冷彎薄壁型鋼結構房屋外墻結構體系的制作方法

本發(fā)明涉及一種預制裝配式多層房屋冷彎薄壁型鋼外墻結構體系，尤其適用于跨度較大的低層及多層分層裝配式冷彎薄壁型鋼結構房屋，屬于建筑工程技術領域。

背景技術：

冷彎薄壁型鋼房屋承重的組合墻體通常由冷彎薄壁型鋼墻架柱、內填保溫棉和外覆石膏板等構成，易于實現(xiàn)資源循環(huán)再利用；墻板具有良好的保溫隔熱性能，降低使用過程中的能量消耗，符合國家綠色環(huán)保要求；墻架柱主要部件在工廠加工好后運到現(xiàn)場進行裝配。墻片自重輕，人工搬運，施工時不需要大型吊裝設備，易于操作，抗震性能好。節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材、環(huán)保，有利于房屋建筑工業(yè)化，并具有施工周期短、綜合效益好等一系列優(yōu)點，很適合資源緊張環(huán)境污染嚴重的當下在房屋建筑工程中采用。目前這種房屋體系已成為美國、日本、澳大利亞等發(fā)達國家低層及多層房屋住宅建筑的主要形式。

業(yè)內人士對組合墻體在單向及往復荷載作用下抗剪性能進行了大量的試驗研究及有限元分析，得到了該墻體具有較好承載性能，破壞多以墻板及自攻螺釘失效為主，內部墻架柱無破壞；國內對2-3層的整體房屋進行了足尺模型的強震下振動臺試驗，表明該結構體系房屋具有優(yōu)秀的抗震性能，結構多以墻體面板開裂及自攻螺釘脫落為主，不會發(fā)生連續(xù)性倒塌。綜合考慮施工工藝、結構受力、部品間傳力、體系多桿件等特點，目前裝配方法是將各樓層墻架柱在工廠裝成墻段后運到現(xiàn)場拼裝，形成了《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術規(guī)范》（JGJ227-2011）推薦的樓層連接處做法，墻體所承受的水平地震作用簡化在墻體頂端時，會使墻體發(fā)生轉動和滑移，目前通過在每層墻段底部及墻底支座處設置抗拔錨栓方式來抵抗外加荷載作用，限于低層建筑很難滿足人們對建筑多功能的要求，也很難應對我國人多地少，住房用地緊張的客觀國情需要，急需將該類體系應用到多層房屋中。但將結構體系用于多層房屋時，隨房屋層數(shù)增多，底下各層墻體承受壓力將增大，各層由地震作用產生的剪力也將增大，因此形成的組合墻體在樓層連接處不連續(xù)做法始終是限制該體系向多高層發(fā)展的瓶頸因素，迫切需要采取加強措施，提高上下層墻段間協(xié)同工作能力。

中國專利ZL201210564012.8公開了一種多層房屋冷彎薄壁型鋼梁柱結構體系，包括鋼筋混凝土地梁（1），鋼筋混凝土地梁（1）中固定有向上直立的柱，每根柱上固定有與柱垂直的梁，每根梁相互平行，其特征在于：柱采用的是矩形鋼管柱（2）；梁采用的是折彎成“L”形的冷彎薄壁C型鋼梁（4）；有一根冷彎薄壁角鋼（5）固定在每根矩形鋼管柱（2）上方等高處，有另一根冷彎薄壁角鋼（5）固定在每根矩形鋼管柱（2）下方等高處，“L”形冷彎薄壁C型鋼梁（4）的折彎部分嵌在空腔中，部分或全部矩形鋼管柱（2）的空腔中充填有砂卵石（3）。該專利技術中，內墻架柱豎向連續(xù)，并采用雙角鋼進行樓層加強的做法，其傳力路徑直接可靠，能夠提高房屋的抗側能力，對于內墻此法使用。但是，當將其應用于外墻時，角鋼的存在使得外墻墻面板難以安裝，存在一定的技術缺陷，且存在大量需采用自攻螺釘連接樓層梁與墻體，墻架柱接口的拼接需現(xiàn)場處理，推廣應用受限。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是設計一種傳力路徑直接可靠，能明顯提高結構整體抗側能力和承受豎向荷載作用的能力的冷彎薄壁型鋼結構房屋外墻結構體系。

本發(fā)明的具體技術方案是：

一種冷彎薄壁型鋼結構房屋外墻結構體系，包括相互配合的梁和墻架柱，其特征在于：

墻架柱由背靠背緊貼并用自攻螺釘固定的兩根C型鋼構成，含下層柱和上層柱；

梁包括C型鋼樓層梁，連接相鄰兩個柱的開口向下的下層房屋U型鋼頂梁和開口向上的上層房屋U型鋼底梁；

且：備有由底板、背板和側板構成的抗拔件，底板上開有螺栓孔，背板上開有自攻螺釘孔；

備有C型鋼加勁件；

備有由抗拔錨栓、墊片、螺母構成的連接件；

備有桁架式加強部件：包括投影為矩形布置的四根直立的鋼套管，固定于鋼套管兩端并與鋼套管同軸的空心支座，相鄰空心支座之間焊接有水平橫向鋼筋或者水平縱向鋼筋，在水平橫向鋼筋與鋼套管構成的前后兩側壁的四個角的空心支座上，均沿對角線方向焊接有長度相等的斜向鋼筋，每根斜向鋼筋的遠端焊接在一個開孔鋼板上；

