CN115162533A - 多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系 - Google Patents

多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系 Download PDF

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CN115162533A CN202210810542.XA CN202210810542A CN115162533A CN 115162533 A CN115162533 A CN 115162533A CN 202210810542 A CN202210810542 A CN 202210810542A CN 115162533 A CN115162533 A CN 115162533A
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Abstract

本发明属于建筑工程技术领域，涉及一种多层装配式钢框架‑冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系，包括若干层模块楼层，每层模块楼层包括钢框架、复合墙体和组合楼盖；复合墙体内嵌在钢框架内部，组合楼盖设置在每层钢框架的顶部，组合楼盖为冷弯薄壁型钢组合楼盖；钢框架采用热轧型钢，复合墙体包括墙体骨架和设置于墙体骨架两侧的墙面板，在墙体骨架和墙面板形成的封闭区域内浇筑有陶粒混凝土填充材料；墙体骨架采用冷弯薄壁型钢；组合楼盖包括若干个楼盖梁，在楼盖梁的上方连接有压型钢板，在压型钢板的上方浇筑有陶粒混凝土填充材料，形成面层。既能满足多层结构对抗侧刚度和抗侧承载力的需求，又使结构构件具有较强的空间整体协同性。

Description

多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系
技术领域
本发明属于建筑工程技术领域，涉及一种多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系。
背景技术
传统冷弯型钢结构体系具有质量轻、绿色环保、便于标准化生产以及装配化程度高等优点，其隔热、隔声及保温性能均优于传统钢结构体系。该结构体系已在美国、日本、澳大利亚等国家受到广泛关注和应用。近年来，随着我国对绿色装配式建筑的大力推广以及建筑工业化与产业化的战略要求，冷弯型钢结构体系广泛用于住宅别墅、学校建筑、特色小镇等低层房屋体系中。目前，冷弯型钢结构在低层建筑中的安全性、安装技术和设计标准等已基本完善。然而，我国人口众多，土地资源极其珍贵，应以相对较少的土地占有来满足更多人的居住需求，因此，冷弯型钢结构房屋由低层向多层发展成为一种必然趋势。但是在由低层向多层的推广应用中，主要存在：①冷弯型钢组合墙体的抗侧刚度和承载力偏低；②冷弯型钢组合墙体与楼盖的连接较为薄弱，结构整体性差；③冷弯型钢楼盖系统的面内刚度不足，隔板效应不明显等问题。因此，探索一种更为合理的多层冷弯型钢房屋结构体系，是发展多层冷弯型钢房屋结构亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系，解决传统冷弯薄壁型钢结构体系在多层结构中存在的抗侧刚度和承载力偏低、连接薄弱及刚度不足的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系，包括若干层模块楼层，每层模块楼层包括钢框架、复合墙体和组合楼盖；
复合墙体内嵌在钢框架内部，组合楼盖设置在每层钢框架的顶部，组合楼盖为冷弯薄壁型钢组合楼盖；
钢框架包括框架柱和框架梁，框架梁和框架柱均采用热轧型钢，框架梁和框架柱螺栓连接；
复合墙体包括墙体骨架和设置于墙体骨架两侧的墙面板，在墙体骨架和墙面板形成的封闭区域内浇筑有陶粒混凝土填充材料；墙体骨架采用冷弯薄壁型钢；
组合楼盖包括若干个楼盖梁，在楼盖梁的上方连接有压型钢板，在压型钢板的上方浇筑有陶粒混凝土填充材料，形成面层。
进一步，框架柱根据在结构中的位置分为角柱、边柱和中柱，角柱采用L型截面柱，边柱采用T型截面柱，中柱采用十字型截面柱。
进一步，复合墙体与钢框架通过角钢连接件和螺栓固定连接。
进一步，框架梁为H型钢，在H型钢的两端焊接有梁端板，在梁端板及H型钢的翼板上开有螺栓孔；
在框架柱的两端的翼缘上开有螺栓孔；
框架柱通过梁端板与框架梁螺栓连接。
进一步，墙体骨架包括顶导梁、底导梁和若干个立柱，顶导梁和底导梁平行设置，立柱连接在顶导梁和底导梁之间，在框架梁上焊接有若干个与立柱位置对应的加劲板。
