一种适用于村镇多层住宅的装配式轻钢框架?保温抗侧墙板结构及作法
【专利摘要】本发明涉及一种适用于村镇多层住宅外墙的装配式轻钢框架?保温抗侧墙板结构及作法，该结构由轻质保温隔声复合墙板、带翼板的方钢管混凝土梁、带翼板的方钢管混凝土柱、梁柱节点连接板、高强螺栓、钢管混凝土梁顶面的栓钉组成。本发明所述的结构抗震性能优于普通村镇住宅结构，形成了具备两道抗震防线的体系，且最终的破坏属延性破坏，避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系倒塌。本发明所述的装配式轻钢框架?保温抗侧墙板结构，墙板与轻钢框架连接牢固、整体性好，装配简单而且工期短，施工时不产生新的建筑垃圾，满足节能、环保的要求，也符合住宅产业化、规模化的要求，是适用于当前村镇低层建筑抗震节能装配一体化的一种新型结构。
【专利说明】
一种适用于村镇多层住宅的装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构及作法
技术领域
[0001]本发明涉及一种适用于村镇多层住宅外墙的装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构及作法，属于建筑工程技术领域。
【背景技术】
[0002]我国农村地域广阔，人口众多，多数村镇建筑处于震区。由于缺乏系统的抗震知识与建造工艺，这些村镇建筑大多不能满足基本抗震要求。在汶川地震与雅安地震中，村镇房屋破坏严重，造成了大量的人员伤亡和财产损失，其直接原因是房屋倒塌。可见，村镇房屋抗震性能差的现状亟需改变。此外，我国村镇房屋外墙热工性能差、供暖能耗偏高，适于不同地域村镇住宅的经济实用的节能技术尚十分缺乏。研发区域性抗震、节能型村镇住宅结构体系，改善人民居住条件，使村镇住宅建设成为拉动内需的新增长点，具有十分重要的现实意义。
[0003]此外，装配式住宅正以其能耗低、污染小、施工快、精度高等优势在住宅产业化大潮中发挥着不可取代的作用。然而，村镇住宅产业化的发展目前非常缓慢。而近年来我国钢铁行业产量过剩、需求减少、去库存压力非常大，而发展装配式村镇住宅却为以上问题的提出了一条新的解决办法。研发低成本、低能耗、抗震性能好的低层装配式轻钢结构村镇住宅体系，形成工业化、标准化、模块化的快速装配技术，不仅有利于住宅产业化的战略实施，而且可以减轻传统农房因过度烧砖、采砂而对环境带来的破坏，因而具有巨大的经济效益、社会效益和环境效益。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种适用于村镇多层住宅的装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构及作法，以解决传统村镇住宅抗震性能差、能耗偏高、不利于产业化等问题。
[0005]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]—种适用于村镇多层住宅外墙的装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构，该结构包括轻质保温隔声复合墙板(I)、带翼板的方钢管混凝土梁(2)、带翼板的方钢管混凝土柱
(3)、梁柱节点连接板(4)、高强螺栓(5)、钢管混凝土梁顶面的栓钉(6);
[0007]轻质保温隔声复合墙板(I)设置在两个带翼板的方钢管混凝土柱(3)的翼板之间；带翼板的方钢管混凝土梁(2)设置在轻质保温隔声复合墙板(I)顶部，且设置在两个带翼板的方钢管混凝土柱(3)之间；梁柱节点连接板(4)通过高强螺栓(5)与方钢管混凝土梁(2)、带翼板的方钢管混凝土柱(3)相连接;带翼板的方钢管混凝土梁(2)的沿竖直方向上设有钢管混凝土梁顶面的栓钉(6)。轻质保温隔声复合墙板(I)与墙面垂直的方向被两个带翼板的方钢管混凝土柱(3)的同侧两个翼板约束，沿墙平面方向被两个带翼板的方钢管混凝土柱
(3)两侧的方钢管混凝土柱约束，装配施工时在轻质保温隔声复合墙板(I)和带翼板的方钢管混凝土柱(3)之间用粘结浆料嵌缝，使轻质保温隔声复合墙板(I)和方钢管混凝土柱(3)结合成为一个整体，共同承担水平地震作用。
