一种工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系

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一种工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系，属于结构工程技术领域。\n背景技术\n[0002] 我国每年城乡新建房屋面积20亿平方米，其中80％以上为高能耗建筑，我国单位建筑面积能耗是发达国家的2倍以上。据中国钢协统计，2011年我国钢产量突破7亿吨大关，连续16年稳居世界各国钢产量首位，发达国家钢结构建筑面积占总建筑面积50％以上，日本占到80％，而我国不到4％。中国作为世界上建筑规模、钢材产量最大的国家，房屋(包括住宅)钢结构的发展严重滞后。\n[0003] 目前，国内外对高层钢结构住宅的系统研究正处于起步阶段，工业化装配式高层钢结构体系创新势在必行。传统的钢结构住宅建筑施工时采用了大量的焊接，施工速度慢，对环境的污染严重，最重要的是焊缝的质量不宜控制，严重影响建筑物的安全性能。\n发明内容\n[0004] 本发明提出了一种属于结构工程技术领域的工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系。其目的在于在钢结构体系的生产和施工中，将模块化，工厂化，标准化和装配化相结合，实现了工厂化生产，现场快速装配，在保证施工质量的前提下，提高了施工速度，减少了施工工期，降低了工程造价。该结构体系能够实现主体钢结构框架快速安装，并且能够抵抗地震和风荷载，体现了钢结构的优势。另外本发明中所述的装配式立柱在梁柱节点处贯通，一根立柱长度可贯通于4～5层楼高，立柱通过螺栓现场拼接于楼层中间柱受力小的反弯点处，从而形成多层桁架板钢框架结构，进一步保证梁柱节点刚度，并且有利于施工速度与质量。\n[0005] 所述工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系，该框架结构体系主要结构构件包括装配式桁架板和装配式立柱；\n[0006] 所述装配式桁架板包括配有角钢腹杆的格构式桁架梁和楼板，所述格构式桁架梁通过梁端封板及梁上盖板，与其他格构式桁架梁或者立柱连接，形成桁架板钢框架结构，再将楼板置于桁架板框架结构上并进行连接，形成装配式桁架板； 所述装配式桁架板在工厂预制，在施工现场将装配式桁架板通过其梁端封板及梁上盖板与装配式立柱的梁柱节点相互拼接；所述的装配式立柱在梁柱节点处贯通，一根立柱长度可贯通于4～5层楼高，立柱通过螺栓现场拼接于楼层中间柱受力小的反弯点处，从而形成多层桁架板钢框架结构；所述的装配式桁架板和装配式立柱各构件均在工厂预制，施工现场通过螺栓进行装配。\n[0007] 所述工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系，其特征在于，其装配式桁架板包括两种规格，分别为A板与B板；\n[0008] 所述A板包括双角钢桁架长主梁13、双角钢桁架主梁14、单角钢桁架长主梁15、单角钢桁架主梁16、梁端盖板I17、梁端盖板II18、梁端盖板III21、梁端盖板IV22和楼板19；双角钢桁架主梁14和双角钢桁架长主梁13相互垂直且通过梁上盖板I17进行连接，梁上盖板I17焊接于双角钢桁架主梁14和双角钢桁架长主梁13的梁端上弦顶部；双角钢桁架主梁14的另一端连接有与双角钢桁架长主梁13水平的单角钢桁架长主梁15，且双角钢桁架主梁14与单角钢桁架长主梁15通过梁端盖板II18相连，梁上盖板II18焊接于双角钢桁架主梁14和单角钢桁架长主梁15的梁端上弦顶部；单角钢桁架长主梁15的另一端与单角钢桁架主梁16连接，双角钢桁架长主梁13和单角钢桁架长主梁15水平相对，单角