CN103924797A - 农村装配式钢结构住宅体系及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种农村装配式钢结构住宅体系及施工方法，包括平面拼装单元、立体拼装单元、楼梯拼装单元和单独构件拼装单元；平面拼装单元包括构成矩形框架的钢管混凝土柱以及H钢梁，四个所述平面拼装单元围成所述立体拼装单元，立体拼装单元中的至少一个所述平面拼装单元中还设置有人字支撑，顶层设置有轻型钢结构三角形屋架；其中，钢管混凝土柱下端的竖向连接柱接头焊接有套筒，套筒与H钢梁焊接，所述钢管混凝土柱与H钢梁相连接的节点处还设置有加强板；首层钢管混凝土柱底部还连接设置有钢筋混凝土基础柱，所述钢筋混凝土基础柱底部还设置有独立的钢筋混凝土基础。本发明拼装方便，用时较短，可广泛应用于农居住宅及灾后重建工程中。
Description
技术领域
本发明涉及一种农村装配式钢结构住宅体系及施工方法，尤其适用于灾后重建等时间要求紧迫的工程，属于抗震救灾技术领域。
背景技术
随着科技的高速发展，人们的需求和生活方式的不断改变，传统的住宅结构模式和居住理念受到挑战，对于住宅的要求，首先是保证使用安全，还有居住的宜居性、经济性和产业化的发展。在我国长期以来，传统的住宅结构模式是以砖混结构为主，该结构的主要材料是烧结粘土砖，它严重的破坏农田，大量消耗能源，抗震性能差，因而逐渐被全面禁止使用。现今城市住宅一般采用多、高层钢筋混凝土剪力墙结构形式，产业化水平不高，而广大农村更没有找到一种取代形式。因此，在保证安全使用的期限内，最大限度的保护生态环境，提高单元土地上的空间开发效率，满足经济、实用、美观、高效要求的产业化生产的住宅建筑更加适用于现今社会。随着农村住宅越来越注重安全性、宜居性、经济可靠、保护自然环境、施工速度等方面要求，可以预见，这种装配式、便于产业化生产的住宅体系具有很大的发展前景。
发明内容
基于上述问题，本发明提出了一种农村装配式钢结构住宅体系及施工方法，其采用方形钢管混凝土柱、带人字支撑的H钢梁复合结构体系，并根据其工厂预制、现场装配的特性提出了其施工方法。解决了农村传统住宅形式的建造破坏农田，消耗大量资源，抗震性能得不到保障，以及施工周期长的问题。
本发明的技术方案如下：
一种农村装配式钢结构住宅体系，包括平面拼装单元、立体拼装单元、楼梯拼装单元和单独构件拼装单元；所述平面拼装单元包括构成矩形框架的钢管混凝土柱以及H钢梁，四个所述平面拼装单元围成所述立体拼装单元，所述立体拼装单元中的至少一个所述平面拼装单元中还设置有人字支撑，所述立体拼装单元内还设置有墙面板、屋面板以及门窗；多个所述立体拼装单元平面上通过单独构件拼装单元相互连接成一层，且该层中楼梯拼装单元与所述立体拼装单元以及单独构件拼装单元相连接；各层所述立体拼装单元以及楼梯拼装单元上、下相互连接成一体，顶层所述立体拼装单元上设置有轻型钢结构三角形屋架；其中，所述钢管混凝土柱下端的竖向连接柱接头焊接有套筒，套筒与H钢梁焊接，所述钢管混凝土柱与H钢梁相连接的节点处还设置有加强板，所述人字支撑的一端设置在该加强板上，另一端设置在门窗上部的H钢梁上或设置在与上部H钢梁中部相连接的另一加强板上；首层钢管混凝土柱底部还连接设置有钢筋混凝土基础柱，所述钢筋混凝土基础柱底部还设置有独立的钢筋混凝土基础。
