙元2以及轻钢龙骨组合承重墙3的装配方法包括以下过程:
第一步:按照上述方法安装下层轻钢龙骨嵌块抗剪墙1、开洞墙元2和轻钢龙骨组合承重墙3后,通过拼接块50将钢管混凝土框柱8、相邻轻钢-轻混凝土组合楼板4的第三轻钢龙骨导梁35-4下翼缘以及下层各类墙体的轻钢龙骨导梁(轻钢龙骨嵌块抗剪墙1、开洞墙元2的第一轻钢龙骨导梁16-1和轻钢龙骨组合承重墙3的第二轻钢龙骨导梁27-3)采用螺栓固定连接,其中拼接块50“背靠背”成对布置在第三轻钢龙骨导梁35-4两端;
第二步:在轻钢-轻混凝土组合楼板4的第三轻钢龙骨导梁35-4的上方设置木垫块51,将上层轻钢龙骨嵌块抗剪墙1、开洞墙元2和轻钢龙骨组合承重墙3设置在木垫块51上方,通过对拉螺栓47将上层墙体的L型钢板42的短肢、木垫块51、轻钢-轻混凝土组合楼板4的第三轻钢龙骨导梁35-4上翼缘以及拼接块50连接成整体;通过预埋螺栓49将上层各墙体、木垫块51以及轻钢-轻混凝土组合楼板4的第三轻钢龙骨导梁35-4上翼缘连接成整体;第三步:在轻钢-轻混凝土组合楼板4周边预留的后拼装位置嵌入保温材料24,并通过自攻螺钉17安装波纹钢板31后,浇筑轻质混凝土后浇层53并安装饰面层33。
作为优选,钢管混凝土框柱8的钢管55壁厚不小于1.5mm,钢管55截面边长不小于填充墙9的厚度,管内混凝土56的强度等级不低于C20。
作为优选,抗剪轻钢骨架10、承重轻钢骨架23和轻钢楼盖骨架30所采用的轻钢龙骨杆件的厚度均不超过2mm。
作为优选,耗能支撑5中的连接杆38所采用的圆钢管38-1直径不小于40mm、壁厚不小于4mm,端板38-2厚度不小于4mm;蝶形连接片39厚度不小于10mm;工字型耗能板40可采用铅板或低屈服强度钢材。
作为优选,T型钢板41和L型钢板42的厚度均不小于4mm;U型钢板45和C型钢板46的厚度均不小于1.5mm;螺栓7、对拉螺栓47和预埋螺栓49的规格均不小于M14。
作为优选,为了确保连接的可靠性,木制嵌条44和木垫块51选用抗压强度较高的木材;木垫块51与轻钢-轻混凝土组合楼板4之间设置厚度不小于1.5mm的角钢52并采用自攻螺钉17连接;拼接块50的长度不大于400mm,宽度与第三轻钢龙骨导梁35-4的翼缘宽度相等,高度为第三轻钢龙骨导梁35-4腹板高度扣除上下翼缘厚度后的净值,钢板厚度不小于4mm。
作为优选,填充墙9的灌浆层13厚度不小于轻质混凝土填块11的厚度,且不小于30mm。结构板12和封板48的厚度不小于12mm,防火标准不低于同规格建筑石膏板。
本发明的嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系能够促进多层轻钢结构的推广应用。该结构体系具有可持续御灾能力强、工业化程度高、装配方法简便等优点,有利于形成多层轻钢住宅结构的工业化生产、全预制装配、服役期可修复的成套建造技术。

Claims (10)

1.嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系,其特征在于,该结构体系包括轻钢龙骨嵌块抗剪墙(1)、开洞墙元(2)、轻钢龙骨组合承重墙(3)、轻钢-轻混凝土组合楼板(4)、耗能支撑(5)和连接件(6),其中轻钢龙骨嵌块抗剪墙(1)设置在开洞墙元(2)两侧,并与开洞墙元(2)通过第一连接件(6-1)固定连接;轻钢龙骨组合承重墙(3)位于两片轻钢龙骨嵌块抗剪墙(1)之间,耗能支撑(5)设置在轻钢龙骨组合承重墙(3)内,且耗能支撑(5)与两侧轻钢龙骨嵌块抗剪墙(1)通过第二连接件(6-2)连接;开洞墙元(2)和轻钢龙骨组合承重墙(3)不相邻;轻钢-轻混凝土组合楼板(4)通过螺栓(7)与各层轻钢龙骨嵌块抗剪墙(1)、开洞墙元(2)和轻钢龙骨组合承重墙(3)固定连接。
2.根据权利要求1所述的嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系,其特征在于,轻钢龙骨嵌块抗剪墙(1)包括钢管混凝土框柱(8)、填充墙(9)和第三连接件(6-3),钢管混凝土框柱(8)设置在填充墙(9)两端,并通过第三连接件(6-3)与填充墙固定连接成整体,填充墙(9)包括抗剪轻钢骨架(10)、轻质混凝土填块(11)、结构板(12)和灌浆层(13),抗剪轻钢骨架(10)为由轻钢龙骨立柱(14)、轻钢龙骨横撑(15)和第一轻钢龙骨导梁(16-1)形成的网格状框架,且每个网格的两侧均嵌入有轻质混凝土填块(11),灌浆层(13)位于两个相对的轻质混凝土填块(11)与抗剪轻钢骨架(10)形成的空腔内,结构板(12)固定在抗剪轻钢骨架(10)两侧,将抗剪轻钢骨架(10)、轻质混凝土填块(11)和灌浆层(13)封装在两个钢管混凝土框柱(8)和相对的两个结构板形成的腔体之间。
