CN218437691U - 一种应用于钢筋混凝土框架的轻型装配式楼盖体系 - Google Patents

Abstract

一种应用于钢筋混凝土框架的轻型装配式楼盖体系，包括H形钢次梁、预制混凝土主梁、螺纹钢筋、连接钢板、高强螺栓和钢筋桁架楼承板，预制混凝土主梁内预留机械连接接头和锚筋，预制混凝土主梁顶面设粗糙面，预制混凝土主梁端面设键槽；螺纹钢筋与机械连接接头的直螺纹套筒连接；螺纹钢筋与连接钢板穿孔塞焊连接，并将连接钢板固定于预制混凝土主梁的侧壁；H形钢次梁的腹板通过摩擦型高强度螺栓与连接钢板连接；H形钢次梁铰接连接于预制混凝土主梁的侧面，钢筋桁架楼承板铺设于预制混凝土主梁和H形钢次梁上。本实用新型实现了混凝土结构与钢结构的混合装配，且不改变原混凝土结构体系，改善结构的抗震性能，具有较好的综合经济效益。

Description

一种应用于钢筋混凝土框架的轻型装配式楼盖体系

技术领域

本实用新型属于建筑结构领域，具体涉及一种应用于钢筋混凝土框架的轻型装配式楼盖体系。

背景技术

现浇钢筋混凝土框架是由框架柱、框架梁和现浇楼盖体系构成，其中框架梁和柱构成结构的抗侧力体系，抵抗水平作用力；现浇楼盖则直接承受重力荷载，并传导至框架梁和柱，同时使各抗侧力结构协同受力，共同工作。通常，现浇楼盖有梁板式和大板式，前者板厚较小，通过增设次梁保证楼盖竖向刚度和承载力；后者板厚较大，需要足够厚度的板以满足楼盖竖向刚度和承载力。由于大板楼盖的板厚较大，楼盖自重较大，导致竖向构件截面和基础尺寸增大，地震作用增大，增加工程造价，故工程中常采用梁板式楼盖以减轻楼盖体系的重量，使结构设计更加经济合理。

混凝土结构自重较大，其地震作用较大。减轻混凝土结构的自重既可以减小结构的地震作用，也可以减小基础尺寸和降低基础造价。对于大跨度混凝土梁板楼盖，其主次梁截面尺寸较大，楼盖结构自重占楼层质量的比重更大，且当跨度大于20m时需采用预应力混凝土梁以减小梁截面和配筋，并控制挠度和裂缝。由于采用了预应力混凝土梁，将导致施工难度增大和工程造价增加。

钢材具有比强度高的特点，采用钢材建造的结构重量相较于混凝土结构更轻，但钢结构造价较高，从而限制了钢结构的应用。目前，钢梁通常应用于钢结构系统，在新建的混凝土结构建筑中应用较少。钢梁与混凝土柱或梁的刚接构造较复杂，较难实现，故不宜采用钢梁-混凝土柱刚接的抗侧力体系。钢梁与混凝土柱或梁的铰接连接构造简单，传力直接可靠，且施工易于实现。

现浇楼盖体系需搭设施工支架、制作构件模板和现场浇筑混凝土，材料费、人工费和机械费等施工成本较高，且施工效率较低。这种传统生产方式以现场施工为主，工业化程度不高、设计建造比较粗放、建筑产品质量不稳定、建设效率低、劳动力需求量大、材料损耗和建筑垃圾量大、资源和能源消耗较大，不能满足节能、环保的可持续发展建设要求。基于建筑产业现代化发展的需要，促进建筑行业节能减排，改变建筑设计和建造模式，解决建筑市场劳动力资源短缺问题，应大力发展装配式建筑。装配式建筑旨在减少现场作业，尽可能实现更多的工厂预制和现场装配，提高生产效率。构件标准化则有利于提高装配效率，降低生产成本和损耗。

预制构件间的可靠连接是装配式结构的重要环节，事关结构计算模拟的准确性和结构安全。目前的装配式结构存在以下问题：1）叠合板的预制板和现浇层厚度受工艺要求，其总厚度不低于120mm，导致结构重量较大；2）叠合楼板装配工作量较大，分块预制板间的拼缝渗漏问题时有发生；3）预制混凝土柱的纵筋数量较多，存在现场钢筋连接质量问题；4）预制混凝土梁的装配工作量较大，尤其大跨度混凝土梁的预制部件重量较大，生产、运输和吊装困难，必要时需拆分多段，导致装配工作量增加；5）部分工程的构件标准化程度较低，模具费用较高，构件预制效率较低。

