一种钢框架与混凝土墙板混合的全装配式多层钢结构体系的制作方法

1.本实用新型涉及装配式建筑结构，尤指一种钢框架与混凝土墙板混合的全装配式多层钢结构体系。


背景技术：

2.目前用于宿舍、教学楼和办公楼的钢结构体系中，要么采用传统的钢框架结构体系，要么采用传统的现浇混凝土结构体系或者预制混凝土结构体系，钢框架结构体系现场拼接节点存在大量的焊接工作，施工速度慢，焊缝质量受制于焊工水平和施工条件，现浇混凝土体系需要支模、浇筑等施工，施工慢不方便，预制混凝土结构体系施工难度大，造价高。为了提高经济性，提高工程施工便捷性，本实用新型将钢结构与少量预制混凝土结构结合起来，吸取双方优势，具有良好的经济价值！


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，在满足装配式房屋结构抗侧力需求的同时降低整体结构的用钢量、提升结构施工速度和装配精度。为了实现上述目的，本实用新型提供一种钢框架与混凝土墙板混合的全装配式多层钢结构体系，其特征在于，包括开间方向框架结构、进深方向框架结构和多个混凝土预制墙板；所述开间方向框架结构和所述进深方向框架结构的节点处可拆卸式安装；所述开间方向框架结构间隔设置有多个开间结构边柱，所述开间方向框架结构边榀处的相邻所述开间结构边柱之间连接有抗侧力梁，所述抗侧力梁与所述开间结构边柱形成一个抗侧力框架，所述混凝土预制墙板设有预埋螺纹件，所述混凝土预制墙板通过所述预埋螺纹件与所述抗侧力框架过孔螺栓连接。
4.本实用新型的有益效果为：
5.本实用新型采用钢框架承担竖向力，采用混凝土墙板与钢框架共同承担侧向力，所有结构部件均采用螺栓连接，现场施工速度快，施工质量易控制，且其经济性也具有更好的水平，用钢量低至25～40公斤/
㎡
。
6.进一步的，所述抗侧力梁上开设有第一安装孔，所述混凝土预制墙板的预埋螺纹件的位置对应于所述第一安装孔，所述抗侧力梁通过第一螺栓穿过所述第一安装孔与所述预埋螺纹件螺纹连接。
7.进一步的，所述开间结构边柱上开设有第二安装孔，所述混凝土预制墙板的预埋螺纹件的位置对应于所述第二安装孔，所述抗侧力梁通过第二螺栓穿过所述第二安装孔与所述预埋螺纹件螺纹连接。
8.进一步的，所述进深方向框架结构具有进深连系梁，所述进深连系梁上开设有第三安装孔，所述混凝土预制墙板的预埋螺纹件的位置对应于所述第三安装孔，所述进深连系梁通过第三螺栓穿过所述第三安装孔与所述预埋螺纹件螺纹连接。
9.进一步的，所述开间方向框架结构中非所述抗侧力框架处的开间结构边柱之间通过开间连系梁连接。
10.进一步的，所述抗侧力梁与所述开间结构边柱之间螺栓装配式连接。
11.进一步的，所述抗侧力框架的数量至少为二，二所述所述抗侧力框架对应设置在所述开间方向框架结构两个边榀处，即在开间方向两个边榀至少各设置一个抗侧力框架。
12.进一步的，所述悬挑梁为h型钢。此段h型梁作为地震作用下的耗能构件进行特别加强设计，结构抗震性能好。
13.进一步的，所述开间方向框架结构和所述进深方向框架结构为多道，多道所述开间方向框架结构和所述进深方向框架结构形成网格状框架；所述网格状框架的中间节点处被设置有中间柱。所述网格状框架的网格处铺设楼板，此为公知常识，不做解释。
14.进一步的，所述开间方向框架结构和所述进深方向框架结构为多层，多层的所述开间方向框架结构和所述进深方向框架结构代表了房屋架构体系的楼层数。