进一步，在框架梁上焊接有若干个与楼盖梁位置对应的节点板，楼盖梁两端与节点板螺栓连接。
进一步，当楼盖梁高度大于框架梁高度时，采用L型节点板。
进一步，压型钢板采用波浪形板，楼盖梁采用C型钢。
进一步，在楼盖梁下方设有吊顶。
进一步，吊顶采用水泥纤维板、定向刨花板或石膏板。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开了一种新型多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系，包括钢框架、复合墙体和组合楼盖，钢框架内部均内嵌有复合墙体，钢框架的顶部设置有冷弯薄壁型钢组合楼盖；钢框架对冷弯薄壁型钢复合墙体具有良好的约束作用，避免了在外荷载作用下，结构发生严重倒塌。钢框架与复合墙体和组合楼盖均采用高强螺栓连接。新型装配式结构体系的各部件均可实现工厂化生产，并可在施工现场将各部分装配成为整体，提高了施工速度，减少了施工工期，降低了工程造价。钢框架采用热轧型钢，复合墙体和组合楼盖的骨架均为冷弯薄壁型钢，本发明将热轧钢框架与冷弯薄壁型钢结构有机结合，共同抵抗结构外荷载，并采用轻质陶粒混凝土材料填充冷弯薄壁型钢复合墙体及浇筑冷弯薄壁型钢组合楼盖，该材料具有轻质高强的特点，有效地减轻了结构的自重，利于结构抗震，此外，陶粒混凝土具有经济、节能、环保的优点，符合绿色建筑的要求。同时本发明采用高强螺栓现场装配连接，避免了因钢材焊接和混凝土浇筑所造成的环境污染，拆除的大部分钢构件可回收利用，减少了建筑垃圾，是一种绿色装配式的新型结构体系。既能满足多层结构对抗侧刚度和抗侧承载力的需求，又使结构构件具有较强的空间整体协同性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中钢框架的结构示意图；
图3为本发明中钢框架L型框架柱的结构示意图；
图4为本发明中钢框架T型框架柱的结构示意图；
图5为本发明中钢框架十字型框架柱的结构示意图；
图6为本发明中钢框架中框架梁的结构示意图；
图7为本发明中钢框架梁与L型框架柱的节点的结构示意图；
图8为本发明中钢框架梁与T型框架柱的节点的结构示意图；
图9为本发明中钢框架梁与十字型框架柱的节点的结构示意图；
图10为本发明中冷弯薄壁型钢复合墙体中顶导梁和底导梁的结构示意图；
图11为本发明中冷弯薄壁型钢复合墙体的结构示意图；
图12为图11的A-A剖视图；
图13为本发明中开门洞的冷弯薄壁型钢复合墙体的结构示意图；
图14为本发明中开窗洞的冷弯薄壁型钢复合墙体的结构示意图；
图15为本发明中冷弯薄壁型钢组合楼盖的结构示意图；
图16为图15的A-A剖视图；
图17为图15的B-B剖视图；
图18为本发明中冷弯薄壁型钢楼盖梁与压型钢板连接的结构示意图；
图19为本发明中钢框架与冷弯薄壁型钢复合墙体连接示意图；
图20为图19的A-A剖视图；
图21为图19的B-B剖视图；
图22为图19的爆炸图；
图23为本发明中腹板加劲板与节点板、楼盖梁的连接示意图；
图24为框架梁与组合楼盖的装配图；
图25为L型节点板结构示意图。
其中，1为钢框架，2为复合墙体，3为组合楼盖，4为基础，5为角柱，6为边柱，7为中柱，8为框架梁，9为立柱，10为顶导梁，11为底导梁，12为墙面板，13为自攻螺钉，14为陶粒混凝土，15为楼盖梁，16为压型钢板，17为吊顶，18为浇筑孔，19为U型过梁，20为角钢连接件，21为洞口柱，22为刚性撑杆，23为直角连接件，24为高强螺栓，25为梁端板，26为加劲板，27为节点板，28为L型节点板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅为本发明一部分实施例，而不是全部实施例。
本发明附图及实施例描述和示出的组件可以以各种不同的配置来布置和设计，因此，以下附图中提供的本发明实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而仅仅是表示本发明选定的一种实施例。基于本发明的附图及实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
需要说明的是：术语“包含”、“包括”或者其他任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，使得包括一系列要素的过程、元素、方法、物品或者设备不仅仅只包括那些要素，还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括该其过程、元素、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，术语“水平”“竖直”是基于附图所示装置或部件的方位和位置关系，仅是为了更好的描述本发明，而不是要求所示的装置、部件或设备必须具有该特定方位，因此不能理解为对本发明的限制。