《装配式建筑评价标准》GB/T 51129-2017要求装配式建筑的装配率不低于50%，主体结构部分的评价分值不低于20分。当水平部件（梁、板、楼梯、阳台和空调板等）的应用比例（水平投影面积比）不低于80%时，主体结构部分的评价分值即可达20分。为此，针对水平部件的预制装配开展了大量的创新研究，以叠合板、叠合梁、免支模金属楼承板为主要预制装配模式。但是，目前尚未出现混凝土结构与钢结构混合装配模式的研究和应用。本实用新型提出将两端铰接钢梁应用于混凝土框架的次梁，混凝土结构与钢结构混合装配，且不改变原混凝土结构体系，相关设计标准（房屋适用高度、抗震等级、地震剪力调整等）均可维持不变。钢梁取代混凝土次梁既可减轻结构重量，改善结构抗震性能，又可提高装配效率，具有较好的综合经济效益。

发明内容

本实用新型所要解决的问题是提供一种应用于钢筋混凝土框架的轻型装配式楼盖体系，该轻型装配式楼盖体系既可减轻结构重量，改善结构抗震性能，又可提高装配效率。

本实用新型提供的技术方案是：一种应用于钢筋混凝土框架的轻型装配式楼盖体系，包括H形钢次梁、预制混凝土主梁、螺纹钢筋、连接钢板、高强螺栓和钢筋桁架楼承板，预制混凝土主梁内预留机械连接接头和锚筋，预制混凝土主梁顶面设粗糙面，粗糙面的凹凸深度不小于6mm，预制混凝土主梁端面设键槽，键槽凹入深度不小于30mm；螺纹钢筋与机械连接接头的直螺纹套筒连接；螺纹钢筋与连接钢板穿孔塞焊连接，并将连接钢板固定于预制混凝土主梁的侧壁；H形钢次梁的腹板通过摩擦型高强度螺栓与连接钢板连接；H形钢次梁铰接连接于预制混凝土主梁的侧面，钢筋桁架楼承板铺设于预制混凝土主梁和H形钢次梁上。

所述连接钢板由钢板一和钢板二采用双面角焊缝或单边坡口T形焊缝构成组焊拼接件，钢板一布设圆孔，圆孔直径比螺纹钢筋的直径大4~6mm，螺纹钢筋穿过圆孔与连接钢板穿孔塞焊连接；钢板二通过摩擦型高强度螺栓与钢次梁的腹板连接。

所述H形钢次梁采用变截面钢梁。

所述预制混凝土主梁侧面布置可拆卸角钢支托组件以支撑钢筋桁架楼承板。

所述预制混凝土主梁内预留PVC管道，管道内穿对拉螺杆以固定角钢支托组件，PVC管道内灌筑微膨胀水泥浆。

本实用新型由H形钢次梁、钢筋桁架楼承板及相关连接节点构成，且应用于钢筋混凝土框架体系，实现钢结构和混凝土结构的混合装配。采用H形钢次梁代替了传统的钢筋混凝土次梁，采用钢筋桁架楼承板代替了传统做法的普通钢筋混凝土楼板。H形钢次梁通过高强螺栓连接在预制钢筋混凝土支承主梁的侧面。预制主梁内预留机械连接接头，用于固定钢次梁的铰接连接组焊拼接件。钢筋桁架直接铺放在钢次梁和预制主梁上方，预制主梁侧面布置可拆卸角钢支托组件。

该轻型装配式楼盖体系具有以下特点：

1)不改变整体结构体系，主体结构（主承重和抗侧力结构）仍为耐久性能优异的钢筋混凝土结构；

2)具有装配式建筑特点，符合当前装配式建筑产业发展需要，可实现水平构件预制装配的要求。钢筋桁架楼承板是高效的免支模楼板解决方案，既可以完全代替模板功能，减少模板加设和拆卸工程，又可以承受施工荷载，直接铺设于梁上，大大提高了楼板施工效率。钢次梁在工厂制作，现场装配，钢次梁与支承主梁采取铰接连接，可避免主梁预留后浇槽口做法的不利影响。传统的主次连接采取主梁预留后浇槽口做法，将造成在施工阶段主梁断为两段或更多段，给现场安装造成困难，且需要额外支撑和连接构造。钢次梁与支承主梁的铰接连接采用全螺栓装配式连接，无现场焊接作业，施工效率大大提高。