所述首层钢管混凝土柱底部还延伸设置有一钢筋混凝土柱脚，钢筋混凝土柱脚与钢筋混凝土基础柱之间通过柱脚垫板以及地脚螺栓连接。
所述钢管混凝土柱为方形钢管混凝土柱，截面尺寸为200mm×200mm。
所述人字支撑为方钢管或圆钢管人字支撑。特别是，方钢管人字支撑截面尺寸为120mm×120mm。
所述H钢梁截面高度为300mm～400mm。
所述套筒上焊有连接H钢梁和单独构件拼装单元的连接板，且连接板上设置有螺栓孔。
所述住宅体系的层高为2.8m～3m，进深为5.1m～5.4m，开间为3.6m～4.2m，层数为2～4层，抗震设防烈度不大于8度。
所述钢管混凝土柱上还设置有注浆孔及排气孔。
上述农村装配式钢结构住宅体系的施工方法，采用如下步骤：
步骤一：工厂预制平面拼装单元、单独构件拼装单元以及楼梯拼装单元；在钢管混凝土柱上设置注浆孔及排气孔，根据H钢梁的位置将套筒焊接到钢管混凝土柱上，再将H钢梁焊接到套筒上；在单独构件拼装单元上设置螺栓孔；
步骤二：根据设计图纸要求定位画线，在钢管混凝土柱位置处下部开挖地基，设置独立的钢筋混凝土基础，在钢筋混凝土基础施工钢筋混凝土基础柱，并在钢筋混凝土基础柱顶部预埋柱脚垫板以及不小于20mm的地脚螺栓；
步骤三：在首层钢管混凝土柱底部设置延伸的钢筋混凝土柱脚；
步骤四：待钢筋混凝土基础及钢筋混凝土基础柱的混凝土强度均达到70％以上时，安装首层的平面拼装单元并合围构成首层的立体拼装单元，将钢管混凝土柱与钢筋混凝土基础柱通过钢筋混凝土柱脚一一对应，并通过地脚螺栓连接牢固；
步骤五：各立体拼装单元之间通过单独构件拼装单元进行连接，立体拼装单元与单独构件拼装单元之间通过连接板采用螺栓连接并辅以焊接连接；将楼梯拼装单元与所述立体拼装单元以及单独构件拼装单元相连接；
步骤六：组装上一层平面各立体拼装单元、楼梯拼装单元以及单独构件拼装单元，上下层钢管混凝土柱之间通过套筒焊接连接，完成楼层的组装；
步骤七：清理钢管混凝土柱内壁，浇灌钢管混凝土柱内混凝土；
步骤八：安装墙面板，屋面板以及门窗；
步骤九：在顶部采用轻型钢结构三角形屋架，其支撑于钢管混凝土柱上。
其中，对于灾后重建工程，因对工期要求很紧，做钢筋混凝土基础耗时过长，可依据具体要求做成钢基础。所述钢基础可由支撑钢板，加劲肋板，基础钢柱等构件组成，可让灾民先安居入住，再根据防腐要求对钢基础进行防腐的混凝土保护措施。
所述平面拼装单元、立体拼装单元和单独构件拼装单元应考虑便于生产及工地安装连接和运输，还要保证宜居适用，应形成标准化、模数化、系列化，适合产业化配套生产要求。
有益效果：
本发明的优势在于采用钢管混凝土柱和带人字支撑的H钢梁复合结构作为住宅的承重构件，此承重构件截面尺寸较小，构件能够完全隐藏在围护体中，保证了住宅的建筑使用要求，同时受力及变形性能较好。钢管中充填混凝土，钢管约束了混凝土的变形，延缓了受压开裂，同时钢管中填充混凝土避免了钢管受压发生局部屈曲破坏，两种材料充分发挥各自优点，使构件的承载力提高。通过对工厂预制的拼装单元进行工地拼装，省去了钢筋绑扎，工地混凝土模板安装等工序，施工更加方便快捷。其基础根据需要可采用框架柱下独立钢筋混凝土基础或钢基础。