3.根据权利要求2所述的嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系,其特征在于,第三连接件(6-3)包括T型钢板(41)、L型钢板(42)和木制嵌条(44);T型钢板(41)通过预埋螺栓(49)成对布置在钢管混凝土框柱(8)和填充墙(9)的边龙骨上,两个T型钢板(41)腹板通过螺栓(7)连接;L型钢板(42)位于T型钢板(41)上下两端,L型钢板(42)的长肢通过螺栓(7)与T型钢板(41)的腹板连接,L型钢板(42)的短肢通过螺栓(7)与轻钢-轻混凝土组合楼板(4)连接。
4.根据权利要求1所述的嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系,其特征在于,开洞墙元(2)包括洞口边柱(18)、洞口上部墙元(19)和洞口下部墙元(20),洞口边柱有两个,分别位于洞口两侧,洞口上部墙元(19)与两个洞口边柱上端固定连接,洞口下部墙元(20)与两个洞口边柱下端固定连接;洞口边柱(18)为相对设置的U型轻钢龙骨立柱(21)和C型轻钢龙骨立柱(22)通过自攻螺钉(17)形成的组合柱,洞口上部墙元(19)和洞口下部墙元(20)的构造与轻钢龙骨嵌块抗剪墙(1)中的填充墙(9)结构相同;第一连接件(6-1)包括L型钢板(42)和工字型耗能板(40);L型钢板(42)成对布置在钢管混凝土框柱(8)和洞口边柱(18)的连接面,工字型耗能板(40)设置在L型钢板(42)中间,将L型钢板(42)的短肢与钢管混凝土框柱(8)和洞口边柱(18)通过预埋螺栓(49)连接后,将螺栓(7)穿过L型钢板(42)的长肢和工字型耗能板(40)的预留孔将L型钢板(42)和工字型耗能板(40)连接成整体。
5.根据权利要求1所述的嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系,其特征在于,轻钢龙骨组合承重墙(3)包括承重轻钢骨架(23)、结构板(12)和保温材料(24),承重轻钢骨架(23)包括轻钢组合边柱(25)、帽型轻钢龙骨立柱(26)和第二轻钢龙骨导梁(27-3),轻钢组合边柱(25)分别位于承重轻钢骨架(23)两侧,帽型轻钢龙骨立柱(26)平行设置在两轻钢组合边柱(25)之间,轻钢组合边柱(25)和帽型轻钢龙骨立柱(26)两端均固定有第二轻钢龙骨导梁(27-3),结构板(12)设置在承重轻钢骨架(23)两侧,保温材料(24)填充在两结构板(12)和承重轻钢骨架(23)形成的空腔内。
6.根据权利要求5所述的嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系,其特征在于,轻钢组合边柱(25)是由两个方形轻钢龙骨立柱(28)和方形轻钢龙骨横撑(29)焊接形成的格构柱,帽型轻钢龙骨立柱(26)成对设置,并通过箱型件(43)的U型钢板(45)和自攻螺钉(17)连接形成格构柱,方形轻钢龙骨横撑(29)和U型钢板(45)沿墙体高度方向的间距相等。
7.根据权利要求1所述的嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系,其特征在于,轻钢-轻混凝土组合楼板(4)包括轻钢楼盖骨架(30)、波纹钢板(31)、轻质混凝土浇筑层(32)、保温材料(24)和饰面层(33),其中轻钢楼盖骨架(30)包括轻钢龙骨托梁(34)、第三轻钢龙骨导梁(35-4)、加劲件(36)和U型轻钢龙骨横撑(37);在轻钢-轻混凝土组合楼板(4)周边预留后拼装位置,以便于轻钢-轻混凝土组合楼板(4)与各层墙体的连接;U型轻钢龙骨横撑(37)上与轻钢龙骨托梁(34)相交的位置设置预留孔,数根轻钢龙骨托梁(34)平行插入U型轻钢龙骨横撑(37)的预留孔并与端部的第三轻钢龙骨导梁(35-4)通过自攻螺钉(17)连接形成矩形骨架;加劲件(36)位于轻钢龙骨托梁(34)两端,通过自攻螺钉(17)将轻钢龙骨托梁(34)的腹板和第三轻钢龙骨导梁(35-4)的腹板连接成整体,保温材料(24)内嵌于轻钢楼盖骨架(30)空腔内。
