CN209194711U - 一种半组合装配式钢框架体系 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半组合装配式钢框架体系，包括预制装配式柱构件、预制装配式梁构件和预制装配式支撑构件，所述预制装配式柱构件包括钢柱和包覆在钢柱外表面的外包覆保护层，所述预制装配式柱构件包括钢梁和包覆在钢梁外表面的外包覆保护层，所述预制装配式支撑构件包括钢支撑和包覆在钢支撑外表面的外包覆保护层，所述钢柱、钢梁和钢支撑的连接节点处均预留有未包覆区，所述钢柱、钢梁和钢支撑之间的节点连接后包覆有外包覆保护层。本实用新型既保留了传统装配式钢框架体系的受力和施工优点，又不需要进行防腐、防火处理及定期维护；可在降低综合造价的前提下，提高结构的刚度、抗震性能及施工和使用阶段的便利性。

Description

一种半组合装配式钢框架体系

技术领域

本实用新型涉及建筑工业化领域，特别涉及一种半组合装配式钢框架体系。

背景技术

现阶段常见的装配式建筑主要包括两大类：装配式钢结构建筑（PS）和装配式混凝土建筑（PC）。

装配式混凝土建筑（PC）通过构件的工厂预制，可改善构件制作质量、加快施工进度、提高劳动生产率、减少建筑垃圾粉尘排放、绿色环保等优点；但其对预制场的质量管理体系、构件制作工艺和精度、运输和吊装条件等都要求较高，些许的偏差都将导致现场的节点拼接质量无法控制和保证。如常见的灌浆套筒式连接，常常出现无法完全对接清楚的问题，而且此类节点在浇筑完成后还存在无法检测的难题。节点的整体性和安全性如果在施工阶段无法保证，则结构在使用阶段的整体性和安全性必受影响。

装配式钢结构建筑（PS）具有自重轻、强度高、抗震性能好、基础造价低、工业化程度高、安装施工便利、施工周期短、投资回收快、绿色节能环保、材料可回收利用、住宅户型布局灵活且得房率较高等特点和优势；但其缺点也比较突出，主要体现在防腐防锈和防火处理比较麻烦，且在设计使用年限内需要定期维护，后期维护成本偏高。

实用新型内容

针对目前上述两大类装配式建筑存在的问题，本实用新型在装配式钢结构建筑的基础上，提出了一种半组合装配式钢框架体系，它既能免防锈、免防火涂装处理，又能部分考虑构件刚度。

本实用新型的目的通过如下技术方案实现：一种半组合装配式钢框架体系，包括预制装配式柱构件、预制装配式梁构件和预制装配式支撑构件，所述预制装配式柱构件包括钢柱和包覆在钢柱外表面的外包覆保护层，所述预制装配式柱构件包括钢梁和包覆在钢梁外表面的外包覆保护层，所述预制装配式支撑构件包括钢支撑和包覆在钢支撑外表面的外包覆保护层，所述钢柱、钢梁和钢支撑的连接节点处均预留有未包覆区，所述钢柱、钢梁和钢支撑之间的节点连接后包覆有外包覆保护层。

作为进一步的优选方案，所述外包覆保护层为钢筋混凝土外包层、钢丝网混凝土外包层、防火砖外包层或防火板外包层。

作为进一步的优选方案，所述钢筋混凝土外包层或钢丝网混凝土外包层采用的混凝土为普通混凝土或高性能混凝土。

作为进一步的优选方案，所述高性能混凝土为钢纤维混凝土、活性粉末混凝土或防火混凝土。

作为进一步的优选方案，所述钢柱为箱型钢柱，所述箱型钢柱的侧部焊接有H型短钢梁，所述H型短钢梁一端的翼缘和腹板均焊接在箱型钢柱的翼缘上，所述H型短钢梁另一端的翼缘和腹板上均开设有螺栓孔，所述H型短钢梁上预留有用于连接钢梁的柱侧连接节点未包覆区，所述箱型钢柱的上端部预留有用于连接上方钢柱的柱上连接节点未包覆区，所述箱型钢柱的下端部预留有用于连接下方钢柱的柱下连接节点未包覆区。

作为进一步的优选方案，所述箱型钢柱内焊接有水平加劲肋，所述水平加劲肋的高度位置与H型短钢梁的翼缘位置一一对应。

作为进一步的优选方案，所述水平加劲肋与H型短钢梁的翼缘等厚，所述水平加劲肋与H型短钢梁的对应翼缘处于同一水平面上。

作为进一步的优选方案，所述箱型钢柱的上下两端部外周侧分别焊接有用于对应连接上下钢柱的辅助耳板，所述辅助耳板上开设有螺栓孔，位于箱型钢柱上端部的辅助耳板与位于箱型钢柱下端部的辅助耳板对应错开且分别靠近于箱型钢柱对应外侧面的中心线。