頂梁上開有與螺栓孔對應的孔，底梁上開有與螺栓孔對應的孔；

頂梁開口略大于下層柱寬度，相鄰兩個下層柱的頂部鑲嵌在頂梁向下的開口中并通過自攻螺釘固定；

下層柱內壁與頂梁之間還連接有抗拔件，其中抗拔件的背板與下層柱之間用自攻螺釘固定，抗拔件的底板緊貼頂梁且頂梁上的孔與螺栓孔重疊；

頂梁上面通過自攻螺釘固定樓層梁，樓層梁上面通過自攻螺釘固定底梁；

底梁開口略大于上層柱寬度，相鄰兩個上層柱的底部鑲嵌在底梁向上的開口中并通過自攻螺釘固定；

上層柱內壁與底梁之間還連接有抗拔件，其中抗拔件的背板與上層柱之間用自攻螺釘固定，抗拔件的底板緊貼底梁且底梁上的孔與螺栓孔重疊；

桁架式加強部件安裝在頂梁與底梁之間，并由抗拔錨栓穿過螺栓孔、頂梁、鋼套管、底梁后，通過墊片和螺母相互固定。

進一步的方案是：鋼套管上，相間焊接有加強箍。

更進一步的方案是：樓層梁內壁還背靠背緊貼有加勁件，并用自攻螺釘將加勁件固定在樓層梁上。

本發(fā)明中：

桁架為空間立體桁架，其水平橫向鋼筋直徑可為20mm，水平縱向鋼筋及斜向鋼筋直徑可為16mm，所有鋼筋均通過焊接方式焊接在鋼套管端部的空心支座上，水平橫向鋼筋選用較大直徑，是為提高層間加強部件抗扭能力。

開孔鋼板強度最好為Q235B型結構鋼，壁厚10mm，鋼板上開有豎向橢圓形孔，橢圓長軸長度40mm，短軸長度10mm，孔間凈距離20mm,鋼筋與鋼板采用角焊縫連接，此構造能明顯提高樓層連接處耗能能力，且縮短鋼筋計算長度，抑制鋼筋發(fā)生面外失穩(wěn)。

鋼套管可采用壁厚3mm的無縫鋼管制成，直徑20mm，便于抗拔錨栓穿過；且在鋼套管上間隔50mm外圍焊接加強箍，加強箍高度30mm,壁厚5mm,進行局部加強，避免鋼套管發(fā)生局部失穩(wěn)；鋼套管端部焊接空心支座，避免受荷載作用時沿端部拉裂或局部發(fā)生擠壓破壞；且鋼套管對抗拔錨栓受壓屈曲后具有約束變形的作用，形成約束屈曲支撐作用的效果，可抑制抗拔錨栓受壓作用時屈曲失效。

為提高抗拔錨栓的傳力能力，避免抗拔件上的自攻螺釘傳遞豎向荷載時被剪斷，且提高抗平面外失穩(wěn)的能力?？拱五^栓數(shù)量由設計規(guī)范推薦的每個截面設置單根增加到每個截面設置兩根，相應的抗拔鍵底板上配合開兩個螺栓孔，且抗拔件采用三排自攻螺釘連接到墻架柱上。

層間桁架加強部件可隔跨布置。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

依托樓層連接處頂?shù)琢洪g安放空間桁架加強部件，能夠部分承擔水平及豎向荷載作用，提高樓層連接處的薄弱部位的抗力能力；抗拔錨栓數(shù)量由設計規(guī)范《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術規(guī)范》（JGJ227-2011）推薦的每個截面設置單根增加到每個截面設置兩根，提高抗拔錨栓的傳力能力，避免抗拔件上自攻螺釘傳遞豎向荷載時被剪斷，且提高抗平面外失穩(wěn)的能力；層間加強部件采用工廠化生產，與樓層連接處的抗拔錨栓配合使用，現(xiàn)場安裝速度快，可將該體系應用到冷彎薄壁型鋼結構房屋中，形成分層裝配的易于實施建筑工業(yè)化的多層結構體系；且不改變《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術規(guī)范》推薦的樓層連接處做法，規(guī)范規(guī)定的相關設計方法依然具有一定適用性，適合建筑工業(yè)化，單層墻段墻架柱可在工廠加工好后運到現(xiàn)場進行組裝，施工速度快；加強部件采用空間桁架形式，造價低、自重輕、易于安裝，不會明顯增加房屋綜合造價和房屋重量，適用性強。

按照《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術規(guī)范》推薦樓層連接處做法，其荷載傳力模式為通過上層墻段底梁傳給樓層梁及加勁件。采用在樓層連接處進行層間構造加強后，傳力部件增為三部分，再傳給下層墻體頂梁，能明顯提高結構整體抗側能力和承受豎向荷載作用的能力。

