CN113737942A - 一种全栓接的装配式钢结构及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全栓接的装配式钢结构及其施工方法，一种全栓接的装配式钢结构包括主体结构，所述主体结构包括拼接形成框架的钢梁和钢柱，在所述钢柱底部设置有柱脚，所述主体结构内设置有钢梁与钢柱之间连接的梁柱节点、用于实现地面和柱脚之间连接的柱脚节点；围护结构，所述围护结构包括外墙板，在围护结构上设置有用于实现外墙板和钢柱连接的外墙栓接节点；所述梁柱节点、柱脚节点、外墙栓接节点处均采用全栓接。本发明提供一种全栓接的装配式钢结构及其施工方法，实现全场免焊、安装工序简单、进一步降低施工安全风险、避免了干湿作业交叉。

Description

一种全栓接的装配式钢结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及变电站结构技术领域，尤其是涉及一种全栓接的装配式钢结构及其施工方法。
背景技术
目前装配式变电站内建筑为大多采用钢结构体系，钢梁采用H型钢，钢柱采用H形式或者箱型截面柱，在该体系中主体结构多采用栓-焊混合的连接方式，楼面及无钉采用钢-砼组合结构； 围护结构采用一体化墙板+钢龙骨的安装方式， 其中主体结构和围护结构均存在现场施焊的情况。在实际施工过程中，现场同时存在混凝土湿作业、焊接火作业、吊装干作业等；例如，传统插入式柱脚导致钢结构安装时需混凝土浇筑，干湿作业交叉严重。且现场存在动火作业导致现场施工存在安全隐患，而现场的焊接环境差，质量难以把控，存在质量缺陷时整改难度大；另外焊接作业为特种作业，工作面调配存在一定的制约。
例如，在中国专利文献上公开的“一种全预制装配式变电站施工方法及结构”，其公告号CN107060396A，该方法通过前期深化设计，将变电站主体结构、设备预埋件及相关管线设计为模块化的预制构件，各构件在工厂预制并预埋完成后运输至施工现场进行拼装即可完成变电站的主体结构施工，且变电站的电气作业与其主体结构同步进行，即变电站的上层主体结构模块化拼装施工的同时，进行中间层室内预制墙板安装，并施工下层电气设备安装和电缆穿线，实现电气施工与土建施工同步进行，该装配式变电站虽然通过前期设置预制构件，提高了施工效益，加快了施工进度，但是预制构件之间的连接不可避免需要现场焊接、现场浇筑等施工方式，存在安全隐患。
发明内容
本发明是为了克服上述现有技术中存在现场同时存在多种作业、工种进场不同步且干湿作业交叉严重；现场动火作业多、存在安全隐患；现场焊接不安全且质量难以把控等问题，提供一种全栓接的装配式钢结构及其施工方法，实现全场免焊、安装工序简单、进一步降低施工安全风险、避免了干湿作业交叉。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种全栓接的装配式钢结构，包括主体结构，所述主体结构包括拼接形成框架的钢梁和钢柱，在所述钢柱底部设置有柱脚，所述主体结构内设置有钢梁与钢柱之间连接的梁柱节点、用于实现地面和柱脚之间连接的柱脚节点；围护结构，所述围护结构包括外墙板，在围护结构上设置有用于实现外墙板和钢柱连接的外墙栓接节点；所述梁柱节点、柱脚节点、外墙栓接节点处均采用全栓接。
在该技术方案中，装配式钢结构内的梁柱节点、柱脚节点、外墙栓接节点处均采用全栓接均采用全栓接的方式，避免了施工现场喊IE，且相较于传统的安装方式，全栓接的安装工序简单，避免了现场动火作业，进一步降低施工安全风险，且施工精度高。
作为优选，所述梁柱节点包括短梁式梁柱节点，在钢柱上预焊有短梁段，短梁段和钢梁的截面相同，所述短梁段的各个侧面与钢梁上对应的各个侧面平齐设置，所述短梁式梁柱节点上还设置有用于将在短梁段和钢梁各个平齐的外侧面连接的连接板。