作为进一步的优选方案，所述钢梁为H型钢梁，所述H型钢梁两端的翼缘和腹板上均开设有螺栓孔，所述H型钢梁的两端分别预留有用于连接钢柱的梁端连接节点未包覆区，所述H型钢梁的上翼缘上焊接有栓钉，所述H型钢梁的上翼缘外表面预留有用于连接混凝土楼板的梁上连接节点未包覆区。

作为进一步的优选方案，所述H型钢梁的两侧凹槽内均设置有保温填充层。

作为进一步的优选方案，所述钢支撑为H型钢支撑，所述H型钢支撑两端的翼缘和腹板上均开设有螺栓孔，所述H型钢支撑的两端部分别预留有用于连接钢柱和钢梁的支撑端连接节点未包覆区。

作为进一步的优选方案，所述H型钢支撑的两侧凹槽内均设置有保温填充层。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：该半组合装配式钢框架体系的预制装配式构件为“钢构件+外包覆保护层”形式，既保留了传统装配式钢框架体系的受力和施工优点，又克服了传统装配式钢框架体系需要防腐、防火处理及定期维护等缺点，可实现外包覆保护层与结构同寿命；同时，考虑外包覆保护层在设计荷载作用下与钢构件或结构共同工作（受力）的“半组合”设计理念，可有效增大结构阻尼、减小设计荷载作用下结构的横向位移响应（如层间侧移、屋顶风振加速度等）、提高住宅的舒适度。综合而言，本实用新型可在降低钢框架体系综合造价的前提下，提高结构的整体刚度、抗震性能及施工和使用阶段的便利性。

附图说明

图1是预制装配式柱构件和预制装配式梁构件的装配图。

图2是预制装配式柱构件的结构示意图。

图3是图2中A-A处的截面图。

图4是图2中B-B处的截面图。

图5是图2中C-C处的截面图。

图6是预制装配式梁构件的结构示意图。

图7是图6中N-N处的截面图。

图8是图6中P-P处的截面图。

图9是图6中M-M处的第一种结构截面图。

图10是图6中M-M处的第二种结构截面图。

图11是图6中M-M处的第三种结构截面图。

图12是预制装配式支撑构件的结构示意图。

图13是图12中L-L处的截面图。

图14是图12中Q-Q处的截面图。

图15是图12中H-H处的第一种结构截面图。

图16是图12中H-H处的第二种结构截面图。

附图标记：1.钢柱/箱型钢柱，11.H型短钢梁，12.水平加劲肋，13.辅助耳板，14.连接板，15.高强螺栓，16.螺栓孔；2. 外包覆保护层/钢筋混凝土保护层，21.钢筋，22.混凝土，23.保温填充层/泡沫保温层；3.钢梁/H型钢梁，31.栓钉；4.钢支撑/H型钢支撑。

具体实施方式

为了让本实用新型的上述特征和优点更明显易懂，下面特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1~16所示，一种半组合装配式钢框架体系，包括预制装配式柱构件、预制装配式梁构件和预制装配式支撑构件，所述预制装配式柱构件包括钢柱1和包覆在钢柱1外表面的外包覆保护层2，所述预制装配式柱构件包括钢梁3和包覆在钢梁3外表面的外包覆保护层2，所述预制装配式支撑构件包括钢支撑4和包覆在钢支撑4外表面的外包覆保护层2，所述钢柱1、钢梁3和钢支撑4的连接节点处均预留有未包覆区，所述钢柱1、钢梁3和钢支撑4之间的节点连接后包覆有外包覆保护层2。

在本实施例中，所述外包覆保护层2为钢筋混凝土外包层，所述钢筋混凝土外包层包含钢筋21和混凝土22，其包覆范围不包括各个钢构件的拼接节点区；当然，所述外包覆保护层2也可以是钢丝网混凝土外包层、防火砖外包层或防火板外包层等外包类型。在实际应用时，所述外包覆保护层2的材料和厚度可以根据钢构件的防护需求和受力性能进行设计，使外包覆保护层2既具备特定的防护功能，同时又能与钢构件具有相同的设计使用年限。