層間桁架加強部件采用工廠化生產，與樓層連接處的抗拔錨栓配合使用，不額外增加連接件，現(xiàn)場安裝速度快，解決了該種結構體系應用到多層冷彎薄壁型鋼房屋中的關鍵問題；不會明顯增加房屋重量，也就不會增加地震作用，在靜載作用下連接處于彈性狀態(tài)，加強部件能提高結構的剛度，強震發(fā)生時加強部件進入彈塑性狀態(tài)后，開孔鋼板開始耗能，能夠保護鋼筋不發(fā)生過早的屈曲失效，因此抗震效果好；風載作用下，層間桁架加強部件可明顯提高結構阻尼，減小結構產生的加速度；建筑物拆除后層間桁架加強部件易于拆除，其仍可繼續(xù)使用，且安裝在墻體平面內，不影響建筑美觀。

附圖說明

圖1是層間桁架加強部件三維示意圖。

圖2是本發(fā)明中的冷彎薄壁型鋼房屋墻體裝配三維示意圖。

圖3是本發(fā)明中的鋼套管及其組件三維示意圖。

圖4是本發(fā)明中的抗拔件三維示意圖。

圖5是本發(fā)明中的抗拔錨栓及其組件三維示意圖。

圖中：1-斜向鋼筋，2-開孔鋼板，3-加強箍，4-鋼套管，5-空心支座，6-水平橫向鋼筋，7-水平縱向鋼筋，8-下層柱，9-樓層梁，10-自攻螺釘，11-頂梁，12-加勁件，13-抗拔件，14-抗拔錨栓，15-螺栓孔，16-墊片，17-底梁，18-上層柱，19-螺母。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明進行詳細描述。

如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5，一種冷彎薄壁型鋼結構房屋外墻結構體系，包括相互配合的梁和柱，其特征在于：

柱由背靠背緊貼并用自攻螺釘10固定的兩根C型鋼構成，含下層柱8和上層柱18；

梁包括C型鋼樓層梁9，連接相鄰兩個柱的開口向下的下層房屋U型鋼頂梁11和開口向上的上層房屋U型鋼底梁17；

且：備有由底板、背板和側板構成的抗拔件13，底板上開有螺栓孔15，背板上開有自攻螺釘孔；

備有C型鋼加勁件12；

備有由抗拔錨栓14、墊片16、螺母19構成的連接件；

備有桁架式加強部件：包括投影為矩形布置的四根直立的鋼套管4，固定于鋼套管4兩端并與鋼套管4同軸的空心支座5，相鄰空心支座5之間焊接有水平橫向鋼筋6或者水平縱向鋼筋7，在水平橫向鋼筋6與鋼套管4構成的前后兩側壁的四個角的空心支座5上，均沿對角線方向焊接有長度相等的斜向鋼筋1，每根斜向鋼筋1的遠端焊接在一個開孔鋼板2上；

頂梁11上開有與螺栓孔15對應的孔，底梁17上開有與螺栓孔15對應的孔；

頂梁11開口略大于下層柱8寬度，相鄰兩個下層柱8的頂部鑲嵌在頂梁11向下的開口中并通過自攻螺釘10固定；

下層柱8內壁與頂梁11之間還連接有抗拔件13，其中抗拔件13的背板與下層柱8之間用自攻螺釘10固定，抗拔件13的底板緊貼頂梁11且頂梁11上的孔與螺栓孔15重疊；

頂梁11上面通過自攻螺釘10固定樓層梁9，樓層梁9上面通過自攻螺釘10固定底梁17；

底梁17開口略大于上層柱18寬度，相鄰兩個上層柱18的底部鑲嵌在底梁17向上的開口中并通過自攻螺釘10固定；

上層柱18內壁與底梁17之間還連接有抗拔件13，其中抗拔件13的背板與上層柱18之間用自攻螺釘10固定，抗拔件13的底板緊貼底梁17且底梁17上的孔與螺栓孔15重疊；

桁架式加強部件安裝在頂梁11與底梁17之間，并由抗拔錨栓14穿過螺栓孔15、頂梁11、鋼套管4、底梁17后，通過墊片16和螺母19相互固定。

其中：鋼套管4上，相間焊接有加強箍3。樓層梁9內壁還背靠背緊貼有加勁件12，并用自攻螺釘10將加勁件12固定在樓層梁9上。

斜向鋼筋1與開孔鋼板2最好通過角焊縫焊接。

將層間桁架加強部件安裝到墻體端部的首跨，之后隔跨布置；安裝順序為：底層墻段龍骨與基礎固定好后，將樓層梁9通過自攻螺釘10固定到底層U型頂梁11上，再將樓層加勁件12用自攻螺釘10連接到樓層梁9上，將抗拔錨栓14穿過底層抗拔件13的螺栓孔15后，再穿過放置在底層U型頂梁11上表面的墊片16，抗拔錨栓14穿過鋼套管4后，穿過頂層U型底梁17后再放置墊片16，擰緊上下螺母19，完成層間加強部件的安裝。

最后，采用自攻螺釘10將墻面板安裝在墻架上，也就完成了外墻樓層墻段的安裝。