钢梁与钢柱之间通过短梁柱和连接板进行连接，工艺简单、施工方便。
作为优选，在所述短梁式梁柱节点上还设置有用于连接钢梁和楼板C型折板，所述C型折板两侧预焊在钢梁上，C型折板的底部固定在楼板上。
C型折板的设置充分利用钢材本身的强度，在荷载传递过程中可以不考虑稳定破坏，能充分利用钢材的屈服强度去传递载荷，楼板通过C型折板将荷载传递到钢梁上，解决梁板贴合不要严密的问题，而C型折板预焊在钢梁上，即C型折板在工厂进行焊接，避免了现场焊接，提高了施工安全性。
作为优选，柱脚节点上设置有混凝土保护帽，所述混凝土保护帽二次浇注在柱脚外，所述混凝土保护帽设置为凸字形结构。凸字形结构的设置有利于保证柱脚节点处的连接牢固度，一般单层钢框架结构采用该混凝土保护帽。
作为优选，柱脚节点上设置有钢筋混凝土柱，钢筋混凝土柱包覆在柱脚外，钢筋混凝土柱包括纵向受力钢筋、箍筋和二次浇注混凝土，所述纵向受力钢筋和箍筋形成混凝土框架，二次浇注混凝土浇注在混凝土框架内。该结构抗震性好且适用于多层钢框架结构。
作为优选，所述外墙栓接节点包括设置在外墙板上的檩条和设置在钢柱的檩托，檩条固定在檩托上。
由于围护结构中存在湿作业，首先将一体化的外墙板通过檩条和檩托与主体结构连接，在所有栓接工作结束后再统一进行浇注，避免了干湿作业交叉。
作为优选，所述檩托设置为两边均开设有槽的工字型结构，在檩托两侧的槽内均插接有檩条，在檩托和檩条之间还设置有高强度螺栓，所述高强度螺栓自上而下依次穿设檩托上侧壁、檩条和檩托下侧壁。
檩条设置在檩托两侧的槽内进而进行初步定位，实现了檩条和檩托之间的快速安装，提高了施工效率，高强度螺栓的设置保证了檩托和檩条之间的连接牢固度。
作为优选，还包括辅助结构，所述辅助结构包括雨蓬，在雨蓬上设置有雨蓬梁，在雨蓬梁底部设置有支撑梁，雨蓬梁两端均与梁柱连接，所述辅助结构内还设置有用于实现雨蓬梁与梁柱之间螺栓连接/雨蓬梁与支撑梁之间连接的T型腹板连接件。
T型腹板连接件作为辅助连接件将雨蓬梁和梁柱连接，也作为雨蓬梁和支撑梁之间的辅助连接件，实现雨蓬梁与梁柱之间螺栓/雨蓬梁与支撑梁之间的螺栓连接，安装便捷，且保证了连接牢固度。
为实现发明目的所采用的另一技术方案是：一种全栓接的装配式钢结构的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：基础验收
步骤二：钢柱安装，通过柱脚节点将钢柱安装在地面上；
步骤三：钢梁安装，通过梁柱节点将钢梁与钢柱进行安装；
步骤四：高强度螺栓连接副安装，将各个节点上的螺栓均替换为高强度螺栓并紧固；
步骤五：柱脚节点处进行二次浇注；
步骤六：楼板或屋面板进行浇注；
步骤七：外墙板的檩条安装在主体结构上，并将外墙板和内墙板安装；
步骤八：质量验收。
在施工方法中，步骤二至步骤四均是对节点的固定，通过螺栓连接的方式将各个节点处固定，操作便捷，而步骤五和步骤六是浇注工作，最后进行墙板安装，避免了干湿作业交叉，且全程免焊，提高了施工现场的安全性，降低了施工风险。
作为优选，在步骤四中，具体包括以下步骤：选择螺栓并配套，再进行接头组装，在各个节点处安装临时螺栓，再将临时螺栓替换为高强度螺栓并紧固，最后进行检查验收。
因此，本发明具有如下有益效果：实现全场免焊、安装工序简单、进一步降低施工安全风险、避免了干湿作业交叉；全栓接的装配式钢结构的结构牢固；柱脚节点抗震性好。
附图说明
图1是一种全栓接的装配式钢结构中的局部结构示意图
图2是柱脚节点处的第一种平面图；
图3是图2的一种剖面图；
图4是柱脚节点处的第二种平面图；
图5是图4的一种剖面图；