15.进一步的，所述中间柱被设置为摇摆柱。中间柱和开间结构边柱起到抗竖向力的作用，而中间柱不参与抗侧力作用，因为可以设计为摇摆柱，更加方便节点连接。进深方向抗侧力通过设置摇摆柱的钢框架实现。每一榀钢框架均为抗侧力结构，共同抵抗结构进深方向的侧向力。进深方向亦可设置柱间支撑，以提高结构的刚度。进深方向框架结构梁与开间方向框架结构(即边榀立柱)的连接节点设置在避开地震塑性铰的区域，并采用端板式螺栓的方式拼接。进一步的，由抗侧力框架、抗侧力框架和连系梁，种类较少的标准构件形成了整个结构体系，标准化程度高。
附图说明
16.图1为本实用新型的一种结构俯视图。
17.图2为图1中a处的放大图。
18.图3为本实用新型的另一种结构俯视图。
19.图4为图3中b处的放大图。
20.图5为本实用新型的抗侧力梁与混凝土预制墙板的一种安装示意图。
21.图6为本实用新型的抗侧力梁与混凝土预制墙板的另一种安装示意图。
22.图7为本实用新型中开间方向框架结构中开间连系梁的第一种节点图。
23.图8为图7中1
‑
1截面图。
24.图9为本实用新型中开间方向框架结构中开间连系梁的第二种节点图。
25.图10为图9中2
‑
2截面图。
具体实施方式
26.在这里将公开本实用新型的详细的具体实施方案。然而应当理解，所公开的实施方案仅仅是本实用新型的典型例子，并且本实用新型可以通过多种备选形式来实施。因此，这里所公开的具体结构和功能细节不是限制性的，仅是以权利要求为原则，作为向本领域技术人员说明不同实施方式的代表性原则。
27.为利于对本实用新型的了解，以下结合附图及实施例进行说明：
28.请参阅图1和图3，对于结构体系而言，所需抵抗的荷载分为竖向荷载(如自重、使用活荷载等)和侧向荷载(如地震力、风荷载等)。竖向荷载一般是先由楼板传递至梁上，梁传递至柱上，柱子传递至基础。对于侧向荷载而言，低多层结构一般通过框架整体效应传递
至基础。本实用新型针对用于低层规则建筑(如宿舍、教学楼和办公楼等)的结构体系的抗侧力方式，提出了创新的做法。为了便于表达，从平面上看，我们规定房屋纵向(开间方向)为x方向，横向(进深方向)为y向。即y向对应的是进深方向框架结构，x方向对应的是开间方向框架结构。
29.如图1所示，在本实施例中，进深方向框架结构和开间方向框架结构相互围合形成一个房屋的外墙结构框架，进深方向框架结构和开间方向框架结构相连接。如图所示，外墙结构框架为一个矩形框架。本实用新型中需要装配式安装的墙体包括外墙和内墙，外墙包括安装在开间方向框架结构上，内墙安装在进深方向框架结构。
30.在钢结构框架上，房屋的外墙结构框架的大小决定了房屋的面积，在面积较大的时候，可以设置多道进深方向框架结构和多道开间方向框架结构，在房屋的外墙结构框架内部设置多个中间柱3，多道进深方向框架结构和多道开间方向框架结构相互形成网格状，中间柱3则作为网格的交叉点。具体的，除去四个边角的结构柱之外，多道进深方向框架结构和多道开间方向框架结构可拆卸地安装在中间柱3上。优先的，中间柱3与进深方向框架结构和多道开间方向框架结构的安装方式为螺栓装配式连接；中间柱3被设置为摇摆柱(此为现有技术，不做多余赘述)。
31.进一步的，中间柱3和开间结构边柱23起到抗竖向力的作用，而中间柱3的抗侧力作用不大，因此可以设置为摇摆柱，更加方便节点设计。进深方向抗侧力通过设置摇摆柱(中间柱)的钢框架实现。每一榀钢框架均为抗侧力结构，共同抵抗结构进深方向的侧向力。进深方向亦可设置柱间支撑，以提高结构的刚度。进深方向框架结构梁与开间方向框架结构(即边榀立柱)的连接节点设置在避开地震塑性铰的区域，并采用端板式螺栓的方式拼接。进一步的，整体框架由梁柱和种类较少的标准构件装配式形成了整个结构体系，标准化程度高。