钢桁架主梁16与双角钢桁架主梁14水平相对，单角钢桁架主梁16与单角钢桁架长主梁15的梁端上弦杆均与梁端盖板IV22焊接相连；单角钢桁架主梁16的另一端与双角钢桁架长主梁13通过梁端盖板III21连接，梁上盖板III21焊接于单角钢桁架主梁16和双角钢桁架长主梁13的梁端上弦顶部；各桁架梁端部的上下弦杆均与一梁端封板焊接相连；梁端盖板I17、梁端盖板II18、梁端盖板III21和梁端盖板IV22伸出梁的部分均有螺栓孔；相互垂直的两桁架梁之间均在下弦第一节点处焊接有一隅撑20将相互垂直的两桁架梁相连；所述双角钢桁架长主梁13、双角钢桁架主梁14、单角钢桁架长主梁15、单角钢桁架主梁16构成一长方形框架A1；同上拼接方式，双角钢桁架长主梁13、单角钢桁架长主梁15与两个单桁架主梁16构成一个长方形框架A2；\n各框架以A1A2A1即两边为A1，中间为若干A2的方式连接构成一个拼接的底部框架；各框架拼接通过单角钢桁架主梁16对齐并用螺栓进行连接，并且各双角钢桁架长主梁13位于一条直线上，各单角钢桁架长主梁15位于一条直线上；桁架板钢框架结构通过桁 架梁上弦杆上部锚固件与楼板19相连，从而形成桁架楼板A；所述A板的所有构件均在工厂中预制和组装；\n[0009] 所述B板包括双角钢桁架主梁14、单角钢桁架长主梁15、单角钢桁架主梁16、梁端盖板II18、梁端盖板IV22和楼板19；双角钢桁架主梁14的两端分别和两个单角钢桁架长主梁15相互垂直相连，且连接方式均为用梁上盖板II18进行连接，梁上盖板II18焊接于双角钢桁架主梁14和单角钢桁架长主梁15的梁端上弦顶部；两个单角钢桁架长主梁15的另一端与单角钢桁架主梁16的两端分别连接，且连接方式均为用梁上盖板IV22进行连接，梁上盖板IV22焊接于单角钢桁架主梁16和单角钢桁架长主梁15的梁端上弦顶部；从而两单角钢桁架长主梁15水平相对，单角钢桁架主梁16与双角钢桁架主梁14水平相对；各桁架梁端部的上下弦杆均与一梁端封板焊接相连；梁端盖板I17、梁端盖板II18、梁端盖板III21和梁端盖板IV22伸出梁的部分均有螺栓孔；相互垂直的两桁架梁之间均在下弦第一节点处焊接有一隅撑20将相互垂直的两桁架梁相连；所述两根单角钢桁架长主梁15、双角钢桁架主梁14、单角钢桁架主梁16构成一长方形框架B1；同上拼接方式，两个单角钢桁架长主梁15与两个单桁架主梁16构成一个长方形框架B2；各框架以B1B2B1即两边B1，中间为若干B2的方式连接构成一个拼接的底部框架；各框架拼接通过单角钢桁架主梁16对齐并用螺栓进行连接，并且与单角钢桁架主梁16连接的每侧的单角钢桁架长主梁15均位于一条直线上；桁架板钢框架结构通过桁架梁上弦杆上部锚固件与楼板19相连，从而构成桁架楼板B；所述B板的所有构件均在工厂中预制和组装；\n[0010] 本发明所述的工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系中，其装配式立柱12由箱型柱7、连接板I 8I、节点封板9、节点托板10、肋板11组成；其梁柱节点有三种形式，分别为二向节点、三向节点和四向节点；据其梁柱节点的不同可分为3种形式的立柱，分别为双向立柱12I，三向立柱12II和四向立柱12III；将连接板I 8I、节点托板10分别水平的焊接在箱型柱7的一侧，然后在连接板I(8I)与节点托板10之间将两道肋板11平行焊接于箱型柱7上；连接板I 8I、节点托板10和两块肋板11的另一端均与一块节点封板9相焊接，箱型柱7相邻一侧同样做法从而形成二向节点立柱即双向立柱12I；箱型柱7另外两侧同样做法从而形成三向节点立柱即三向立柱12II；箱型柱7另外三侧同样做法从而形 成四向节点立柱即四向立柱12III；其中连接板I(8I)、封板9、节点托板10均开有螺栓孔，与梁端封板及梁上盖板用螺栓拼接；所述三种装配式立柱均在工厂制作完成；\n[0011] 