[0008]通过设置在带翼板的钢管混凝土柱(3)侧面的翼板，能有效约束轻质保温隔声复合墙板(I)左右两端在平面外方向的位移，通过设置在钢管混凝土梁(2)底面的翼板，能有效约束轻质保温隔声复合墙板(I)上端在平面外方向的位移，加上带翼板的钢管混凝土柱
(3)侧面与轻质保温隔声复合墙板(I)之间用灌浆料粘结，使轻质保温隔声复合墙板(I)与周边的梁、柱可靠连接，形成整体，发挥轻钢框架和墙板各自的优势，共同承担水平地震作用，形成抗震性能较好的结构体系。
[0009]所述轻质保温隔声复合墙板(I)为装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构的主要抗侧构件，由外表层的钢丝网发泡混凝土和内层的聚苯颗粒板制作而成，厚度为90mm?190mm。内部共设有双层钢丝网，钢丝直径为4?6mm，间距为80?100mm。该轻质保温隔声复合墙板置于方钢管混凝土柱同一侧的两片翼板之间，在与墙面垂直方向被两个翼板约束，该复合墙板上端被方钢管混凝土梁梁底的翼板约束，在此基础上，轻质保温隔声复合墙板
(I)和带翼板的方钢管混凝土柱(3)之间缝隙由灌浆料嵌缝，使轻质保温隔声复合墙板(I)和带翼板的方钢管混凝土柱(3)结合成为一个整体，共同承担水平地震作用。轻质保温隔声复合墙板(I)厚度为90mm?190mm，轻质保温隔声复合墙板(I)自内向外分为三层:发泡混凝土内面层、聚苯颗粒砂浆芯板、发泡混凝土外面层，中间配双层高强钢丝网。
[0010]所述带翼板的方钢管混凝土梁(2)的底部设置有双翼板，带翼板的方钢管混凝土梁(2)上位于建筑物外围的位置设置竖向单翼板，在梁顶设置栓钉(6)，带翼板的方钢管混凝土梁(2)的方钢管与三个翼板在工厂一次性热乳成型，翼板与方钢管连接处折角乳制为圆弧形过渡，避免应力集中，整体性较好。梁下的双翼板有两个功能:第一可增大方钢管混凝土梁在竖向荷载下的刚度和抗弯承载力，第二，可对梁下的轻质保温隔声复合墙板(I)的平面外变形起到有效的约束作用。梁上的单翼板可有效约束混凝土楼板;梁顶的栓钉(6)能有效防止现浇混凝土楼板与带翼板的钢管混凝土梁(2)的相对滑动。
[0011]所述的带翼板的方钢管混凝土柱(3)的方钢管与各侧面翼板在工厂一次性热乳成型，翼板与方钢管连接处折角乳制为圆弧形过渡，避免应力集中，整体性较好。带翼板的钢管混凝土柱(3)的截面为正方形，边长为100?200mm，壁厚为4mm?8mm，翼板厚度与方钢管壁厚相同，伸出长度为40mm?60_，翼板仅在柱身有墙板的侧面设置，柱同一侧两个翼板的净间距比轻质保温隔声复合墙板(I)的厚度大5mm?8mm。该翼板有两个功能:第一，可增大方钢管混凝土柱在墙体所在平面内的刚度和抗弯承载力，第二，翼板可有效把轻质保温隔声复合墙板(I)嵌固在轻钢框架内，加上灌浆料的粘结作用，使轻质保温隔声复合墙板(I)和带翼板的方钢管混凝土柱(3)成为一个整体，共同抵抗水平地震作用。
[0012]所述的梁柱节点连接板(4)通过高强螺栓(5)与方钢管混凝土梁(2)和带翼板的方钢管混凝土柱(3)分别连接，梁柱节点连接板(4)的厚度比带翼板的方钢管混凝土柱(3)的方钢管的壁厚多2_?4_;梁柱节点连接板(4)下端与带翼板的方钢管混凝土梁(2)底部平齐，上端与带翼板的方钢管混凝土梁(2)梁顶同高或比梁顶高10mm，材质为Q345钢。
[0013]所述的梁顶面栓钉(6)，沿梁顶中线设一道，水平间距为80?150mm，施工楼板时与混凝土楼板整体浇注。
[0014]所述的带翼板的方钢管混凝土梁(2)和带翼板的方钢管混凝土柱(3)的方钢管腔内浇筑普通混凝土或再生混凝土，当为再生混凝土时，以粗骨料取代率为标准进行取代，取代率不超过30 %。
[0015]本发明涉及一种适用于村镇多层住宅外墙的装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构及作法，其具体作法如下(如图3所示):
[0016]第一步:在工厂预制热乳成型的带翼板、内灌混凝土的方钢管柱和方钢管梁，加工时先把方钢管柱和方钢管梁的一端焊上等厚钢板，同时把设计螺栓孔位置穿入等直径的、缠塑料膜的光圆钢筋，在方钢管柱和方钢管梁的另一端也焊上等厚钢板，钢板上留浇筑孔，内灌细石混凝土或再生细石混凝土。待混凝土达到设计强度后，抽出光圆钢筋，形成螺栓孔。