在本实施例中，所述钢筋混凝土外包层采用的混凝土22为普通混凝土或高性能混凝土。其中，所述高性能混凝土为钢纤维混凝土、活性粉末混凝土或防火混凝土等。所述钢筋混凝土外包层采用的钢筋21可按构造进行配置，只需采用小直径钢筋网，对连接精度也没有要求。当然，若外包覆保护层2为钢丝网混凝土外包层，所述钢丝网混凝土外包层采用的混凝土也可以是普通混凝土或高性能混凝土。

如图2~5所示，本实施例提供但不局限于以下一种结构的钢柱1：所述钢柱1为箱型钢柱1，所述箱型钢柱1的侧部焊接有H型短钢梁11，所述H型短钢梁11一端的翼缘和腹板均焊接在箱型钢柱1的翼缘上，所述H型短钢梁11另一端的翼缘和腹板上均开设有螺栓孔16，所述H型短钢梁11上预留有用于连接钢梁3的柱侧连接节点未包覆区，所述箱型钢柱1的上端部预留有用于连接上方钢柱1的柱上连接节点未包覆区，所述箱型钢柱1的下端部预留有用于连接下方钢柱1的柱下连接节点未包覆区，即钢筋混凝土外包层的包覆范围不包括钢柱1与钢柱1的拼接节点区及钢柱1与钢梁3的连接节点区。其中，所述H型短钢梁11一端的翼缘与箱型钢柱1的翼缘之间可采用但不局限于坡口全熔透焊缝焊接，所述H型短钢梁11一端的腹板与箱型钢柱1的翼缘之间可采用但不局限于角焊缝焊接。

在本实施例中，所述箱型钢柱1内焊接有水平加劲肋12，所述水平加劲肋12的高度位置与H型短钢梁11的翼缘位置一一对应，加强效果更好。其中，所述水平加劲肋12与箱型钢柱1的翼缘之间、所述水平加劲肋12与箱型钢柱1的腹板之间均采用但不局限于坡口全熔透焊缝焊接，焊接效果好。所述水平加劲肋12上（如中心位置）开设有排气孔，所述排气孔优选但不局限于圆孔，以便排出焊接时的气体。进一步的，所述水平加劲肋12与H型短钢梁11的翼缘优选但不局限于等厚，所述水平加劲肋12与H型短钢梁11的对应翼缘处于同一水平面上，加强效果好且成本较低。

在本实施例中，所述箱型钢柱1的上下两端部外周侧分别焊接有用于对应连接上下钢柱1的辅助耳板13，所述辅助耳板13上开设有螺栓孔16，位于箱型钢柱1上端部的辅助耳板13与位于箱型钢柱1下端部的辅助耳板13对应错开且分别靠近于箱型钢柱1对应外侧面的中心线。多个钢柱1上下装配时，利用辅助耳板13进行对位连接，装配速度快，施工效率高，节省人力。

如图6~11所示，本实施例提供但不局限于以下一种结构的钢梁3：所述钢梁3为H型钢梁3，所述H型钢梁3两端的翼缘和腹板上均开设有螺栓孔16，所述H型钢梁3的两端分别预留有用于连接钢柱1的梁端连接节点未包覆区，所述H型钢梁3的上翼缘上焊接有栓钉31，所述H型钢梁3的上翼缘外表面预留有用于连接混凝土楼板的梁上连接节点未包覆区，即钢筋混凝土外包层的包覆范围不包括钢梁3端部的节点连接区域；同时因钢梁3上翼缘需与混凝土楼板连接，其上翼缘外表面也不包覆混凝土。

其中，所述钢梁3的钢筋混凝土保护层有多种做法：第一种方式，如图9所示，直接沿钢梁3截面外轮廓包覆钢筋混凝土保护层；第二种方式，如图10所示，在钢支撑4外先设置保温填充层23（如泡沫保温层等），即在H型钢梁3的两侧凹槽内均设置保温填充层23，然后再包覆钢筋混凝土保护层，其中外覆层箍筋焊接在钢梁3上翼缘的内表面；第三种方式，如图11所示，在钢支撑4外先设置保温填充层23（如泡沫保温层等），即在H型钢梁3的两侧凹槽内均设置保温填充层23，然后再包覆钢筋混凝土保护层，但其外覆层箍筋直接延伸进楼板范围。

如图12~16所示，本实施例提供但不局限于以下一种结构的钢支撑4：所述钢支撑4为H型钢支撑4，所述H型钢支撑4两端的翼缘和腹板上均开设有螺栓孔16，所述H型钢支撑4的两端部分别预留有用于连接钢柱1和钢梁3的支撑端连接节点未包覆区。