本发明所述的工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系中，其装配式立柱12与桁架楼板A及桁架楼板B通过螺栓进行现场拼接，其特征在于，双角钢桁架长主梁13、双角钢桁架主梁14、单角钢桁架长主梁15及单角钢桁架主梁16的下弦杆端部开有螺栓孔，与装配式立柱12的节点托板10在相对应的螺栓孔处用螺栓连接；双角钢桁架长主梁13、双角钢桁架主梁14、单角钢桁架长主梁15及单角钢桁架主梁16的各梁端盖板I17或梁端盖板II18或梁端盖板III21或梁端盖板IV22与装配式立柱12的连接板I 8I通过相应螺栓孔用螺栓进行连接；同时，双角钢桁架长主梁13、双角钢桁架主梁14、单角钢桁架长主梁15及单角钢桁架主梁16的各梁端封板与装配式立柱12的节点封板9通过相应螺栓孔采用螺栓进行连接；从而完成A板或B板与装配式立柱12的连接；\n[0012] 桁架楼板A与桁架楼板B相交处连接特征在于，A板的单角钢桁架主梁15与相应B板的单角钢桁架主梁15的拼接位置至少为A板的单角钢桁架主梁15和B板的单角钢桁架主梁\n15的端部、中部及四分之一处，所有的拼接均采用螺栓进行现场拼接；\n[0013] 在工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系中，装配式立柱12的拼接由箱型柱7内侧四面分别焊接连接板II 8II，连接板II 8II下半部分与箱型柱焊接，上半部分开有带螺纹的螺栓孔，与另一箱型柱下侧的螺栓孔相对，用螺栓将立柱拼接。\n[0014] 所述工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系中，所涉及的梁主要是由上下弦杆和腹杆拼接组成的桁架梁，其中上下弦杆和腹杆都采用角钢，腹杆与弦杆成30度-60度的角度；且分为单梁和双梁，单梁每隔一段固定距离设置连接孔，便于在板与板的拼接时用螺栓将两片单梁拼接成为双梁，对于双梁，角钢的连接使用螺栓连接或者使用焊接，均在工厂加工完成；\n[0015] 所述工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系中，所涉及的梁主要由上下弦杆、腹杆和节点板拼接而成的桁架梁，其中上下弦杆使用角钢，或者使用槽型钢，或者使用方钢管，腹杆使用角钢，腹杆与弦杆成30度-60度的角度；且分为单梁和双梁，单梁每隔一段固定距离设置连接孔，便于在板与板的拼接时用螺栓将 两片单梁拼接成为双梁，对于双梁，腹杆、上下弦杆和节点板的连接使用螺栓连接或者使用焊接，均在工厂加工完成。\n[0016] 所述楼板19使用压型钢板组合楼板，或者钢筋混凝土楼板，或者OSB刨花板。\n[0017] 本发明有益效果是，在上述工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系中，所采用的梁都是桁架梁，由于梁的腹部空隙较大，便于管线穿过，有效的增加了房间的净高。且所述装配式钢结构框架体系，完全采用螺栓进行现场装配，取消了传统的现场焊接方式和混凝土浇筑方式，有效的保证了施工质量，完全避免了混凝土浇筑和钢材焊接造成的环境污染，实现现场施工的“无水、无火、无尘”的三无标准，减少了火灾等危害事故的发生。本发明在构件拆除时，可以高效的回收利用，减少了建筑垃圾，真正的实现了绿色环保的理念，是一种绿色的，可持续发展的钢结构体系。