由于此装配式住宅构件采用工厂预制，现场拼装，构件连接方便，施工快捷，同时大大缩短了施工周期，节约了农民的建设成本，提供了轻质高强、抗震性能好的居住环境，具有很强的可持续发展性。可以预见，随着我国经济、技术的发展和钢结构住宅研究的深入，吸取已有的建造经验研究适合农村条件的低层钢结构住宅，在新农村居住环境条件上应用，特别是灾后重建中将具有显著的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明个拼装单元区分平面图；
图2为本发明承重骨架正立面图；
图3为本发明承重骨架剖面图；
图4为钢筋混凝土基础平面图；
图5为图4的A-A剖面图。
图中，1：平面拼装单元；2：立体拼装单元；3：单独构件拼装单元；4：钢管混凝土柱；5：H钢梁；6：人字支撑；7：螺栓；8：套筒；9：焊接部位；10：地脚螺栓；11：钢管混凝土柱脚；12：钢筋混凝土基础柱；13：钢筋混凝土基础；14：楼梯拼装单元；15：门窗。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如图1-5所示。
一种装配式农村钢结构住宅体系，参见图1至图5所示，包括平面拼装单元1、立体拼装单元2、楼梯拼装单元14和单独构件拼装单元3，参见图1，平面拼装单元1包括构成矩形框架的钢管混凝土柱4以及H钢梁5，四个所述平面拼装单元1围成所述立体拼装单元2，所述立体拼装单元2中的至少一个所述平面拼装单元1中还设置有人字支撑6，并由钢管混凝土柱4，H钢梁5和人字支撑6作为承重构件，参见图2、图3。所述方形钢管混凝土柱4、H钢梁5和人字支撑6组成此住宅体系的平面拼装单元1，如纵、横向框架。所述拼装单元的构件连接，工厂制造采用焊接连接，拼装单元工地拼装通常采用高强螺栓7连接辅以焊接连接。
立体拼装单元2内还设置有墙面板、屋面板以及门窗；多个立体拼装单元2平面上通过单独构件拼装单元3相互连接成一层，且该层中楼梯拼装单元14与立体拼装单元2以及单独构件拼装单元3相连接；各层立体拼装单元2以及楼梯拼装单元14上、下相互连接成一体，顶层立体拼装单元2上设置有轻型钢结构三角形屋架；其中，所述钢管混凝土柱4下端的竖向连接柱接头焊接有套筒8，套筒8与H钢梁5焊接，钢管混凝土柱4与H钢梁5相连接的节点处还设置有加强板，人字支撑6的一端设置在该加强板上，另一端设置在门窗上部的H钢梁5上或设置在与上部H钢梁5中部相连接的另一加强板上；首层钢管混凝土柱4底部还连接设置有钢筋混凝土基础柱12，钢筋混凝土基础柱12底部还设置有独立的钢筋混凝土基础13。基础柱出地面前设计成钢筋混凝土基础柱12，出室外地坪后应依据设计做钢管混凝土柱4与钢筋混凝土基础柱12的连接，参见图4、图5。对于灾后重建工程，因对工期要求很紧，做钢筋混凝土基础13耗时过长，可依据具体要求做成钢基础。其中住宅体系层高2.8，进深5.1，开间3.6，层数为3层，抗震设防等级为8度，方形钢管混凝土柱4截面尺寸为200mm×200mm，H钢梁5截面高度为350mm，方钢管人字支撑6截面尺寸一般为120mm×120mm，截面厚度及具体尺寸通过设计计算确定；所述套筒8上按照需要焊有连接H钢梁5和单独构件拼装单元3的连接板并按需设置螺栓孔；所述钢管混凝土柱4应注意按注浆要求预留注浆孔及排气孔，避免出现管内蜂窝空鼓现象；首层钢管混凝土柱4底部还延伸设置有一钢筋混凝土柱脚11，钢筋混凝土柱脚11与钢筋混凝土基础柱12之间通过柱脚垫板以及地脚螺栓10连接，所述钢管混凝土柱4与钢筋混凝土基础柱12的连接通常设计为铰接连接，并需做好钢管混凝土柱脚11的处理。