其中，所述钢支撑4的钢筋混凝土保护层有多种做法：第一种方式，如图15所示，直接沿钢支撑4截面外轮廓包覆钢筋混凝土保护层；第二种方式，如图16所示，在钢支撑4外先设置保温填充层23（如泡沫保温层等），即在H型钢支撑4的两侧凹槽内均设置保温填充层23，然后再包覆钢筋混凝土保护层。

如图1~16所示，一种半组合装配式钢框架体系的制作方法，包括以下步骤：

（1）制作钢构件：在工厂按常规钢结构生产方式加工钢构件，所述钢构件包含钢柱1、钢梁3和钢支撑4，并去除表面浮锈；

（2）制作外包覆保护层2：所述外包覆保护层2为钢筋混凝土外包层，先在钢构件的外表面配置构造钢筋网，再在工厂的模台上立模板、浇筑混凝土22、振捣密实，并快速蒸汽养护至设计强度后脱模；在外包覆保护层2的制作过程中，对于预制装配式柱构件的节点连接区域则无需进行外包层的制作，节点连接区域的钢构件保持外露，得到半组合装配式钢构件；

（3）装配钢构件：将制作好的半组合装配式钢构件运输到施工现场进行装配施工，各个钢构件之间的节点连接采用高强螺栓15连接或栓焊连接；

（4）补做外包覆保护层2：节点连接施工完毕后，对外露的节点区进行外包覆保护层2施工，即得到半组合装配式钢框架。

进一步的，该半组合装配式钢框架体系的制作方法还可以包括以下步骤：（5）装配楼板：进行楼板的装配施工及混凝土浇筑。若钢筋混凝土外包层采用的钢筋21延伸至栓钉31上方，即将外包覆保护层2的箍筋直接延伸进楼板范围，则现场施工时将延伸进楼板范围内的栓钉31和箍筋现场浇筑在楼板内，使楼板与H型钢梁3、外包覆保护层2可靠地连接成一体。当然，若外包覆保护层2选用钢丝网混凝土外包层时，所述钢丝网混凝土外包层的钢丝也可以延伸至栓钉31上方。

进一步的，该半组合装配式钢框架体系的制作方法还可以包括以下步骤：（6）后续施工：进行设备管线及墙体装配、设备安装以及其他后续工种的施工。

在步骤（1）中，钢柱1上设有的短钢梁3、水平加劲肋12、辅助耳板13都在工厂完成焊接，钢梁3上的栓钉31根据需要也可在工厂预先焊接。完成钢构件的制作后再除去钢板表面的浮锈，但不要求抛丸或喷砂除锈的工序，也没有严格除锈等级的要求。

在步骤（2）中，钢筋网的钢筋21可按构造进行配置，只需采用小直径钢筋网，对连接精度也没有要求。若有需要提高抗剪能力，则在钢构件的外表面配置构造钢筋网时，也配置抗剪件。外包覆保护层2的厚度可以根据建筑的防火等级及构件的耐火极限进行设计，必要时可以在钢构件外表面上建立保温填充层23（如泡沫保温层等）。

当然，步骤（2）的外包覆保护层2还可以采用钢丝网混凝土外包层、防火砖外包层或防火板外包层等；若外包覆保护层2为钢丝网混凝土外包层，则先在钢构件的外表面配置构造钢丝网或者配置构造钢丝网和抗剪件（有需要时），再在工厂的模台上立模板、浇筑混凝土、振捣密实，并快速蒸汽养护至设计强度后脱模；若外包覆保护层2为防火砖外包层或防火板外包层等现场型材，则在钢构件的外表面配置抗剪件，在工厂简单装配牢固即可。

在步骤（3）中，各个钢构件之间的节点连接与传统钢结构连接方法相同，如采用高强螺栓15和连接板14进行连接。在施工现场，通过高强螺栓15将多根预制装配式柱构件的辅助耳板13固定连接，进而完成预制装配式柱构件的拼接，通过连接板14和高强螺栓15将预制装配式梁构件与预制装配式柱构件的H型短钢梁11固定连接，通过连接板14和高强螺栓15将预制装配式支撑构件与预制装配式梁构件、预制装配式柱构件等其他构件固定连接。

