CN117803128A - 一种装配式钢结构交错桁架体系及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装配式钢结构交错桁架体系，包括沿高度方向上下交错布置的桁架以及楼板，桁架的上弦杆和下弦杆均采用H型钢，以楼板所在层为参照，位于楼板之上的桁架为上升桁架，位于楼板之下的桁架为下沉桁架；下沉桁架的上弦杆上翼缘与上升桁架的下弦杆下翼缘位于同一高度，下沉桁架的上弦杆上翼缘顶部设置栓钉，楼板的一端嵌入到上升桁架的下弦杆上翼缘与下弦杆下翼缘之间，楼板的另一端搁置在下沉桁架的上弦杆上翼缘顶部。本发明调整了现有技术中交错桁架弦杆的高度位置，使得楼板的安装空间增大，可以省去对下沉桁架上弦杆腹板的穿孔作业，楼板与桁架连接整体性更好，桁架高度可降低，节省钢材用量，降低了桁架安装精度要求。

Description

一种装配式钢结构交错桁架体系及施工方法

技术领域

本发明涉及装配式建筑领域，具体涉及一种装配式钢结构交错桁架体系及施工方法。

背景技术

装配式钢结构交错桁架是一种新型的结构体系，如图1所示，主要由框架柱2、框架梁3、桁架1和楼板4组成。其中，框架柱2布置在房屋的外围，无中柱。桁架1主要由上弦杆、腹杆和下弦杆构成，上、下弦杆通常为H型钢。桁架1的高度与楼层高度相同，跨度与建筑的结构宽度相同，桁架1的两端支撑于外围框架柱2上，沿高度方向，桁架1在相邻框架柱2上呈上下层交错布置。这种交错桁架结构可以形成两倍柱距的大开间，且为无柱开间，在建筑功能上可以获得较大的开间和进深，也便于布置。

为方便描述，以楼板所在层位置为参照，将高于楼板的一侧桁架称为“上升桁架”（附图中用A表示），将低于楼板的一侧桁架称为“下沉桁架”（附图中用B表示）。现有技术中的交错桁架结构体系，上下层交错布置桁架时，上升桁架的下弦杆与下沉桁架的上弦杆处于同一高度，即上升桁架的下弦杆的下翼缘与下沉桁架的上弦杆的下翼缘平齐，楼板在安装时，其一端支承在上升桁架的下弦杆上，另一端支承在下沉桁架的上弦杆上。这种交错布置的桁架结构，现有技术中的楼板与桁架具体连接方式主要分为以下两种：

楼板的第一种连接方式：如图2所示，楼板4的两端嵌入两侧桁架1的弦杆翼缘之间，即：楼板4的一端嵌入到上升桁架A的下弦杆上翼缘131A与下弦杆下翼缘132A之间，楼板4的另一端嵌入到下沉桁架B的上弦杆上翼缘111B与上弦杆下翼缘112B之间。为了令楼板4与桁架弦杆连为一体，还需要在桁架弦杆的腹板上开孔，并穿入横筋。这种连接结构，由于楼板的安装空间狭小，给现场施工带来不便，并且对楼板两侧的桁架位置安装精度要求较高。

楼板的第二种连接方式：如图3所示，楼板4的两端分别搁置在两侧桁架1的弦杆上翼缘顶部，即：楼板4的一端搁置在上升桁架A的下弦杆上翼缘131A顶部，楼板4的另一端搁置在下沉桁架B的上弦杆上翼缘111B顶部。这种连接结构，对于楼板4搁置在上升桁架A下弦杆上翼缘131A的一端来说，由于腹杆12的阻碍，楼板4的搁置长度不足，并且，楼板4与桁架下弦杆相交处的混凝土浇筑，在腹杆12区域内无法有效密实，影响楼板4与桁架形成整体的一致性，另外，这种安装结构会使得建筑层高被桁架的上、下弦杆压低。

发明内容

鉴于上述现有技术中楼板与交错桁架的连接存在各种不足，本发明公开一种装配式钢结构交错桁架体系，能够有效弥补上述不足。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种装配式钢结构交错桁架体系，包括沿高度方向上下交错布置的桁架以及楼板，桁架包括上弦杆、腹杆及下弦杆，上弦杆和下弦杆均采用标准化预制H型钢，楼板采用预制空芯叠合楼板，以楼板所在层为参照，位于楼板之上的桁架为上升桁架，位于楼板之下的桁架为下沉桁架；下沉桁架的上弦杆上翼缘与上升桁架的下弦杆下翼缘位于同一高度，下沉桁架的上弦杆上翼缘顶部设置栓钉，预制空芯叠合楼板的底板一端嵌入到上升桁架的下弦杆上翼缘与下弦杆下翼缘之间，预制空芯叠合楼板的底板的另一端搁置在下沉桁架的上弦杆上翼缘顶部，预制空芯叠合楼板的底板顶部现浇混凝土。