上述住宅体系的施工方法，具体采用如下步骤：
步骤一：工厂预制平面拼装单元1、单独构件拼装单元3以及楼梯拼装单元14；在钢管混凝土柱4上设置注浆孔及排气孔，根据H钢梁5的位置将套筒8焊接到钢管混凝土柱4上，再将H钢梁5焊接到套筒8上；其中，套筒8上焊有连接板；
步骤二：根据设计图纸要求定位画线，在钢管混凝土柱4位置处下部开挖地基，设置独立的钢筋混凝土基础13，在钢筋混凝土基础13施工钢筋混凝土基础柱12，并在钢筋混凝土基础柱12顶部预埋柱脚垫板以及不小于20mm的地脚螺栓10；
步骤三：在首层钢管混凝土柱4底部设置延伸的钢筋混凝土柱脚11；
步骤四：待钢筋混凝土基础13及钢筋混凝土基础柱12的混凝土强度均达到70％以上时，安装首层的平面拼装单元1并合围构成首层的立体拼装单元2，将钢管混凝土柱4与钢筋混凝土基础柱12通过钢筋混凝土柱脚11一一对应，并通过地脚螺栓10连接牢固；
步骤五：各立体拼装单元2之间通过单独构件拼装单元3进行连接，立体拼装单元2与单独构件拼装单元3之间通过连接板采用螺栓7连接并辅以焊接连接；将楼梯拼装单元14与所述立体拼装单元2以及单独构件拼装单元3相连接；
步骤六：组装上一层平面各立体拼装单元2、楼梯拼装单元14以及单独构件拼装单元3，上下层钢管混凝土柱4之间通过套筒8焊接连接，完成楼层的组装；
步骤七：清理钢管混凝土柱4内壁，浇灌钢管混凝土柱4内混凝土；
步骤八：安装墙面板，屋面板以及门窗；
步骤九：在顶部采用轻型钢结构三角形屋架，其支撑于钢管混凝土柱4上。
以上是本发明的一具体实施例，本发明的实施不限于此。
Claims (10)
1.一种农村装配式钢结构住宅体系，其特征在于：包括平面拼装单元(1)、立体拼装单元(2)、楼梯拼装单元(14)和单独构件拼装单元(3)；所述平面拼装单元(1)包括构成矩形框架的钢管混凝土柱(4)以及H钢梁(5)，四个所述平面拼装单元(1)围成所述立体拼装单元(2)，所述立体拼装单元(2)中的至少一个所述平面拼装单元(1)中还设置有人字支撑(6)，所述立体拼装单元(2)内还设置有墙面板、屋面板以及门窗；多个所述立体拼装单元(2)平面上通过单独构件拼装单元(3)相互连接成一层，且该层中楼梯拼装单元(14)与所述立体拼装单元(2)以及单独构件拼装单元(3)相连接；各层所述立体拼装单元(2)以及楼梯拼装单元(14)上、下相互连接成一体，顶层所述立体拼装单元(2)上设置有轻型钢结构三角形屋架；其中，所述钢管混凝土柱(4)下端的竖向连接柱接头焊接有套筒(8)，套筒(8)与H钢梁(5)焊接，所述钢管混凝土柱(4)与H钢梁(5)相连接的节点处还设置有加强板，所述人字支撑(6)的一端设置在该加强板上，另一端设置在门窗上部的H钢梁(5)上或设置在与上部H钢梁(5)中部相连接的另一加强板上；首层钢管混凝土柱(4)底部还连接设置有钢筋混凝土基础柱(12)，所述钢筋混凝土基础柱(12)底部还设置有独立的钢筋混凝土基础(13)。