[0017]第二步:将热乳成型的带翼板、内灌混凝土的方钢管柱按照设计位置装配在基础上，柱净间距宜比轻质保温隔声墙板的水平长度多5?10mm，一般以1500?2500mm为宜。
[0018]第三步:将预制完成的轻质保温隔声墙板两端复合粘结浆料，然后自上而下滑入两侧的方钢管混凝土柱的翼板内，墙板与方钢管柱连接部位采用灌浆料嵌缝抹平，增强其粘结性能。
[0019]第四步:将预制的梁柱节点连接板与带翼板的方钢管混凝土柱按设计位置定位，螺栓孔洞对准后，用高强螺栓连接。再将预制的带翼板和栓钉、内灌混凝土的方钢管梁自上而下滑入两侧的方钢管混凝土柱之间，方钢管混凝土梁和梁柱节点连接板之间也用高强螺栓连接。
[0020]第五步:待方钢管混凝土梁、柱形成的轻钢框架成形后，再依据设计要求施工楼板。最后根据住宅所在地区的保温节能标准，在外墙复合基于性能的保温、隔声、防潮材料，形成集轻钢、轻墙、节能、抗震于一体的装配式结构。
[0021]与现有技术相比，本发明的装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构适用于村镇多层住宅外墙，具有以下优势:
[0022](I)工业化水平高。本发明包含新型的方钢管混凝土柱、方钢管混凝土梁均为工厂规模化生产，生产精度高、性能稳定、节省资源、方便运输，有利于实现住宅产业化。
[0023](2)标准化程度高。包含翼板的方钢管混凝土柱截面分为一字型、T型、L型和十字型，与此相对应，按照本发明提出的的预制构件制作方法在工厂按照统一的规格、构造制作柱、梁、节点连接板等构件。
[0024](3)抗震节能一体化。本发明包含的的轻钢、轻墙结构自重轻，与传统结构相比在相同地震烈度下所承担的地震剪力小;而且轻钢框架与节能隔声抗侧墙板协同工作，形成多道抗震防线，抗震效果明显。方钢管梁、柱内可灌注再生骨料混凝土，发泡混凝土中可掺入尾矿粉，均属于对建筑垃圾、工业垃圾的资源化再利用。
[0025 ] (4)运输、安装方便。本
【发明内容】
包含的预制构件重量轻，体积小，运输安装方便。
[0026](5)显著减少施工现场工作量，加快施工进度，而且基本实现无废料。采用本发明提出的装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构可有效避免或减少钢筋工程、模板工程、混凝土工程和抹灰工程等，节约资源、节省人工、减少管理费用，减少施工带来的建筑垃圾、噪音等环境污染，而且确保工程质量。
【附图说明】
[0027]图1是一种适用于村镇多层住宅外墙的装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构的立体示意图；
[0028]图2是带翼板的方钢管混凝土柱与轻质墙板的水平断面图；
[0029]图3是装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构的装配流程示意图。
[0030]图中:1、轻质保温隔声复合墙板，2、带翼板的方钢管混凝土梁，3、带翼板的方钢管混凝土柱，4、梁柱节点连接板，5、高强螺栓，6、钢管混凝土梁顶面的栓钉。
【具体实施方式】
[0031 ]下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
[0032]如图1所示，一种适用于村镇多层住宅外墙的装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构，该结构包括轻质保温隔声复合墙板(1)、带翼板的方钢管混凝土梁(2)、带翼板的方钢管混凝土柱(3)、梁柱节点连接板(4)、螺栓杆(5)、钢管混凝土梁顶面的栓钉(6)、楼板。轻质保温隔声墙板内的聚苯颗粒可基于保温性能进行设计。内层聚苯颗粒板、外层发泡混凝土面层、内配双层高强钢丝网的轻质保温隔声墙板的容重可低至10?12kN/m3，抗压强度约5?lOMPa。方钢管混凝土梁、柱的翼板在粘结浆料嵌缝的作用下，和轻质保温隔声复合墙板连接紧密，形成整体，协同受力。