图6是短梁式梁柱节点的一种结构示意图
图7是钢梁与楼板之间的连接结构示意图；
图8是主梁和次梁连接的连接示意图；
图9是外墙板上的檩条与主体结构连接的一种结构示意图；
图10是雨蓬与钢柱之间连接的结构示意图；
图11是图10中A-A截面的剖视图；
图12是雨蓬梁和T型梁之间的连接结构示意图；
图中：1、主体结构 101、钢梁 1011、主梁 1012、次梁 1013、加劲板 102、钢柱 1021、柱脚 1022、抗剪键 2、梁柱节点 3、地脚螺栓 4、地面 5、混凝土保护帽6、钢筋混凝土柱 7、连接板 8、短梁段 9、C型折板 10、楼板 11、檩托 12、檩条 13、角码件 14、雨蓬梁 15、支撑梁 16、T型腹板连接件 17、高强度螺栓。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1所示的实施例1中，一种全栓接的装配式钢结构，包括主体结构1和围护结构，其中主体结构1为整个装配式钢结构的框架，主体结构1包括钢梁101和钢柱102，在钢柱底部设置有柱脚1021，在主体结构1内设置有用于实现地面4和柱脚1021连接的柱脚节点、用于实现钢梁101和钢柱102之间连接的梁柱节点2。
梁柱节点2包括短梁式梁柱节点2，在短梁式梁柱节点2上设置有连接板7和短梁段8，短梁段8预焊在钢柱上，短梁段8和钢梁之间通过连接板7连接，短梁段8和钢梁的截面相同，且短梁段8和与其连接的钢梁的对齐配合设置，且短梁段8的各个侧面与钢梁的各个侧面平齐，在短梁段8和钢梁的每个侧面上都设置有连接板7，通过连接板7是按短梁和钢梁之间的连接，在连接板7设置有若干连接孔在连接孔内设置有若干高强度螺栓17。短梁式梁柱节点2不仅适用于H型钢，如图6所示短梁式梁柱节点2还适用与箱型截面的钢柱。
此外，连接板7上的连接孔的至少设置一排，例如在楼梯间等柱距较小情况下，连接板7长度较大，节点距离太近，甚至相碰。需要用较大直径的高强螺栓，减少螺栓排数，缩短节点区长度。但是大直径螺栓的构造要求在梁截面较小时常不能满足，对摩擦面的工艺处理要求也较高。在设计过程中需要对此节点的连接性质进行调整，对于荷载相对较小的房间可以将连接节点布置于跨中以避免连接板7的碰撞。
进一步地，如图7所示，在短梁式梁柱节点2上设置有C型折板9，C型折板9主要应用于钢梁与楼板10之间的连接，C型折板9预焊在钢梁上（在工厂焊接），再通过栓钉将楼层板C型折板9固定，进而使得楼板10通过C型折板9将荷载传递到钢梁上，解决梁板贴合不要严密的问题。
另外，如图8所示，钢梁包括主梁1011和次梁1012，主梁1011和次梁1012相互铰接，在主梁1011和次梁1012之间设置有主次梁1012节点，主次梁1012节点包括设置在主梁1011上的加劲板1013和设置在次梁1012上的腹板，主梁1011和次梁1012之间通过加劲板1013和腹板进行螺栓连接。
柱脚结构用于实现钢柱的柱脚和地面4之间的连接，在柱脚和地面4之间设置有地脚螺栓3，即柱脚和地面4之间通过地脚螺栓3初步定位，地脚螺栓3仅起到初步定位作用，在地脚螺栓3底部设置有螺栓垫块。另外，在柱脚底部设置有抗剪键1022，抗剪键1022插接在地面4上。如图2、图3所示，柱脚节点上设置有混凝土保护帽5，所述混凝土保护帽5二次浇注在柱脚外，混凝土保护帽5设置为凸字形结构，更有利于提高柱脚和地面4之间的连接强度，该混凝土保护帽5适用于单层钢框架结构。
或者如图4、图5所示，柱脚节点上设置有钢筋混凝土柱6，钢筋混凝土柱6包覆在柱脚外，钢筋混凝土柱6包括纵向受力钢筋、箍筋和二次浇注混凝土，其中纵向受力钢筋和箍筋形成混凝土框架，二次浇注混凝土浇注在混凝土框架内，该实施例中，钢筋混凝土柱6设置为长方体结构，由于在纵向受力钢筋和箍筋的作用下，钢筋混凝土柱6本身具有较大的结构强度，保证了柱脚和地面4之间的连接强度，该钢筋混凝土柱6适用于多层钢框架结构。