2.根据权利要求1所述的农村装配式钢结构住宅体系，其特征在于：所述首层钢管混凝土柱(4)底部还延伸设置有一钢筋混凝土柱脚(11)，钢筋混凝土柱脚(11)与钢筋混凝土基础柱(12)之间通过柱脚垫板以及地脚螺栓(10)连接。
3.根据权利要求1所述的农村装配式钢结构住宅体系，其特征在于：所述钢管混凝土柱(4)为方形钢管混凝土柱(4)，截面尺寸为200mm×200mm。
4.根据权利要求1所述的农村装配式钢结构住宅体系，其特征在于：所述人字支撑(6)为方钢管或圆钢管人字支撑(6)。
5.根据权利要求4所述的农村装配式钢结构住宅体系，其特征在于：方钢管人字支撑(6)截面尺寸为120mm×120mm。
6.根据权利要求1所述的农村装配式钢结构住宅体系，其特征在于：所述H钢梁(5)截面高度为300mm～400mm。
7.根据权利要求1所述的农村装配式钢结构住宅体系，其特征在于：所述套筒(8)上焊有连接H钢梁(5)和单独构件拼装单元(3)的连接板，且连接板上设置有螺栓孔。
8.根据权利要求1所述的农村装配式钢结构住宅体系，其特征在于：所述住宅体系的层高为2.8m～3m，进深为5.1m～5.4m，开间为3.6m～4.2m，层数为2～4层，抗震设防烈度不大于8度。
9.根据权利要求1所述的农村装配式钢结构住宅体系，其特征在于：所述钢管混凝土柱(4)上还设置有注浆孔及排气孔。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述农村装配式钢结构住宅体系的施工方法，其特征在于：采用如下步骤：
步骤一：工厂预制平面拼装单元(1)、单独构件拼装单元(3)以及楼梯拼装单元(14)；在钢管混凝土柱(4)上设置注浆孔及排气孔，根据H钢梁(5)的位置将套筒(8)焊接到钢管混凝土柱(4)上，再将H钢梁(5)焊接到套筒(8)上；其中，套筒(8)上焊有连接板；
步骤二：根据设计图纸要求定位画线，在钢管混凝土柱(4)位置处下部开挖地基，设置独立的钢筋混凝土基础(13)，在钢筋混凝土基础(13)施工钢筋混凝土基础柱(12)，并在钢筋混凝土基础柱(12)顶部预埋柱脚垫板以及不小于20mm的地脚螺栓(10)；
步骤三：在首层钢管混凝土柱(4)底部设置延伸的钢筋混凝土柱脚(11)；
步骤四：待钢筋混凝土基础(13)及钢筋混凝土基础柱(12)的混凝土强度均达到70％以上时，安装首层的平面拼装单元(1)并合围构成首层的立体拼装单元(2)，将钢管混凝土柱(4)与钢筋混凝土基础柱(12)通过钢筋混凝土柱脚(11)一一对应，并通过地脚螺栓(10)连接牢固；
步骤五：各立体拼装单元(2)之间通过单独构件拼装单元(3)进行连接，立体拼装单元(2)与单独构件拼装单元(3)之间通过连接板采用螺栓(7)连接并辅以焊接连接；将楼梯拼装单元(14)与所述立体拼装单元(2)以及单独构件拼装单元(3)相连接；
步骤六：组装上一层平面各立体拼装单元(2)、楼梯拼装单元(14)以及单独构件拼装单元(3)，上下层钢管混凝土柱(4)之间通过套筒(8)焊接连接，完成楼层的组装；
步骤七：清理钢管混凝土柱(4)内壁，浇灌钢管混凝土柱(4)内混凝土；
步骤八：安装墙面板，屋面板以及门窗；
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