在承受水平地震作用时，因为墙体水平刚度远大于柱，可在承受水平地震作用初期限制钢管混凝土柱的侧移，大大延缓钢管柱受弯时二阶效应的出现；具有一定强度的轻质墙板在水平地震作用下会和梁、柱的翼板挤压、摩擦，使翼板变形，起到一定的消耗地震能量的作用;墙体破坏后，钢管混凝土柱仍可继续承载，即使在强震下，带翼板的钢管混凝土柱的破坏伴随着局部混凝土压溃，钢板局部鼓包、屈服、撕裂，最终的破坏是一种延性破坏，从而形成了具备两道抗震防线的结构，避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系倒塌。采用本发明所述的装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构，墙板与轻钢框架连接牢固、整体性好，装配简单而且工期短，施工时不产生新的建筑垃圾，满足节能、环保的要求，也符合住宅产业化、规模化的要求，是适用于当前村镇低层建筑抗震节能装配一体化的一种新型结构。
[0033]以上是本发明的一个典型实施例，本发明的实施不限于此。
【主权项】
1.一种适用于村镇多层住宅外墙的装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构，其特征在于:该结构包括轻质保温隔声复合墙板(I)、带翼板的方钢管混凝土梁(2)、带翼板的方钢管混凝土柱(3)、梁柱节点连接板(4)、高强螺栓(5)、钢管混凝土梁顶面的栓钉(6); 轻质保温隔声复合墙板(I)设置在两个带翼板的方钢管混凝土柱(3)的翼板之间；带翼板的方钢管混凝土梁(2)设置在轻质保温隔声复合墙板(I)顶部，且设置在两个带翼板的方钢管混凝土柱(3)之间；梁柱节点连接板(4)通过高强螺栓(5)与方钢管混凝土梁(2)、带翼板的方钢管混凝土柱(3)相连接;带翼板的方钢管混凝土梁(2)的沿竖直方向上设有钢管混凝土梁顶面的栓钉(6);轻质保温隔声复合墙板(I)与墙面垂直的方向被两个带翼板的方钢管混凝土柱(3)的同侧两个翼板约束，沿墙平面方向被两个带翼板的方钢管混凝土柱(3)两侧的方钢管混凝土柱约束，装配施工时在轻质保温隔声复合墙板(I)和带翼板的方钢管混凝土柱(3)之间用粘结浆料嵌缝，使轻质保温隔声复合墙板(I)和方钢管混凝土柱(3)结合成为一个整体，共同承担水平地震作用。2.根据权利要求1所述的一种适用于村镇多层住宅外墙的装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构，其特征在于:通过设置在带翼板的钢管混凝土柱(3)侧面的翼板，能有效约束轻质保温隔声复合墙板(I)左右两端在平面外方向的位移，通过设置在钢管混凝土梁(2)底面的翼板，能有效约束轻质保温隔声复合墙板(I)上端在平面外方向的位移，加上带翼板的钢管混凝土柱(3)侧面与轻质保温隔声复合墙板(I)之间用灌浆料粘结，使轻质保温隔声复合墙板(I)与周边的梁、柱可靠连接，形成整体，发挥轻钢框架和墙板各自的优势，共同承担水平地震作用，形成抗震性能较好的结构体系。3.根据权利要求1所述的一种适用于村镇多层住宅外墙的装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构，其特征在于:所述轻质保温隔声复合墙板(I)为装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构的主要抗侧构件，由外表层的钢丝网发泡混凝土和内层的聚苯颗粒板制作而成，厚度为90mm?190mm;内部共设有双层钢丝网，钢丝直径为4?6mm，间距为80?100mm;该轻质保温隔声复合墙板置于方钢管混凝土柱同一侧的两片翼板之间，在与墙面垂直方向被两个翼板约束，该复合墙板上端被方钢管混凝土梁梁底的翼板约束，在此基础上，轻质保温隔声复合墙板(I)和带翼板的方钢管混凝土柱(3)之间缝隙由灌浆料嵌缝，使轻质保温隔声复合墙板(I)和带翼板的方钢管混凝土柱(3)结合成为一个整体，共同承担水平地震作用；轻质保温隔声复合墙板(I)厚度为90mm?190mm，轻质保温隔声复合墙板(I)自内向外分为三层:发泡混凝土内面层、聚苯颗粒砂浆芯板、发泡混凝土外面层，中间配双层高强钢丝网。4.