3) 采用可拆卸角钢支托组件支撑钢筋桁架楼承板，实现多工程周转使用，减少材料用量和损耗，提高材料利用效率，符合节能环保的建设发展需求。

4)可减轻结构重量。混凝土次梁改为钢次梁，可减轻楼盖结构自重约10~20%，且次梁跨度越大，结构重量减轻越多。结构自重减小，有利于减小柱子截面和基础尺寸，有利于减小整体结构的地震作用。采用钢次梁代替混凝土次梁，可减小支承次梁的主梁受力和配筋面积（受力纵筋面积可减少15~25%），方便钢筋混凝土主梁的施工。

5)采用钢次梁代替大跨度混凝土次梁，可避免或减少预应力混凝土梁的使用，降低工程施工难度和费用，提高施工效率。

6)可提升建筑使用净高。采用钢次梁代替钢筋混凝土次梁，可充分利用钢材的高强度特点，从而减小梁高；同时，钢次梁可采用变截面钢梁、蜂窝钢梁或组合梁方案，既方便设备管线穿行，又可以节约钢材用量，以实现更好的综合经济效益。

本实用新型尤其适用于大跨度楼屋盖混凝土结构，可明显减小结构自重和地震作用，可减少或避免采用预应力混凝土梁，提高建造效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构系统布置示意图；

图2为本实用新型H形钢次梁与预制混凝土主梁的连接构造图，对应图1中的详图索引A部位；

图3为本实用新型钢筋桁架楼承板与H形钢次梁连接构造图，对应图1中的详图索引B部位；

图4为本实用新型钢筋桁架楼承板与预制混凝土梁连接构造示意图（铺设方向平行于预制主梁），对应图1中的详图索引C部位；

图5为本实用新型钢筋桁架楼承板与预制混凝土梁连接构造示意图（铺设方向垂直于预制主梁），对应图1中的详图索引D部位；

图6常用钢次梁形式示意图。

具体实施方式

本实用新型包括H形钢次梁（变截面钢梁）、预制混凝土主梁、螺纹钢筋、连接钢板、高强螺栓和钢筋桁架楼承板，预制混凝土主梁内预留机械连接接头和锚筋，预制混凝土主梁顶面设粗糙面，粗糙面的凹凸深度不小于6mm，预制混凝土主梁端面设键槽，键槽凹入深度不小于30mm；螺纹钢筋与机械连接接头的直螺纹套筒连接；螺纹钢筋与连接钢板穿孔塞焊连接，并将连接钢板固定于预制混凝土主梁的侧壁；H形钢次梁的腹板通过摩擦型高强度螺栓与连接钢板连接；H形钢次梁铰接连接于预制混凝土主梁的侧面，钢筋桁架楼承板铺设于预制混凝土主梁和H形钢次梁上。

所述连接钢板由钢板一和钢板二采用双面角焊缝或单边坡口T形焊缝构成组焊拼接件，钢板一布设大圆孔，圆孔直径比螺纹钢筋的直径大4~6mm，螺纹钢筋穿过圆孔与连接钢板穿孔塞焊连接；钢板二通过摩擦型高强度螺栓与钢次梁的腹板连接。

所述预制混凝土主梁侧面布置可拆卸角钢支托组件以支撑钢筋桁架楼承板，待楼板混凝土强度达到设计强度75%后，也可拆卸角钢支托组件。

所述预制混凝土主梁内预留PVC管道，管道内穿普通螺栓（对拉螺杆）以固定角钢支托组件。待拆卸角钢支托组件和对拉螺杆后，PVC管道内灌筑微膨胀水泥浆。

本实用新型为应用于钢筋混凝土框架的轻型装配式楼盖体系，可以采用以下成套结构系统解决方案：现浇柱+预制叠合框架梁+钢次梁+钢筋桁架楼承板，见附图1~6，其中附图2~5为附图1中典型部位的节点做法详图，附图6为常用钢次梁形式的示意图。

附图1中，框架柱1和框架梁2均为钢筋混凝土构件，次梁3为H形钢次梁，楼板4采用钢筋桁架楼承板，仅框架柱1需要现场支模并现浇混凝土。其中，框架梁2采用预制叠合梁形式，楼板4采用免支模、自带底板的钢筋桁架，H形钢次梁3可采用热轧H型钢或焊接H形钢，上述构件（2、3、4）均在工厂制作，现场直接装配即可。