以下结合实施例对本发明的特征和性能进一步详细说明。
参考图1至图2，本发明公开了一种多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系，包括钢框架1、复合墙体2、组合楼盖3和基础4，所述的钢框架1钢构件均在工厂预制成型，并在工厂完成复合墙体2的安装。
所述的多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合建筑结构的施工，首先在完成基础4的施工后，将钢框架1与基础通过锚栓紧密连接，钢框架1内部均内嵌有复合墙体2，钢框架1的顶部设置有组合楼盖3。
如图2所示，钢框架1包括若干个框架柱和若干个框架梁8，框架梁8和框架柱均采用热轧型钢。
参考图3至图6，所述的钢框架1的框架梁8为H型截面，所述的框架柱包括三种截面形式，分别为L型、T型和十字型，分别作为角柱5、边柱6和中柱7，所述的框架柱上端和下端翼缘各开设四个螺栓孔；如图6所示，框架梁两端焊接带螺栓孔的梁端板25；所述的框架柱翼缘隔一定间距开设若干螺栓孔，用于与复合墙体连接；所述的框架梁8的翼缘隔一定间距开设若干螺栓孔，用于与组合楼盖连接。
参考图7至图9，所述的框架梁8和框架柱通过高强螺栓24连接，其中，根据建筑使用需求，框架柱和框架梁8翼缘宽度大于冷弯薄壁型钢立柱9腹板宽度，框架梁8腹板高度根据C型冷弯薄壁型钢楼盖梁15高度确定，此外，框架柱和框架的截面尺寸还需满足结构受力的要求。
如图10-12所示，复合墙体2包括墙体骨架、墙面板12、陶粒混凝土填充材料，其中，墙体骨架为冷弯薄壁型钢，墙体骨架包括立柱9，顶导梁10及底导梁11，墙面板12设置在骨架的两侧，墙面板12的侧面与立柱9翼缘、顶导梁10翼缘、底导梁11翼缘通过自攻螺钉13相连，将轻质陶粒混凝土14通过顶导梁10腹板预留的浇筑孔18填充在墙面板12和墙体骨架形成的空腔中。
立柱9可根据荷载作用情况选择单根C型冷弯薄壁型钢或两根背靠背C型冷弯薄壁型钢，顶导梁(10)和底导梁11均采用U型冷弯薄壁型钢，其中，顶导梁10上开设有浇筑孔18。
复合墙体2包括开洞墙体和不开洞墙体，如图13所示的开门洞墙体，中间的两根立柱9作为洞口柱21，两相邻的洞口柱21之间设置U型过梁19，U型过梁19端部通过直角连接件23及自攻螺钉13与洞口柱21连接，其中，直角连接件23的尺寸大小为大于等于150mm×150mm，厚度大于等于立柱9的厚度，自攻螺钉13的数目大于等于四颗。
如图14所示的开窗洞墙体，取中间的两根立柱9作为洞口柱21，两相邻的洞口柱2121之间设置U型过梁19和刚性撑杆22，U型过梁19端部通过直角连接件23及自攻螺钉13与洞口柱21连接。
参考图15至图18，所述的组合楼盖3为冷弯薄壁型钢组合楼盖，包括若干楼盖梁15、压型钢板16、陶粒混凝土面层和吊顶17；在楼盖梁15的上方连接有压型钢板16，在压型钢板16的上方浇筑有陶粒混凝土14填充材料，形成面层。其中，压型钢板16的板肋垂直于楼盖梁15的跨度方向；若干楼盖梁15与压型钢板16通过自攻螺钉13连接；陶粒混凝土浇筑在压型钢板16上；吊顶17通过自攻螺钉13连接于楼盖梁15的底部。
其中，各楼盖梁15的间距与立柱9间距相同，当跨度较大时，楼盖梁15可采用冷弯薄壁型钢桁架形式；压型钢板16的厚度大于等于0.75mm，压型钢板16上两个波的间距小于等于400mm；吊顶17采用水泥纤维板、定向刨花板或石膏板。
参考图19至图22，钢框架1与复合墙体2通过角钢连接件20连接固定，角钢连接件20的尺寸大于等于100mm×100mm，厚度大于立柱的厚度且小于等于框架柱和框架梁翼缘的厚度，角钢连接件20一端开设一个螺栓孔，另一端不开孔，开孔一端与框架梁和框架柱翼缘的螺栓孔通过高强螺栓对应连接，高强螺栓规格均大于等于M12。
参考图23至图24，框架梁8腹板焊接加劲板26，加劲板26间距和立柱9间距相同，框架梁8视为结构主梁，楼盖梁15视为结构次梁，框架梁8与组合楼盖3通过节点板27相连接，节点板27与框架梁8腹板连接的一端开设螺栓孔，节点板27与楼盖梁15连接的一端开设螺钉孔。
节点板27的厚度大于等于4mm，用于连接框架梁8的高强螺栓24目大于等于3颗，用于连接楼盖梁15的自攻螺钉13数目大于等于9颗，如图25所示，当楼盖梁15高度大于框架梁8高度时，采用L型节点板28。