本发明还同时公开上述交错桁架体系的施工方法，具体包括如下内容：

步骤1，工厂内构件的预制：采用标准件H型钢以及腹杆成品，工厂内将H型钢与腹杆装配成桁架，并在下沉桁架的上弦杆上翼缘的顶面焊接栓钉，工厂内完成预制空芯叠合楼板的叠合层底板预制；

步骤2：施工现场完成框架柱与框架梁的装配，形成框架体系主体结构；

步骤3：在框架柱上安装桁架，同一楼层的相邻框架柱之间的桁架沿高度方向上下交错布置，令下沉桁架的上弦杆上翼缘的顶面与上升桁架的下弦杆下翼缘的底面平齐，将桁架的两端固定在框架柱上；

步骤4：将预制空芯叠合楼板的叠合层底板铺设在相邻桁架之间，令预制空芯叠合楼板的叠合层底板的一端嵌入到上升桁架的下弦杆上翼缘与下弦杆下翼缘之间，令预制空芯叠合楼板的叠合层底板的另一端搁置在下沉桁架的上弦杆上翼缘顶部；

步骤5：在上升桁架的下弦杆腹板穿孔处穿入钢筋，在预制空芯叠合楼板的叠合层上部设置纵横交错的受力筋，完成钢筋的绑扎后，在预制空芯叠合楼板的叠合层上部以及预制空芯叠合楼板的叠合层与上升桁架的下弦杆腹板之间的缝隙处浇筑混凝土。

进一步，所述步骤4之前，完成步骤3后，所述步骤4之前，完成步骤3后，在上层的桁架与下层的桁架之间设置斜支撑杆对桁架之间进行临时支撑，待完成步骤5的现浇混凝土的养护后，将支撑杆进行拆除。

进一步，所述支撑杆设置在上升桁架的下弦杆与相邻下沉桁架的下弦杆之间。

进一步，所述支撑杆的一端固定在上升桁架的下弦杆下翼缘底部，支撑杆的另一端固定在下沉桁架的下弦杆上翼缘顶部。

本发明调整了现有技术中交错桁架弦杆的高度位置，相对于现有技术中楼板连接方式一而言，本发明将楼板与下沉桁架的连接端调整到下沉桁架的上弦杆上翼缘顶部，使得楼板的安装空间增大，提高了施工的便利性，有助于加快施工速度，并且可以省去现有技术中对下沉桁架上弦杆腹板的穿孔作业步骤，有助于简化工艺流程，提高施工效率；相对于现有技术中楼板连接方式二而言，楼板与桁架之间混凝土的浇筑更加密实，可以增加楼板与桁架连接整体性，另外，通过交错桁架高度位置的调整，使得桁架高度降低，构件尺寸可以减小，有助于节省钢材用量。本发明的连接结构，楼板与桁架的匹配度更高，可以免去楼板底部必须设置施工临时支撑，也降低了对桁架安装精度的高要求。

附图说明

图1为现有技术中交错桁架结构体系示意图；

图2为现有技术中楼板与交错桁架连接方式一的结构示意图；

图3为现有技术中楼板与交错桁架连接方式二的结构示意图；

图4为本发明交错桁架体系中楼板与桁架连接结构示意图；

图5（a）为采用图2所示安装方式时容易出现的楼板被弦杆上翼缘卡住的示意图；

图5（b）为采用本发明图4所示安装方式时的示意图；

图6为本发明交错桁架体系施工时安装临时支撑杆的结构示意图。

附图标号说明：

1、桁架；11、上弦杆；11B、下沉桁架上弦杆；111、上弦杆上翼缘；112、上弦杆下翼缘；113、上弦杆腹板；12、腹杆；13、下弦杆；13A、上升桁架下弦杆；131、下弦杆上翼缘；131A、上升桁架下弦杆上翼缘；131B、下沉桁架下弦杆上翼缘；132、下弦杆下翼缘；132A、上升桁架下弦杆下翼缘；132B、下沉桁架下弦杆下翼缘；133、下弦杆腹板；2、框架柱；3、框架梁；4、楼板；4’、预制空芯叠合楼板；5、栓钉；6、支撑杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实施例公开一种装配式钢结构交错桁架体系，参考图1和图4所示，整个交错桁架体系主要包括沿高度方向上下交错布置的桁架1以及楼板。现有技术中的楼板4采用全混凝土浇筑楼板，使得楼板的自重荷载大。本实施例中的楼板4’采用预制空芯叠合楼板，可以降低楼板荷载，减轻结构自重，还能提高楼板隔音隔热性能。桁架1包括上弦杆11、下弦杆13以及连接上、下弦杆的腹杆12，本实施例中的上弦杆11和下弦杆13均采用H型钢。现有技术中采用H型钢作为弦杆时，通常通过钢板切割后组合焊接形成H型钢弦杆，使得加工工艺繁琐，且切割和焊接过程对钢材材料力学性能影响较大。本实施例中采用标准化H型钢弦杆，取消钢板裁剪和焊接组装的步骤，不仅有助于加快工厂加工速度，还可以保证构件的加工质量一致性。