附图2为钢次梁与预制主梁的铰接连接构造，由H形钢梁3、预制混凝土主梁2、主梁预留机械连接接头5、螺纹钢筋5a、锚筋5b、连接钢板6和7、高强螺栓8、主梁现浇部分2a和钢筋桁架楼承板4组成。H形钢梁3的腹板通过高强度螺栓8与连接钢板7连接，且应采用摩擦型抗剪连接以避免发生滑移错动，根据梁端剪力V进行设计。其连接设计依据《钢结构设计标准》第11章进行。当钢梁铰接的高强螺栓设计为单剪模式时，连接钢板7为单板，若为双剪模式时，则为双板。连接钢板6与连接钢板7采用双面角焊缝或单边坡口T形焊缝构成组焊拼接件7a，根据梁端剪力V进行焊缝承载力计算。焊缝承载力计算公式依据《钢结构设计标准》第11章。连接钢板6应根据主梁预留机械连接接头5的布置开设大圆孔，圆孔直径应比螺纹钢筋5a的直径大4mm~6mm，以方便安装和定位调整。主梁预留机械连接接头5的设计依据《混凝土结构设计规范》的预埋件设计公式，根据梁端剪力V和偏心弯矩M_c进行连接承载力计算，确定锚筋5b的直径和布置，确定连接钢板6的板厚，并确定对应的机械连接套筒规格。锚筋5b的布置间距及边距可按受剪预埋件的要求进行，对于预制主梁2为边梁情形，其锚固长度应不小于15d（d为锚筋5b的公称直径），当直锚长度不足时可采取弯锚或锚固板形式。

预制混凝土主梁和相关连接板件均在工厂预制和组装。施工顺序为：1）先预制混凝土主梁2，主梁内预留机械连接接头5及锚筋5b，预制主梁顶面设粗糙面，凹凸深度不小于6mm，端面设键槽，凹入深度不小于30mm；2）将螺纹钢筋5a与机械连接接头5的直螺纹套筒连接；3）将连接板件6与连接板件7进行组焊拼接；4）在连接钢板6和7组焊拼接后，螺纹钢筋5a与连接钢板6在工厂采用穿孔塞焊连接，固定于预制主梁2的侧壁。塞焊连接前应进行组焊拼接件7a的定位校核，以确保后续铰接H形钢梁3的现场螺栓装配连接顺利进行。

附图3为钢筋桁架楼承板与钢次梁连接构造，由H形钢梁3、钢筋桁架楼承板4、0.5mm厚钢底板9和抗剪栓钉10组成。该连接构造可参照图集《钢筋桁架混凝土楼板》19G522-1的相关构造做法。本实用新型所采用的钢筋桁架混凝土板总厚度不大于120mm，板跨度不大于4500mm，避免因采用较厚的楼板而增加结构重量。采用钢筋桁架楼承板可减少现场钢筋工作量，免支模，节省人力、机具及物料损耗，提高工作效率。

附图4和5为钢筋桁架楼承板与预制混凝土梁的连接构造，其中前者为楼板铺设方向平行于预制主梁情形，后者为楼板铺设方向垂直于预制主梁情形。该连接构造由预制主梁2、主梁现浇部分2a、钢筋桁架楼承板4、主梁预留PVC管11、普通螺栓连接12和角钢支托组件13组成。角钢支托组件13通过普通螺栓连接12固定于预制主梁2的侧面，普通螺栓采用4.6级M12的对拉螺杆。角钢支托组件13采取标准组件形式，由2种不同长度系列构成，长度分别为200mm和400mm，间距200布置螺栓孔和加劲板，其中螺栓孔采用大圆孔（孔径16mm）以方便安装和包容施工误差，加劲板厚5mm并与角钢焊接连接。经对角钢支托组件13进行设计排版组合，钢筋桁架楼承板4铺放于角钢支托组件13上方，且无支撑长度小于200mm，满足图集《钢筋桁架混凝土楼板》19G522-1第34页悬挑收边板的距离控制要求。主梁预留PVC管11（外径16mm）应根据角钢支托组件13的排布进行布置，且应采取施工固定措施确保定位准确。角钢支托组件13为临时安装组件，可拆卸、重复使用。待楼板混凝土强度达到设计强度的75%方可拆卸对拉螺杆12和角钢支托组件13，并采用无收缩、微膨胀高强水泥浆注浆封堵预留PVC管的孔洞。