32.请结合图1和图2，进深方向框架结构包括进深连系梁11和进深安装段12。进一步的，在本实施例中，进深连系梁11的两端通过进深安装段 12安装在开间方向框架结构上。优选的进深安装段12为工厂预留牛腿段，进深连系梁11为一般通用钢梁，其截面小于工厂预留牛腿段。这样做的好处是，现场连接节点设置在进深连系梁11弯矩较小处，因此可以方便实现螺栓连接。因为螺栓连接较难达到等强，所以只能设置在弯矩较小处 (此处由于不是地震的时候发生塑性铰耗能的地方，因此不要求等强)。
33.结合进深安装段12而言，中间柱3的顶端设于所述进深连系梁11的底面，进一步的，中间柱3为摇摆柱，其顶端与进深连系梁11的连接方式为铰接。除了摇摆柱之外，中间柱3还可以采用矩形立柱，矩形立柱伸出一段牛腿，可以与梁采用端板连接的方式通过螺栓进行连接，设置伸出牛腿的好处是降低连接点的弯矩，便于采用螺栓连接(这里因是常规连接方式没有给与具体图示)。
34.请结合上述内容与图1～图4，所述开间方向框架结构间隔设置有多个开间结构边柱23，开间方向框架结构和纵深方向框架结构相互形成矩形网格状，在矩形网格的边角处的开间方向框架结构上设有抗侧力框架，该抗侧力框架是设于相邻的所述开间结构边柱23之间。所述抗侧力框架包括抗侧力梁21和混凝土预制墙板5；所述抗侧力梁21与开间结构边柱23 形成一个抗侧力框架，对于混凝土预制墙板5的安装，有两种方式，如下表述：
35.一、请参阅图3、图4和图6，混凝土预制墙板5与抗侧力梁21连接，在混凝土预制墙
板5的顶部和底部间隔设置预埋螺纹件51，在抗侧力梁上开设位置对应该预埋螺纹件51的第一安装孔63，第一安装孔63与预埋螺纹件51位置对应之后，通过第一螺纹件过孔连接来实现混凝土预制墙板5 的安装。优选的，预埋螺纹件51为预埋螺纹套筒，可与混凝土预制墙板5 内部的预埋筋焊接固定来加强稳定性，第一螺纹件为螺栓，螺栓穿过第一安装孔拧进预埋螺纹套筒内进行安装。
36.二、请参阅图1、图2和图5，混凝土预制墙板5与开间结构边柱23 连接，在混凝土预制墙板5的侧部间隔设置预埋螺纹件51，在开间结构边柱23上开设位置对应该预埋螺纹件51的第二安装孔61，第二安装孔61 与预埋螺纹件52位置对应之后，通过第二螺纹件过孔连接来实现混凝土预制墙板5的安装。优选的，预埋螺纹件为预埋螺纹套筒，可与混凝土预制墙板内部的预埋筋焊接固定来加强稳定性，第二螺纹件为螺栓，螺栓穿过第二安装孔61拧进预埋螺纹套筒内进行安装。
37.当开间方向框架结构为多层时(本实施例为4层)，多层的抗侧力框架形成一个抗侧力框架。在上述的外墙结构框架中的四个边角的结构柱即为开间方向框架结构两端的开间结构边柱23，即抗侧力框架是设于相邻的开间结构边柱23之间。每个抗侧力框架内安装有混凝土预制墙板5。
38.进一步的，在上述的外墙结构框架中，所述抗侧力框架的数量至少为二，因为外墙框架有两道开间方向框架结构；而在同一道开间方向框架结构中优选为两个抗侧力框架，分别设于开间方向框架结构的两个边榀处，请参阅图1和图3。
39.进一步的，抗侧力梁21为h型钢，通过安装件22安装在开间结构边柱23上，安装件22为附加t型钢，其中一个所述附加t型钢的一端连接于结构柱，即开间结构边柱(h型钢)，另一端连接于抗侧力梁21；另一个所述附加t型钢的一端连接于开间结构边柱23，另一端连接于抗侧力梁21。立柱的尺寸不够大，无法与比较大的钢梁形成比较强有力的抗侧力框架。因为立柱在x方向(开间方向)的宽度较小，所以需要增加t型钢，直接将立柱做大又会影响室内空间，而且标准立柱 t型钢形成了一个l型截面，在两个方向都具备足够的抗侧刚度。h型钢结构强度较大，能够起到抗侧力的作用，也是作为抗侧力框架的核心部件。另一可优选的，安装件22也可为矩形管。