围护结构包括外墙板，在围护结构上设置有用于实现外墙板和钢柱连接的外墙栓接节点，外墙栓接节点包括设置在外墙板上的檩条12和设置在钢柱的檩托11，外墙板上的檩条12通过檩托11与钢柱/钢梁固定。其中檩托11设置为两边均开设有槽的工字型结构，在檩托11两侧的槽内均插接有檩条12，这就实现了檩条12与檩托11之间的初步定位，再通过高强度螺栓17自上而下依次穿设檩托11上侧壁、檩条12和檩托11下侧壁，进而将檩托11和檩条12，高强度螺栓17至少设置两个且设置在檩条12的两侧，而檩托11固定在钢柱/钢梁上，檩条12固定在外墙板上，进而将外墙板和钢柱/钢梁固定。另外檩条12的底部通过角码件13底部的钢梁连接，在角码件13设置为L型结构，角码件13一侧与檩条12通过螺栓连接，另一侧与底部的钢梁通过膨胀螺栓连接。此外，围护结构还包括内墙板和隔墙龙骨，外墙板上设置有用于与主体结构1连接的内衬板，内情版和外墙板上的内衬板通过角码件13（L型或者U型连接件）与主体结构1连接。
进一步地，一种全栓接的装配式钢结构还包括辅助结构，辅助结构主要包括雨蓬，雨蓬包括用于安装雨蓬的雨蓬梁14，在雨蓬梁14下侧设置有支撑梁15，支撑梁15设置为T型梁，T型梁设置两个并与雨蓬梁14配合形成π型结构，雨蓬梁14的两端与钢柱连接。
如图10所示，钢柱和雨蓬梁14均设置为H型结构，钢柱包括设置在钢柱连接板和设置在钢柱连接板两侧的钢柱侧板，钢柱连接板设置在两个钢柱侧板之间形成H形结构的钢柱；雨蓬包括雨蓬连接板和设置在雨蓬连接板两侧的雨蓬侧板，雨蓬连接板与雨蓬侧板形成 H型结构的与雨蓬梁14；雨蓬梁14垂直与钢柱设置，雨蓬的端部连接在钢柱连接板上，在钢柱和雨蓬梁14之间设置有用于辅助连接的T形腹板连接件，T型腹板连接件16包括翼板和拼接板，拼接板设置在翼板的中间位置。
如图11所示，在钢柱连接板上设置有成对且对称设置的T型腹板连接件16，其中T型腹板连接件16的翼板通过高强度螺栓17固定在钢柱连接板上，而两个T型腹板连接件16上的拼接板平行于雨蓬侧板设置形成槽状结构，雨蓬梁14插接在两个T型腹板连接件16的拼接板形成的槽状结构中，且雨蓬侧板与拼接板贴合设置，雨蓬侧板与拼接板之间通过高强度螺栓17固定连接。为进一步加固钢柱和雨蓬梁14之间的连接牢固度，在成对的两个T型腹板连接件16之间增设一个T型腹板连接件16，增设的T型腹板连接件16的翼板通过高强度螺栓17固定在钢柱连接板上，拼接板与雨蓬连接板平行设置并通过高强度螺栓17固定。
如图12所示，支撑梁15（T型梁）和雨蓬梁14之间的连接方式与钢柱和雨蓬梁14之间的连接方式相同，均通过T型腹板连接件16连接。
实施例2：
一种全栓接的装配式钢结构的施工方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一：基础验收
步骤二：钢柱安装，通过柱脚节点将钢柱安装在地面4上；
步骤三：钢梁安装，通过梁柱节点2将钢梁与钢柱进行安装；
步骤四：高强度螺栓17连接副安装，将各个节点上的螺栓均替换为高强度螺栓17并紧固；
步骤五：柱脚节点处进行二次浇注；
步骤六：楼板10或屋面板进行浇注；
步骤七：外墙板的檩条12安装在主体结构1上，并将外墙板和内墙板安装；
步骤八：质量验收。
进一步地，在步骤四中，具体包括以下步骤：选择螺栓并配套，再进行接头组装，在各个节点处安装临时螺栓，再将临时螺栓替换为高强度螺栓17并紧固，最后进行检查验收。