附图6为常用钢次梁形式示意图，主要有普通H形钢梁Ⅰ、变截面钢梁Ⅱ、蜂窝钢梁Ⅲ和组合梁Ⅳ。钢梁的承载力和挠度计算可依据《钢结构设计标准》GB50017-2017的相关内容进行。采用变截面钢梁Ⅱ、蜂窝钢梁Ⅲ和组合梁Ⅳ可减少结构钢材用量，增加建筑使用净高，其中蜂窝钢梁Ⅲ的腹板开洞可用于穿行设备管线。

应用本实用新型的成套结构系统的具体实施可分为两个阶段：工厂预制和现场安装。

（一）工厂预制阶段

（1）混凝土框架梁2的预制，需提前预留用于连接组焊拼接件7a的机械连接接头5及锚筋5b，预留用于角钢支托13安装的PVC管道11，且均应做到定位准确和固定牢靠。

（2）钢筋桁架4的制作，根据设计选型进行制作并与钢底板9焊接连接。

（3）组焊拼接件7a的制作，根据设计文件对连接钢板6、7进行切割、开孔和组焊拼接。

（4）将螺纹钢筋5a与机械连接接头5进行连接，并将组焊拼接件7a与螺纹钢筋5a进行塞焊连接。

（5）角钢支托组件13的制作，根据设计排版，将角钢和加劲板进行焊接，并开大圆孔；或利用以往项目的角钢支托组件，重复利用，节约成本。

（6）采用普通螺栓（对拉螺杆）12将角钢支托组件13固定于预制主梁2的侧面。

（二）现场安装阶段

（1）框架柱1绑扎钢筋、支模；

（2）预制混凝土主梁2吊装，布置临时支撑，钢筋连接及锚固；

（3）H形钢梁3吊装，按规范要求施加高强度螺栓预紧力，固定于预制主梁2侧面；

（4）铺放钢筋桁架楼承板4，按设计图纸补充楼板钢筋，焊接钢梁上表面的栓钉10；

（5）浇筑楼板、框架柱、梁柱节点区和框架梁叠合部分的混凝土。

Claims (5)

1.一种应用于钢筋混凝土框架的轻型装配式楼盖体系，其特征在于：包括H形钢次梁、预制混凝土主梁、螺纹钢筋、连接钢板、高强螺栓和钢筋桁架楼承板，预制混凝土主梁内预留机械连接接头和锚筋，预制混凝土主梁顶面设粗糙面，粗糙面的凹凸深度不小于6mm，预制混凝土主梁端面设键槽，键槽凹入深度不小于30mm；螺纹钢筋与机械连接接头的直螺纹套筒连接；螺纹钢筋与连接钢板穿孔塞焊连接，并将连接钢板固定于预制混凝土主梁的侧壁；H形钢次梁的腹板通过摩擦型高强度螺栓与连接钢板连接；H形钢次梁铰接连接于预制混凝土主梁的侧面，钢筋桁架楼承板铺设于预制混凝土主梁和H形钢次梁上。

2.根据权利要求1所述的应用于钢筋混凝土框架的轻型装配式楼盖体系，其特征在于：所述连接钢板由钢板一和钢板二采用双面角焊缝或单边坡口T形焊缝构成组焊拼接件，钢板一布设圆孔，圆孔直径比螺纹钢筋的直径大4~6mm，螺纹钢筋穿过圆孔与连接钢板穿孔塞焊连接；钢板二通过摩擦型高强度螺栓与钢次梁的腹板连接。

3.根据权利要求1或2所述的应用于钢筋混凝土框架的轻型装配式楼盖体系，其特征在于：H形钢次梁采用变截面钢梁。

4.根据权利要求1或2所述的应用于钢筋混凝土框架的轻型装配式楼盖体系，其特征在于：预制混凝土主梁侧面布置可拆卸角钢支托组件以支撑钢筋桁架楼承板。

5.根据权利要求4所述的应用于钢筋混凝土框架的轻型装配式楼盖体系，其特征在于：预制混凝土主梁内预留PVC管道，管道内穿对拉螺杆以固定角钢支托组件， PVC管道内灌筑微膨胀水泥浆。

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