在步骤（4）中，在外露的节点区（即未包覆区）先补上钢筋网，然后局部喷涂微膨胀高强混凝土保护层或局部装钉模板后浇筑微膨胀高强混凝土封闭保护层。

如图1~16所示，一种半组合装配式钢框架体系的设计方法，包括以下步骤：

（1）根据钢构件的防护需求（如防火等级、防火极限等需求）和受力性能，选择外包覆保护层2的材料，并确定厚度；

（2）在计算结构基本周期时，考虑钢构件和外包覆保护层2组合截面的整体刚度；

（3）在竖向荷载、风载和多遇地震组合（即设计荷载）作用下，考虑钢构件和外包覆保护层2组合截面的整体刚度，即考虑外包覆保护层2对预制装配式构件刚度的贡献，应保证外包覆保护层2与钢构件的变形协调，不应出现外包覆保护层2与钢构件发生剪切滑移（错动）或外包覆保护层2开裂的情况；

（4）在中震和罕遇地震作用下，允许外包覆保护层2开裂失效，不考虑外包覆保护层2对预制装配式构件刚度的贡献，即只考虑钢构件的作用。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员但凡未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做任何简单的修改、均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种半组合装配式钢框架体系，其特征在于，包括预制装配式柱构件、预制装配式梁构件和预制装配式支撑构件，所述预制装配式柱构件包括钢柱和包覆在钢柱外表面的外包覆保护层，所述预制装配式柱构件包括钢梁和包覆在钢梁外表面的外包覆保护层，所述预制装配式支撑构件包括钢支撑和包覆在钢支撑外表面的外包覆保护层，所述钢柱、钢梁和钢支撑的连接节点处均预留有未包覆区，所述钢柱、钢梁和钢支撑之间的节点连接后包覆有外包覆保护层。

2.根据权利要求1所述的半组合装配式钢框架体系，其特征在于，所述外包覆保护层为钢筋混凝土外包层、钢丝网混凝土外包层、防火砖外包层或防火板外包层，所述钢筋混凝土外包层或钢丝网混凝土外包层采用的混凝土为普通混凝土或高性能混凝土，所述高性能混凝土为钢纤维混凝土、活性粉末混凝土或防火混凝土。

3.根据权利要求1所述的半组合装配式钢框架体系，其特征在于，所述钢柱为箱型钢柱，所述箱型钢柱的侧部焊接有H型短钢梁，所述H型短钢梁一端的翼缘和腹板均焊接在箱型钢柱的翼缘上，所述H型短钢梁另一端的翼缘和腹板上均开设有螺栓孔，所述H型短钢梁上预留有用于连接钢梁的柱侧连接节点未包覆区，所述箱型钢柱的上端部预留有用于连接上方钢柱的柱上连接节点未包覆区，所述箱型钢柱的下端部预留有用于连接下方钢柱的柱下连接节点未包覆区。

4.根据权利要求3所述的半组合装配式钢框架体系，其特征在于，所述箱型钢柱内焊接有水平加劲肋，所述水平加劲肋的高度位置与H型短钢梁的翼缘位置一一对应。

5.根据权利要求4所述的半组合装配式钢框架体系，其特征在于，所述水平加劲肋与H型短钢梁的翼缘等厚，所述水平加劲肋与H型短钢梁的对应翼缘处于同一水平面上。

6.根据权利要求3所述的半组合装配式钢框架体系，其特征在于，所述箱型钢柱的上下两端部外周侧分别焊接有用于对应连接上下钢柱的辅助耳板，所述辅助耳板上开设有螺栓孔，位于箱型钢柱上端部的辅助耳板与位于箱型钢柱下端部的辅助耳板对应错开且分别靠近于箱型钢柱对应外侧面的中心线。

7.根据权利要求1所述的半组合装配式钢框架体系，其特征在于，所述钢梁为H型钢梁，所述H型钢梁两端的翼缘和腹板上均开设有螺栓孔，所述H型钢梁的两端分别预留有用于连接钢柱的梁端连接节点未包覆区，所述H型钢梁的上翼缘上焊接有栓钉，所述H型钢梁的上翼缘外表面预留有用于连接混凝土楼板的梁上连接节点未包覆区。

8.根据权利要求7所述的半组合装配式钢框架体系，其特征在于，所述H型钢梁的两侧凹槽内均设置有保温填充层。

9.根据权利要求1所述的半组合装配式钢框架体系，其特征在于，所述钢支撑为H型钢支撑，所述H型钢支撑两端的翼缘和腹板上均开设有螺栓孔，所述H型钢支撑的两端部分别预留有用于连接钢柱和钢梁的支撑端连接节点未包覆区。

10.根据权利要求9所述的半组合装配式钢框架体系，其特征在于，所述H型钢支撑的两侧凹槽内均设置有保温填充层。