\n附图说明\n[0018] 图1是本发明的装配式桁架板拼接平面布置图\n[0019] 图2是本发明的装配式桁架板不带节点板角钢桁架梁示意图\n[0020] 图3是本发明的装配式桁架板带节点板角钢桁架梁示意图\n[0021] 图4是本发明的装配式桁架板带节点板槽钢桁架梁示意图\n[0022] 图5是本发明的装配式桁架板带节点板方钢管桁架梁示意图\n[0023] 图6是本发明的装配式桁架板双向梁柱节点示意图\n[0024] 图7是本发明的装配式桁架板三向梁柱节点示意图\n[0025] 图8是本发明的装配式桁架板四向梁柱节点示意图\n[0026] 图9是本发明的装配式立柱拼接示意图\n[0027] 图10是本发明的装配式桁架板A单元分解图\n[0028] 图11是本发明的装配式桁架板A单元拼装完成图\n[0029] 图12是本发明的装配式桁架板B单元分解图\n[0030] 图13是本发明的装配式桁架板B单元拼装完成图\n[0031] 图14是本发明的装配式桁架板A、B与立柱拼装分解图\n[0032] 图15是本发明的装配式桁架板A、B与立柱拼装完成图\n[0033] 图16是本发明附图中装配式桁架板节点1分解图\n[0034] 图17是本发明附图中装配式桁架板节点2分解图\n[0035] 图18是本发明附图中装配式桁架板节点3分解图\n[0036] 图19是本发明附图中装配式桁架板节点4分解图\n[0037] 图20是本发明附图中装配式桁架板装配节点5分解图\n[0038] 图21是本发明附图中装配式桁架板装配节点6分解图\n[0039] 图22是本发明附图中装配式桁架板装配节点7分解图\n[0040] 图23是本发明附图中装配式桁架板装配节点8分解图\n[0041] 图24是本发明工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系部分层示意图。\n[0042] 图中 1.上下弦杆I，2.腹杆I，3.节点板，4.腹杆II,5.上下弦杆II,6.上下弦杆III，7.箱型柱，8I.连接板I，8II.连接板II，9.节点封板，10.节点托板，11.肋板，12.装配式立柱，13.双角钢桁架长主梁，14.双角钢桁架主梁，15.单角钢桁架长主梁，16.单角钢桁架次梁，17.梁端盖板I，18.梁端盖板II，19.楼板，20.隅撑，21.梁端盖板III，22.梁端盖板IV。\n具体实施方式\n[0043] 下面结合附图对本发明进行详细说明：\n[0044] 如附图1所示，本发明的装配式桁架板以ABB···BBA(两边为A板，中间为若干B板)的方式与装配式立柱进行拼接。\n[0045] 如附图2所示，本发明所述的工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系中，所涉及的梁由角钢拼接组成的桁架梁，包括上下弦杆I1、腹杆I2，其中上下弦杆I1和腹杆I2都采用角钢，且分为单角钢梁和双角钢梁，单角钢梁每隔一段固定距离设置连接孔，便于在板与板的拼接时用螺栓将两片单角钢梁拼接成为双角钢梁，对于双角钢梁，角钢的连接使用螺栓连接或者使用焊接，均在工厂加工完成；\n[0046] 如附图3所示，或者使用是由角钢和节点板拼接组成的桁架梁，包括上下弦杆I1、腹杆II4和节点板3，其中上下弦杆I1和腹杆II4都采用角钢，且分为单角钢梁和双角钢梁，单角钢梁每隔一段固定距离设置连接孔，便于在板与板的拼接时用螺栓将两片单角钢梁拼接成为双角钢梁，对于双角钢梁，角钢和节点板的连接使用螺栓连接或者使用焊接，均在工厂加工完成；\n[0047] 如附图4所示，或者使用由角钢、槽钢和节点板拼接组成的桁架梁，包括上下弦杆II5、腹杆II4和节点板3，其中上下弦杆II5采用槽钢，腹杆II4采用角钢，且分为单槽钢梁和双槽钢梁，单槽钢梁每隔一段固定距离设置连接孔，便于在板与板的拼接时用螺栓将两片单槽钢梁拼接成为双槽钢梁，对于双槽钢梁，角钢、槽钢和节点板的连接使用螺栓连接，或者使用焊接，均在工厂加工完成；\n[0048] 如附图5所示，或者使用由角钢、方钢管和节点板拼接组成的桁架梁，包括上下弦杆III6、腹杆II4和节点板3，其中上下弦杆III6采用方钢管，腹杆II4采用角钢，且分为单方钢管梁和双方钢管梁，单方钢管梁每隔一段固定距离设置连接孔，便于在板与板的拼接时用螺栓将两片单方钢管梁拼接成为双方钢管梁，对于双方钢管梁，角钢、方钢管和节点板的连接使用螺栓连接，或者使用焊接，均在工厂加工完成；\n[0049] 对于以上四种梁截面形式，单梁通过螺栓拼接成双梁的拼接方式具有良好的刚度和稳定性。