一种多层冷成型钢整体预制装配房屋及其拼接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种整体装配式建筑结构，具体涉及一种整体预制装配式冷成型钢房屋结构，属于土木工程技术领域。
【背景技术】
[0002]目前，我国正处于高速城镇化和工业化发展阶段，同时也处于产业结构调整和改型阶段。传统建筑结构体系和施工工艺不仅对自然资源需求量大，给自然环境造成巨大压力，还需要大量的现场施工，成本高且效率较低。2013年，中华人民共和国国务院办公厅发布《绿色建筑行动方案》，提出我国将大力发展绿色节能型建筑结构，正在积极探索新型绿色建筑结构体系。此外，自我国1995年国家建设部发布《建筑工业化实施纲要》，住建部相继成立了 “国家住宅产业化基地”、“新型建筑工业化集成建造工程技术研究中心”等基地，旨在推进我国建筑工业化进程。综上可见，大力发展绿色环保、施工便捷、性能良好的预制装配式建筑结构符合我国国情需求，对促进我国社会可持续发展，实现我国产业结构改革具有重要意义，同时对加快我国建筑产业化、工业化具有深远意义。
[0003]冷成型钢结构作为新型绿色建筑的主力军，具有材料利用率高、整体装配式施工、建造安装速度快、材料环保可重复利用、抗震性能好等优点，已在国外有大量的应用。近些年，我国也建成了大批低层冷成型钢住宅房屋，且正逐步由传统住宅向包括居住、办公、展览、休闲娱乐等多功能房屋结构转型，但基于我国人多地少的基本国情，低层住宅已无法满足城镇发展的需求，故冷成型钢住宅正逐步由低层向多层发展。
[0004]现有技术中的冷成型钢房屋结构体系施工一般包含冷成型钢骨架拼装、楼板浇筑置设、墙板安装和装饰工程等步骤。在钢骨架和墙板安装过程中，由于钢龙骨和墙板的布设和安装需要较高的安装精度和合理的安装顺序，所以现场施工中，每根钢龙骨和每块墙板板材的搬运、定位和安装一般都需要人工操作。此外，每块墙板与骨架的安装过程中涉及到几百颗螺钉的安装，均需要工人操作，工作量具大；当进行多层结构施工时，室外墙板的安装对施工人员的操作技术要求高，且存在一定的施工风险，人员安全保障费用高。现有多层冷成型钢结构技术中，边立柱大多采用冷成型钢拼合截面或钢管混凝土柱，一方面，柱采用拼合截面构件会局限冷成型钢结构的高度和造型，难以满足多层冷成型钢结构的受力承载需求。另一方面，钢管混凝土柱一般采用现场灌浆，大量的湿作业不仅会延长施工工期，减缓结构施工进度，还会降低墙板的力学性能;此外，现场施工无法保证钢管柱内混凝土的灌注效果，现场大量的湿作业对施工场地、施工设备的要求较高，需要大量的人力资源进行管理协调，造价相对偏高。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多层冷成型钢整体预制装配房屋及其拼接方法。该设计将结构分成柱模块、墙体模块、预制楼板和连接件，所有模块均在工厂预制，现场仅需将所有模块装配式连接，从而大量简化现场施工工序。其中，柱拼接方法可以实现柱模块的竖向装配式连接，连接墙板、连接导轨和梁连接件可以实现柱模块与墙体模块的横向装配式连接。各柱模块、墙体模块和预制楼板可在工厂进行模数化批量生产，以满足多层冷成型钢房屋结构的整体预制装配施工的需求。
[0006]技术方案:一种多层冷成型钢整体预制装配房屋，包括预制冷成型钢柱模块、预制墙体模块、预制楼板、若干连接墙板；