8.根据权利要求1所述的嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系,其特征在于,耗能支撑(5)包括四个连接杆(38)、两个蝶形连接片(39)和工字型耗能板(40),连接杆(38)包括圆钢管(38-1)和设置在圆钢管两端的端板(38-2),其中,两个蝶形连接片(39)相对设置,并通过工字型耗能板(40)固定连接,每个蝶形连接片(39)对称设置有两个连接杆(38),连接杆(38)的另一端通过第二连接件(6-2)与钢管混凝土框柱(8)固定连接;四个连接杆(38)成“X”型设置。
9.根据权利要求1所述的嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系,其特征在于,第二连接件(6-2)包括T型钢板(41)、和箱型件(43),其中箱型件(43)包括U型钢板(45)和C型钢板(46),U型钢板(45)和C型钢板(46)相对设置,U型钢板(46)与钢管混凝土框柱(8)通过预埋螺栓(49)连接,C型钢板(46)通过自攻螺钉(17)与轻钢龙骨组合承重墙(3)的组合边柱(25)连接,U型钢板(45)和C型钢板(46)在钢管混凝土框柱(8)和轻钢龙骨组合承重墙(3)安装在设计位置后通过自攻螺钉(17)连接形成箱型件(43)。
10.一种权利要求1至9任一项所述嵌块组合墙-柱式多层轻钢住宅结构体系的装配方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、装配轻钢龙骨嵌块抗剪墙(1)与开洞墙元(2);
S11、将轻钢龙骨嵌块抗剪墙(1)设置在开洞墙元(2)的两端后,将工字型耗能板(40)沿墙体高度方向均匀设置在钢管混凝土框柱(8)和洞口边柱(18)之间;
S12、将两组L型钢板(42)分别布置在工字型耗能板(40)两侧,并通过螺栓(7)将钢管混凝土框柱(8)、洞口边柱(18)和工字型耗能板(40)连接成整体;
S2、装配轻钢龙骨嵌块抗剪墙(1)与轻钢龙骨组合承重墙(3);
S21、将箱型件(43)的C型钢板(46)沿墙体高度方向安装在轻钢组合边柱(25)上,将箱型件(43)的U型钢板(45)沿墙体高度方向安装在钢管混凝土框柱(8)上;
S22、将轻钢龙骨嵌块抗剪墙(1)吊装至轻钢龙骨组合承重墙(3)的两端,并在U型钢板(45)和C型钢板(46)抱合形成箱型件(43)后,固定连接成整体;
S23、将T型钢板(41)固定安装在钢管混凝土框柱(8)两端后,将耗能支撑(5)中连接杆(38)的端板(38-2)与T型钢板(41)的腹板固定连接成整体;
S24、将一组L型钢板(42)的长肢相对布置在T型钢板(41)的腹板两侧并固定连接成整体;
S25、嵌入保温材料(24)并安装封板(48);
S3、装配轻钢-轻混凝土组合楼板(4)与各层轻钢龙骨嵌块抗剪墙(1)、开洞墙元(2)以及轻钢龙骨组合承重墙(3);
S31、按照步骤S1和S2安装下层轻钢龙骨嵌块抗剪墙(1)、开洞墙元(2)和轻钢龙骨组合承重墙(3)后,通过拼接块(50)将钢管混凝土框柱(8)、相邻轻钢-轻混凝土组合楼板(4)的第三轻钢龙骨导梁(35-3)以及下层轻钢龙骨嵌块抗剪墙(1)、开洞墙元(2)和轻钢龙骨组合承重墙(3)的轻钢龙骨导梁固定连接,其中拼接块(50)“背靠背”成对布置在第三轻钢龙骨导梁(35-3)两端;
S32、在轻钢-轻混凝土组合楼板(4)的第三轻钢龙骨导梁(35-3)的上方设置木垫块(51),将上层轻钢龙骨嵌块抗剪墙(1)、开洞墙元(2)和轻钢龙骨组合承重墙(3)设置在木垫块(51)上方,并将上层各墙体与木垫块(51)以及轻钢-轻混凝土组合楼板(4)的第三轻钢龙骨导梁(35-3)连接成整体;
S33、在轻钢-轻混凝土组合楼板(4)周边预留的后拼装位置嵌入保温材料(24),并安装角钢(52)和波纹钢板(31)后,浇筑轻质混凝土后浇层(53)并安装饰面层(33)。
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