由于桁架梁的腹部空隙较大，便于管线穿过，有效的增加了房间的净高。\n[0050] 本发明所述的工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系中，如附图6、7、8所示，其装配式立柱12由箱型柱7、连接板I 8I、节点封板9、节点托板10、肋板11组成；其梁柱节点有三种形式，分别为二向节点、三向节点和四向节点；据其梁柱节点的不同可分为3种形式的立柱，分别为双向立柱12I，三向立柱12II和四向立柱12III；将连接板I 8I、节点托板10分别水平的焊接在箱型柱7的一侧，然后在连接板I 8I与节点托板10之间将两道肋板11平行焊接于箱型柱7上；连接板I 8I、节点托板10和两块肋板11的另一端均与一块节点封板9相焊接，箱型柱7相邻一侧同样做法从而形成二向节点立柱即双向立柱12I；箱型柱7另外两侧同样做法从而形成三向节点立柱即三向立柱12II；箱型柱7另外三侧同样做法从而形成四向节点立柱即四向立柱12III；其中连接板I 8I、封板9、节点托板10均开有螺栓孔，与梁端封板及梁上盖板用螺栓拼接；所述三种装配式立柱均在工厂制作完成。\n[0051] 在工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系中，如附图9所示，所述装配式立柱12的拼接由箱型柱7内侧四面分别焊接连接板II 8II，连接板II 8II下半部分与箱型柱焊接，上半部分开有带螺纹的螺栓孔，与另一箱型柱下侧的螺栓孔相对， 用螺栓将立柱拼接。\n[0052] 在工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系中，如附图10、11所示，所述A板包括双角钢桁架长主梁13、双角钢桁架主梁14、单角钢桁架长主梁15、单角钢桁架主梁16、梁端盖板I17、梁端盖板II18、梁端盖板III21、梁端盖板IV22和楼板19；双角钢桁架主梁14和双角钢桁架长主梁13相互垂直且通过梁上盖板I17进行连接，梁上盖板I17焊接于双角钢桁架主梁14和双角钢桁架长主梁13的梁端上弦顶部；双角钢桁架主梁14的另一端连接有与双角钢桁架长主梁13水平的单角钢桁架长主梁15，且双角钢桁架主梁14与单角钢桁架长主梁15通过梁端盖板II18相连，梁上盖板II18焊接于双角钢桁架主梁14和单角钢桁架长主梁15的梁端上弦顶部；单角钢桁架长主梁15的另一端与单角钢桁架主梁16连接，双角钢桁架长主梁\n13和单角钢桁架长主梁15水平相对，单角钢桁架主梁16与双角钢桁架主梁14水平相对，单角钢桁架主梁16与单角钢桁架长主梁15的梁端上弦杆均与梁端盖板IV22焊接相连；单角钢桁架主梁16的另一端与双角钢桁架长主梁13通过梁端盖板III21连接，梁上盖板III21焊接于单角钢桁架主梁16和双角钢桁架长主梁13的梁端上弦顶部；各桁架梁端部的上下弦杆均与一梁端封板焊接相连；梁端盖板I17、梁端盖板II18、梁端盖板III21和梁端盖板IV22伸出梁的部分均有螺栓孔；所述相互垂直的两桁架梁之间均在下弦第一节点处焊接有一隅撑20将相互垂直的两桁架梁相连；所述双角钢桁架长主梁13、双角钢桁架主梁14、单角钢桁架长主梁15、单角钢桁架主梁16构成一长方形框架A1；同上拼接方式，双角钢桁架长主梁13、单角钢桁架长主梁15与两个单桁架主梁16构成一个长方形框架A2；各框架以A1A2A1即两边为A1，中间为若干A2的方式连接构成一个拼接的底部框架；各框架拼接通过单角钢桁架主梁16对齐并用螺栓进行连接，并且各双角钢桁架长主梁13位于一条直线上，各单角钢桁架长主梁15位于一条直线上；桁架板钢框架结构通过桁架梁上弦杆上部锚固件与楼板19相连，从而形成桁架楼板A；所述A板的所有构件均在工厂中预制和组装。