[0007]所述预制冷成型钢柱模块包括异形钢管混凝土柱、连接楼板、2个柱连接件、N个导轨、N个梁、4N个矩形墙板和2N个固定短支柱，N = 2-4;所述异形钢管混凝土柱包括带有N个矩形凸起分肢的异形钢管柱，所述异形钢管柱内浇筑混凝土，2个柱连接件自异形钢管柱上下两端插于混凝土内；所述连接楼板套设于异性钢管混凝土柱中部;N个导轨分别沿分肢方向放置且固定于连接楼板上表面;N个梁沿分肢方向放置且固定于连接楼板下表面;每个连接楼板上方的凸起分肢侧面平行的固定2个矩形墙板，矩形墙板下端固定于导轨上;每个连接楼板下方的凸起分肢侧面平行的固定2个矩形墙板，矩形墙板上端固定于梁上;且每两个平行的矩形墙板外端之间设置一个固定短支柱;为了保证各柱模块在运输、吊装过程中的安全性，其每个方向外伸墙体的宽度不宜过大，应不大于600mm。采用固定短支柱在运输、吊装过程中对墙板的一侧进行支承，固定短支柱的高度与柱模块连接墙板的高度一致，可采用C型或U型截面构件。
[0008]多个预制冷成型钢柱模块上下装配拼接时，将上一层预制冷成型钢柱模块的下柱连接件与下一层预制冷成型钢柱模块的上柱连接件固定连接，连接时，N个矩形凸起分肢方向一一对应相同；之后拆卸固定短支柱，在上一层预制冷成型钢柱模块的连接楼板与下一层预制冷成型钢柱模块的连接楼板之间的固定短支柱拆卸位置处通过自上而下一体式的中立柱固定连接;之后将柱连接件竖向拼接处进行闭合包裹，包裹后截面与异形钢管混凝土柱截面相同，并在包裹后空腔内浇筑混凝土;之后在柱连接件竖向拼接处各分肢方向覆上连接墙板;所述异形钢管混凝土柱内混凝土的强度等级不低于C25;所述柱拼接处后浇混凝土，混凝土强度相比钢管柱内混凝土至少高一级，并可添加减水剂、早强剂或速凝剂。
[0009]所述预制墙体模块包括两块墙板、梁、导轨和两个中立柱;所述两块墙板平行放置，高度等于预制冷成型钢柱模块的高度;且两块墙板上端固定连接梁，下端固定连接导轨，左右两端分别固定连接中立柱;装配拼接时，上端梁通过梁连接件与上一层预制冷成型钢柱模块的连接楼板下表面的梁固定连接，下端导轨通过导轨连接件与下一层预制冷成型钢柱模块的连接楼板上表面的导轨固定连接，预制楼板固定于上预制墙体模块的下端导轨与下预制墙体模块的上端梁之间；之后在预制墙体模块的墙板与预制冷成型钢柱模块的墙板之间覆上连接墙板。所述墙体模块通过中立柱分成一定间距的节段，各节段间距宽度采用400mm-600mm的固定模数。为了保证墙体单元在运输、吊装过程的安全性，墙体模块的节段数一般取为2-8个，通过调整宽度模数和节段个数以适应房屋结构不同跨度和开间需求。
[0010]进一步的，导轨与连接楼板、梁与连接楼板、墙板与异形钢管混凝土柱和中立柱、墙板与梁和导轨之间均通过自攻螺钉固定连接。
[0011 ]进一步的，所述异形钢管混凝土柱分为带有2个矩形凸起分肢的L字形异形钢管混凝土角柱、带有3个矩形凸起分肢的T字形异形钢管混凝土边柱、带有4个矩形凸起分肢的十字形异形钢管混凝土中柱;所述异形钢管混凝土角柱两端的柱连接件为L字形，由L字形钢板和L字型钢焊接而成;所述异形钢管混凝土边柱两端的柱连接件为T字形，由T字形钢板和T字形钢焊接而成;所述异形钢管混凝土中柱两端的柱连接件为十字形，由十字形钢板和十字形钢焊接而成;L字形钢板、T字形钢板和十字形钢板端部开设若干个孔径10mm-24mm的第一柱接头孔，各孔边缘的中距和孔边缘与板边缘的端距均不小于10mm。为方便各柱模块的吊装，中部开设1-4个孔径30mm-50mm的第二柱接头孔;为保证各拼接件与钢管混凝土柱的连接，所述L字形钢、T字形钢和十字形钢开设若干个孔径20mm-100mm的第三柱接头孔，孔边缘间的间距50mm-500mm。
[0012]进一步的，L字形钢板、T字形钢板