为了方便区分楼板两侧交错设置的桁架，本实施例以楼板所在层为参照，将位于楼板之上的桁架称为上升桁架A，位于楼板之下的桁架称为下沉桁架B。在设置交错桁架的上下高度时，本实施例中增加了下沉桁架B相对于上升桁架A的相对高度，通过图2/图3与图4的对比可知，原有设计中，下沉桁架B的上弦杆11与上升桁架A的下弦杆高度是相同的，而本实施例中，下沉桁架B的上弦杆上翼缘111B与上升桁架A的下弦杆下翼缘132A位于同一高度，并且在下沉桁架B的上弦杆上翼缘111B的顶部焊接栓钉5。安装楼板4’时，将楼板4’的一端嵌入到上升桁架A的下弦杆上翼缘131A与下弦杆下翼缘132A之间，将楼板4’的另一端搁置在下沉桁架B的上弦杆上翼缘111B顶部。

现有技术中采用背景技术中提及的楼板第一种安装方式时，如图5（a）所示，由于安装空间狭窄，楼板4的一端放置在上升桁架A的下弦杆13A的下翼缘顶部后，再将楼板4的另一端放置在下沉桁架B的上弦杆11B的下翼缘顶部时容易被下沉桁架B的上弦杆上翼缘卡住，为施工增加难度，同时对桁架的安装精度要求也较高。而采用本发明的安装方式后，如图5（b）所示，将楼板4的一端放置在上升桁架A的下弦杆13A的下翼缘顶部后，楼板4的另一端由于是放置在下沉桁架B的上弦杆11B的上翼缘顶部，此处操作空间很大，不会对楼板4的安装造成空间影响，因此施工十分方便，且对桁架间的位置精度要求没那么苛刻。

本发明还同时公开上述交错桁架体系的施工方法，具体包括如下内容：

步骤1，工厂内构件的预制：采用标准件H型钢以及腹杆12成品，工厂内将H型钢与腹杆12装配成桁架1，并在下沉桁架B的上弦杆上翼缘111B的顶面焊接栓钉5，工厂内完成预制空芯叠合楼板的叠合层底板预制；

步骤2：施工现场完成框架柱2与框架梁3的装配，形成框架体系主体结构；

步骤3：在框架柱2上安装桁架1，同一楼层的相邻框架柱2之间的桁架1沿高度方向上下交错布置，令下沉桁架B的上弦杆上翼缘111B的顶面与上升桁架A的下弦杆下翼缘132A的底面平齐，将桁架1的两端固定在框架柱2上；

步骤4：将预制空芯叠合楼板的叠合层底板铺设在相邻上升桁架A与下沉桁架B之间，令预制空芯叠合楼板的叠合层底板的一端嵌入到上升桁架A的下弦杆上翼缘131A与下弦杆下翼缘132A之间，令预制空芯叠合楼板的叠合层底板的另一端搁置在下沉桁架B的上弦杆上翼缘111B顶部；

步骤5：在上层桁架1与下层桁架1之间增设临时支撑结构，增加桁架1施工时的稳定性能，为后续楼板4’的安装增加施工安全性。由于交错桁架施工时桁架面外稳定性较弱，楼板安装施工时荷载不均易发生失稳，而现有技术中在施工时，未考虑到对桁架间进行支撑固定，使得桁架间的相对位置容易发生较大误差，因此，本实施例中在施工过程中，增加了支撑结构的安装环节。

具体地，如图6所示，本实施例在完成步骤4的桁架装配后，在上层的桁架1与下层的桁架1之间设置斜支撑杆6对桁架1之间进行临时支撑，待完成步骤6的现浇混凝土的养护后，再将支撑杆6进行拆除。支撑杆6具体设置时，将支撑杆6设置在上升桁架A的下弦杆13与相邻下沉桁架B的下弦杆13之间，即：支撑杆6的一端固定在上升桁架A的下弦杆下翼缘132A底部，支撑杆6的另一端固定在下沉桁架B的下弦杆上翼缘131B顶部。