在上述施工方法中，步骤二至步骤四均是对节点的固定，通过螺栓连接的方式将各个节点处固定，操作便捷，而步骤五和步骤六是浇注工作，最后进行墙板安装，避免了干湿作业交叉，且全程免焊，提高了施工现场的安全性，降低了施工风险。
需要说明的是，上述描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
以上实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全栓接的装配式钢结构，其特征是，包括，
主体结构，所述主体结构包括拼接形成框架的钢梁和钢柱，在所述钢柱底部设置有柱脚，所述主体结构内设置有钢梁与钢柱之间连接的梁柱节点、用于实现地面和柱脚之间连接的柱脚节点；
围护结构，所述围护结构包括外墙板，在围护结构上设置有用于实现外墙板和钢柱连接的外墙栓接节点；
所述梁柱节点、柱脚节点、外墙栓接节点处均采用全栓接。
2.根据权利要求1所述的一种全栓接的装配式钢结构，其特征是，所述梁柱节点包括短梁式梁柱节点，在钢柱上预焊有短梁段，短梁段和钢梁的截面相同，所述短梁段的各个侧面与钢梁上对应的各个侧面平齐设置，所述短梁式梁柱节点上还设置有用于将在短梁段和钢梁各个平齐的外侧面连接的连接板。
3.根据权利要求2所述的一种全栓接装配式钢结构，其特征是，在所述短梁式梁柱节点上还设置有用于连接钢梁和楼板C型折板，所述C型折板两侧预焊在钢梁上，C型折板的底部固定在楼板上。
4.根据权利要求1所述的一种全栓接的装配式钢结构，其特征是，柱脚节点上设置有混凝土保护帽，所述混凝土保护帽二次浇注在柱脚外，所述混凝土保护帽设置为凸字形结构。
5.根据权利要求1所述的一种全栓接的装配式钢结构，其特征是，柱脚节点上设置有钢筋混凝土柱，钢筋混凝土柱包覆在柱脚外，钢筋混凝土柱包括纵向受力钢筋、箍筋和二次浇注混凝土，所述纵向受力钢筋和箍筋形成混凝土框架，二次浇注混凝土浇注在混凝土框架内。
6.根据权利要求1所述的一种全栓接的装配式钢结构，其特征是，所述外墙栓接节点包括设置在外墙板上的檩条和设置在钢柱的檩托，檩条固定在檩托上。
7.根据权利要求6所述的一种全栓接的装配式钢结构，其特征是，所述檩托设置为两边均开设有槽的工字型结构，在檩托两侧的槽内均插接有檩条，在檩托和檩条之间还设置有高强度螺栓，所述高强度螺栓自上而下依次穿设檩托上侧壁、檩条和檩托下侧壁。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种全栓接的装配式钢结构，其特征是，还包括辅助结构，所述辅助结构包括雨蓬，在雨蓬上设置有雨蓬梁，在雨蓬梁底部设置有支撑梁，雨蓬梁两端均与梁柱连接，所述辅助结构内还设置有用于实现雨蓬梁与梁柱之间螺栓连接/雨蓬梁与支撑梁之间连接的T型腹板连接件。
9.一种全栓接的装配式钢结构的施工方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一：基础验收
步骤二：钢柱安装，通过柱脚节点将钢柱安装在地面上；
步骤三：钢梁安装，通过梁柱节点将钢梁与钢柱进行安装；
步骤四：高强度螺栓连接副安装，将各个节点上的螺栓均替换为高强度螺栓并紧固；
步骤五：柱脚节点处进行二次浇注；
步骤六：楼板或屋面板进行浇注；
步骤七：外墙板的檩条安装在主体结构上，并将外墙板和内墙板安装；
步骤八：质量验收。
10.根据权利要求9所述的一种全栓接的装配式钢结构的施工方法，在步骤四中，具体包括以下步骤：选择螺栓并配套，再进行接头组装，在各个节点处安装临时螺栓，再将临时螺栓替换为高强度螺栓并紧固，最后进行检查验收。
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