40.进一步的，所述开间方向框架结构的除抗侧力框架外的开间结构边柱 23之间通过开间连系梁24连接。优选的，开间连系梁24的截面小于悬挑梁21，其不是抗侧的主要承担构件，所以采用一般的通用钢梁或者h型钢即可，并且相对于同类型的结构梁，其可以省去大量的用钢量。优选的，开间连系梁24是通过t型钢25安装在开间结构边柱23上。
41.请参阅图7、图8、图9和图10，在实施例中，除抗侧力框架之外，其余的榀的钢梁不但可以做到截面很小，而且可以做到两端铰接，连接十分方便。
42.再进一步的，所述开间连系梁24与所述开间结构边柱23之间的连接方式为铰接，由于连系梁承受的荷载很小，跨度也不大，也无需与柱形成框架承受侧向力，故力学上可以设置成铰接。设置成铰接的优点是，其与立柱的连接节点可方便地通过较少数量的螺栓进行连接，避免刚接节点现场焊接的麻烦。
43.本实施例中，开间连系梁24提供了两种节点方式，都是通过t型钢25连接在开间结构边柱23上，请参阅图7和图8，一种是开间连系梁24 与t型钢25端面均设有钢板，对齐后螺栓过孔连接，另一种请参阅图9 和图10，钢板的面积大于开间连系梁24和t型钢25的截面，
其安装方式更加稳定。
44.作为本实施例一较佳实施方式，所述开间方向框架结构和所述进深方向框架结构为多道，多道所述开间方向框架结构和所述进深方向框架结构形成网格状框架；所述网格状框架的中间节点处被设置有中间柱3。所述网格状框架的网格处铺设楼板，此为公知常识，不做解释。
45.进一步的，在水平方向上，进深方向框架结构随着房屋的外墙结构体系的面积而可适应性地被设置为多道，在本实施例中是被设置为7道；而在随着房屋的外墙结构体系的楼层设计层数，进深方向框架结构又被适应性地设计为多层，在具体施工时可根据实际施工而决定。同理开间方向框架结构也是如此。进深方向框架结构为多层时，多层的进深连系梁11 和进深安装段12配合结构柱和中间柱3形成进深方向框架。进深方向的结构则采用框架体系或者框架支撑体系均可。
46.在实际过程中，网格状框架一般在进深方向为四行或者三行立柱，不会再多。但在本实用新型中应当不以此为限，本实施例中只是例举了较佳的实施方式。
47.综上而言，本实施例中多次提到螺栓连接，而没有具体描述螺栓的连接方式，是因为螺栓连接是两个构件之间过孔连接的通用方式，在本身领域的技术人员可知技术范围内，其实毫无疑义和理解障碍的，因为，本实施例未在螺栓连接这一技术特征上再做多余的赘述和附图描述。
48.需要表明的是，本实施例中抗侧力框架设于整体框架的边角处，因为一般来说这个大抗侧力框架会有一点点影响室内空间，所以一般设置在楼梯间、卫生间等地方，而这些地方往往在边角处。但是不代表边角处设置为必要的。
49.本实用新型的有益效果是：
50.1、由于采用了全螺栓连接节点，所有构件之间均通过螺栓连接，施工速度快，且施工质量更加可控。
51.2、根据宿舍等建筑的平面并结合立面窗户布置特征，采用了创新的抗侧力方式，从而可以做到抗侧力与抗竖向力分离，减小了除抗侧力榀之外的结构构件尺寸，大幅降低了用钢量，节省了结构造价。
52.3、采用了清晰地抗侧力模式，结构抗震性能好。
53.4、将开洞的墙板创新的作为抗侧力结构，巧妙地解决了有窗户处不能布置支撑的问题。而且可以做到抗侧力与抗竖向力分离，减小了除抗侧力榀之外的结构构件尺寸，大幅降低了用钢量，节省了结构造价。
54.以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。