\n[0053] 在工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系中，如附图12、13所示，所述B板包括双角钢桁架主梁14、单角钢桁架长主梁15、单角钢桁架主梁16、梁端盖板II18、梁端盖板IV22和楼板19；双角钢桁架主梁14的两端分别和两个单角 钢桁架长主梁15相互垂直相连，且连接方式均为用梁上盖板II18进行连接，梁上盖板II18焊接于双角钢桁架主梁14和单角钢桁架长主梁15的梁端上弦顶部；两个单角钢桁架长主梁15的另一端与单角钢桁架主梁16的两端分别连接，且连接方式均为用梁上盖板IV22进行连接，梁上盖板IV22焊接于单角钢桁架主梁16和单角钢桁架长主梁15的梁端上弦顶部；从而两单角钢桁架长主梁15水平相对，单角钢桁架主梁16与双角钢桁架主梁14水平相对；各桁架梁端部的上下弦杆均与一梁端封板焊接相连；梁端盖板I17、梁端盖板II18、梁端盖板III21和梁端盖板IV22伸出梁的部分均有螺栓孔；所述相互垂直的两桁架梁之间均在下弦第一节点处焊接有一隅撑20将相互垂直的两桁架梁相连；所述两根单角钢桁架长主梁15、双角钢桁架主梁14、单角钢桁架主梁16构成一长方形框架B1；同上拼接方式，两个单角钢桁架长主梁15与两个单桁架主梁16构成一个长方形框架B2；各框架以B1B2B1即两边B1，中间为若干B2的方式连接构成一个拼接的底部框架；各框架拼接通过单角钢桁架主梁16对齐并用螺栓进行连接，并且与单角钢桁架主梁16连接的每侧的单角钢桁架长主梁15均位于一条直线上；桁架板钢框架结构通过桁架梁上弦杆上部锚固件与楼板19相连，从而构成桁架楼板B；所述B板的所有构件均在工厂中预制和组装。\n[0054] 本发明所述的工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系中，如附图14、15所示，其装配式立柱12与桁架楼板A及桁架楼板B通过螺栓进行现场拼接，其特征在于，双角钢桁架长主梁13、双角钢桁架主梁14、单角钢桁架长主梁15及单角钢桁架主梁16的下弦杆端部开有螺栓孔，与装配式立柱12的节点托板10在相对应的螺栓孔处用螺栓连接；双角钢桁架长主梁13、双角钢桁架主梁14、单角钢桁架长主梁15及单角钢桁架主梁16的各梁端盖板I17或梁端盖板II18或梁端盖板III21或梁端盖板IV22与装配式立柱12的连接板I 8I通过相应螺栓孔用螺栓进行连接；同时，双角钢桁架长主梁13、双角钢桁架主梁14、单角钢桁架长主梁15及单角钢桁架主梁16的各梁端封板与装配式立柱12的节点封板9通过相应螺栓孔采用螺栓进行连接；从而完成A板或B板与装配式立柱12的连接；\n[0055] 桁架楼板A与桁架楼板B相交处连接特征在于，A板的单角钢桁架主梁15与相应B板的单角钢桁架主梁15的拼接位置至少为A板的单角钢桁架主梁15 和B板的单角钢桁架主梁\n15的端部、中部及四分之一处，所有的拼接均采用螺栓进行现场拼接。\n[0056] 综上所述，A、B拼接所成的整体楼板在拼接处有节点5、节点6、节点7和节点8四种不同的节点形式。\n[0057] 在上述工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系中，如附图16、17、18、19所示，分别作出了装配式桁架板节点1、2、3、4的分解详图；如附图20、21、22、23所示，分别作出了装配式桁架板装配节点5、6、7、8的装配分解详图；附图24给出了工业化装配式柱贯通式钢结构框架体系部分层的示意图。