综上所述，该多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系，实现了工厂的预制生产，在工厂支撑模块后，可直接运送至施工现场，采用螺栓进行现场装配，避免了因钢材焊接和混凝土浇筑所造成的环境污染，本发明采用的填充材料是一种轻质，节能环保的材料，且钢构件拆除后，仍可回收利用，减少了建筑垃圾，充分体现了绿色环保、可持续发展的建筑理念。此外，各预制构件方便运输、吊装和装配，节点质量易于检查，施工质量易于控制。
本发明在经过ABAQUS、SAP2000等分析软件以及对墙体的拟静力试验，表明结构抗震性能良好，值得推广和应用。
本发明公开的一种多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系，为一种新型轻重混合结构体系，采用合理的连接方式将各部分组合在一起，协同受力，可有效提高传统冷弯薄壁型钢结构抗侧能力不足以及保温、隔热、防火性能差等问题。该结构体系具有良好的抗剪承载力和优越的抗震性能，实现了工厂化和装配化的统一，并在保证施工质量的前提下，减少了施工周期，加快了施工进度，降低了工程成本。此外，该结构体系将钢框架与冷弯薄壁型钢结构有机的结合起来，充分发挥各自优势，从而推动冷弯薄壁型钢建筑结构由低层向多层乃至高层的发展，具有广阔的应用前景。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系，其特征在于，包括若干层模块楼层，每层模块楼层包括钢框架(1)、复合墙体(2)和组合楼盖(3)；
复合墙体(2)内嵌在钢框架(1)内部，组合楼盖(3)设置在每层钢框架(1)的顶部，组合楼盖(3)为冷弯薄壁型钢组合楼盖(3)；
钢框架(1)包括框架柱和框架梁(8)，框架梁(8)和框架柱均采用热轧型钢，框架梁(8)和框架柱螺栓连接；
复合墙体(2)包括墙体骨架和设置于墙体骨架两侧的墙面板(12)，在墙体骨架和墙面板(12)形成的封闭区域内浇筑有陶粒混凝土(14)填充材料；墙体骨架采用冷弯薄壁型钢；
组合楼盖(3)包括若干个楼盖梁(15)，在楼盖梁(15)的上方连接有压型钢板(16)，在压型钢板(16)的上方浇筑有陶粒混凝土(14)填充材料，形成面层。
2.根据权利要求1所述的一种多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系，其特征在于，框架柱根据在结构中的位置分为角柱(5)、边柱(6)和中柱(7)，角柱(5)采用L型截面柱，边柱(6)采用T型截面柱，中柱(7)采用十字型截面柱。
3.根据权利要求1所述的一种多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系，其特征在于，复合墙体(2)与钢框架(1)通过角钢连接件(20)和螺栓固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系，其特征在于，框架梁(8)为H型钢，在H型钢的两端焊接有梁端板(25)，在梁端板(25)及H型钢的翼板上开有螺栓孔；
在框架柱的两端的翼缘上开有螺栓孔；
框架柱通过梁端板(25)与框架梁(8)螺栓连接。
5.根据权利要求1所述的一种多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系，其特征在于，墙体骨架包括顶导梁(10)、底导梁(11)和若干个立柱(9)，顶导梁(10)和底导梁(11)平行设置，立柱(9)连接在顶导梁(10)和底导梁(11)之间，在框架梁(8)上焊接有若干个与立柱(9)位置对应的加劲板(26)。
6.根据权利要求1所述的一种多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系，其特征在于，在框架梁(8)上焊接有若干个与楼盖梁(15)位置对应的节点板(27)，楼盖梁(15)两端与节点板(27)螺栓连接。
7.根据权利要求6所述的一种多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系，其特征在于，当楼盖梁(15)高度大于框架梁(8)高度时，采用L型节点板(28)。
8.根据权利要求1所述的一种多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系，其特征在于，压型钢板(16)采用波浪形板，楼盖梁(15)采用C型钢。
9.根据权利要求1所述的一种多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系，其特征在于，在楼盖梁(15)下方设有吊顶(17)。
10.根据权利要求9所述的一种多层装配式钢框架-冷弯薄壁型钢复合结构房屋建筑体系，其特征在于，吊顶(17)采用水泥纤维板、定向刨花板或石膏板。
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