步骤6：完成步骤5后，在上升桁架A的下弦杆腹板133穿孔处穿入钢筋，在预制空芯叠合楼板的叠合层上部设置纵横交错的受力筋，完成各个钢筋的绑扎后，在预制空芯叠合楼板的叠合层上部以及预制空芯叠合楼板的叠合层与上升桁架A的下弦杆腹板133之间的缝隙处浇筑混凝土，对混凝土进行养护。

步骤7：将支撑杆6进行拆除。

综上，采用本发明所提供的施工方法后，相对于现有技术而言，其技术优势概括如下：

（1）通过对交错桁架弦杆位置调整，使得楼板安装空间增大，提高施工便利性，加快施工速度，节省楼板安装施工周期，施工优势明显；

（2）采用预制空芯叠合楼板，降低楼板荷载，减轻结构自重，提高楼板隔音隔热性能；

（3）桁架弦杆标准化，可批量采购使用，降低加工成本，免去弦杆采用钢板裁剪、焊接组装的步骤，加快工厂加工速度，缩短加工周期，保证构件加工质量；

（4）取消下沉桁架的弦杆腹板穿孔，简化加工工艺流程，提高加工效率，减少现场穿筋工作，加快楼板钢筋现场施工速度；

（5）现有技术中等高桁架弦杆在中间位置的弦杆下翼缘处无法设置栓钉，本发明位置调整后在弦杆上翼缘可设置栓钉，增加楼板稳定性与连接可靠性；

（6）本发明在桁架间加设稳定支撑结构（也可以设置永久拉结钢筋无需拆除），增强交错桁架施工时桁架稳定性能，提高施工安全性；

（7）由于桁架弦杆位置的调整，使桁架高度降低，构件尺寸减小，节省钢材用量，提高运输便利性；

（8）构件尺寸减小可以提高弦杆及腹杆杆件计算稳定性，提高设计计算效率，增加结构安全性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种装配式钢结构交错桁架体系，包括沿高度方向上下交错布置的桁架以及楼板，桁架包括上弦杆、腹杆及下弦杆，其特征在于：上弦杆和下弦杆均采用标准化预制H型钢，楼板采用预制空芯叠合楼板，以楼板所在层为参照，位于楼板之上的桁架为上升桁架，位于楼板之下的桁架为下沉桁架；下沉桁架的上弦杆上翼缘与上升桁架的下弦杆下翼缘位于同一高度，下沉桁架的上弦杆上翼缘顶部设置栓钉，预制空芯叠合楼板的底板一端嵌入到上升桁架的下弦杆上翼缘与下弦杆下翼缘之间，预制空芯叠合楼板的底板的另一端搁置在下沉桁架的上弦杆上翼缘顶部，预制空芯叠合楼板的底板顶部现浇混凝土。

2.一种如权利要求1所述交错桁架体系的施工方法，其特征在于，包括如下内容：

步骤1，工厂内构件的预制：采用标准件H型钢以及腹杆成品，工厂内将H型钢与腹杆装配成桁架，并在下沉桁架的上弦杆上翼缘的顶面焊接栓钉，工厂内完成预制空芯叠合楼板的叠合层底板预制；

步骤2：施工现场完成框架柱与框架梁的装配，形成框架体系主体结构；

步骤3：在框架柱上安装桁架，同一楼层的相邻框架柱之间的桁架沿高度方向上下交错布置，令下沉桁架的上弦杆上翼缘的顶面与上升桁架的下弦杆下翼缘的底面平齐，将桁架的两端固定在框架柱上；

步骤4：将预制空芯叠合楼板的叠合层底板铺设在相邻桁架之间，令预制空芯叠合楼板的叠合层底板的一端嵌入到上升桁架的下弦杆上翼缘与下弦杆下翼缘之间，令预制空芯叠合楼板的叠合层底板的另一端搁置在下沉桁架的上弦杆上翼缘顶部；

步骤5：在上升桁架的下弦杆腹板穿孔处穿入钢筋，在预制空芯叠合楼板的叠合层上部设置纵横交错的受力筋，完成钢筋的绑扎后，在预制空芯叠合楼板的叠合层上部以及预制空芯叠合楼板的叠合层与上升桁架的下弦杆腹板之间的缝隙处浇筑混凝土。

3.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于：所述步骤4之前，完成步骤3后，在上层的桁架与下层的桁架之间设置斜支撑杆对桁架之间进行临时支撑，待完成步骤5的现浇混凝土的养护后，将支撑杆进行拆除。

4.根据权利要求3所述的施工方法，其特征在于：所述支撑杆设置在上升桁架的下弦杆与相邻下沉桁架的下弦杆之间。

5.根据权利要求4所述的施工方法，其特征在于：所述支撑杆的一端固定在上升桁架的下弦杆下翼缘底部，支撑杆的另一端固定在下沉桁架的下弦杆上翼缘顶部。