根据权利要求1所述的一种适用于村镇多层住宅外墙的装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构，其特征在于:所述带翼板的方钢管混凝土梁(2)的底部设置有双翼板，带翼板的方钢管混凝土梁(2)上位于建筑物外围的位置设置竖向单翼板，在梁顶设置栓钉(6)，带翼板的方钢管混凝土梁(2)的方钢管与三个翼板在工厂一次性热乳成型，翼板与方钢管连接处折角乳制为圆弧形过渡，避免应力集中，整体性较好;梁下的双翼板有两个功能:第一可增大方钢管混凝土梁在竖向荷载下的刚度和抗弯承载力，第二，可对梁下的轻质保温隔声复合墙板(I)的平面外变形起到有效的约束作用;梁上的单翼板可有效约束混凝土楼板;梁顶的栓钉(6)能有效防止现浇混凝土楼板与带翼板的钢管混凝土梁(2)的相对滑动。5.根据权利要求1所述的一种适用于村镇多层住宅外墙的装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构，其特征在于:所述的带翼板的方钢管混凝土柱(3)的方钢管与各侧面翼板在工厂一次性热乳成型，翼板与方钢管连接处折角乳制为圆弧形过渡，避免应力集中，整体性较好;带翼板的钢管混凝土柱(3)的截面为正方形，边长为100?200mm，壁厚为4mm?8mm，翼板厚度与方钢管壁厚相同，伸出长度为40mm?60_，翼板仅在柱身有墙板的侧面设置，柱同一侧两个翼板的净间距比轻质保温隔声复合墙板(I)的厚度大5mm?8mm;该翼板有两个功能:第一，可增大方钢管混凝土柱在墙体所在平面内的刚度和抗弯承载力，第二，翼板可有效把轻质保温隔声复合墙板(I)嵌固在轻钢框架内，加上灌浆料的粘结作用，使轻质保温隔声复合墙板(I)和带翼板的方钢管混凝土柱(3)成为一个整体，共同抵抗水平地震作用。6.根据权利要求1所述的一种适用于村镇多层住宅外墙的装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构，其特征在于:所述的梁柱节点连接板(4)通过高强螺栓(5)与方钢管混凝土梁(2)和带翼板的方钢管混凝土柱(3)分别连接，梁柱节点连接板(4)的厚度比带翼板的方钢管混凝土柱(3)的方钢管的壁厚多2mm?4mm;梁柱节点连接板(4)下端与带翼板的方钢管混凝土梁(2)底部平齐，上端与带翼板的方钢管混凝土梁(2)梁顶同高或比梁顶高10mm，材质为Q345 钢。7.根据权利要求1所述的一种适用于村镇多层住宅外墙的装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构，其特征在于:所述的梁顶面栓钉(6)，沿梁顶中线设一道，水平间距为80?150mm，施工楼板时与混凝土楼板整体浇注。8.根据权利要求1所述的一种适用于村镇多层住宅外墙的装配式轻钢框架-保温抗侧墙板结构，其特征在于:所述的带翼板的方钢管混凝土梁(2)和带翼板的方钢管混凝土柱(3)的方钢管腔内浇筑普通混凝土或再生混凝土，当为再生混凝土时，以粗骨料取代率为标准进行取代，取代率不超过30 %。9.利用权利要求1所述结构进行的一种适用于村镇多层住宅外墙的装配式轻钢框架-保温抗侧墙板作法，其特征在于:该作法具体作法如下， 第一步:在工厂预制热乳成型的带翼板、内灌混凝土的方钢管柱和方钢管梁，加工时先把方钢管柱和方钢管梁的一端焊上等厚钢板，同时把设计螺栓孔位置穿入等直径的、缠塑料膜的光圆钢筋，在方钢管柱和方钢管梁的另一端也焊上等厚钢板，钢板上留浇筑孔，内灌细石混凝土或再生细石混凝土;待混凝土达到设计强度后，抽出光圆钢筋，形成螺栓孔； 第二步:将热乳成型的带翼板、内灌混凝土的方钢管柱按照设计位置装配在基础上，柱净间距宜比轻质保温隔声墙板的水平长度多5?10_，一般以1500?2500mm为宜； 第三步:将预制完成的轻质保温隔声墙板两端复合粘结浆料，然后自上而下滑入两侧的方钢管混凝土柱的翼板内，墙板与方钢管柱连接部位采用灌浆料嵌缝抹平，增强其粘结性能； 第四步:将预制的梁柱节点连接板与带翼板的方钢管混凝土柱按设计位置定位，螺栓孔洞对准后，用高强螺栓连接;再将预制的带翼板和栓钉、内灌混凝土的方钢管梁自上而下滑入两侧的方钢管混凝土柱之间，方钢管混凝土梁和梁柱节点连接板之间也用高强螺栓连接； 第五步:待方钢管混凝土梁、柱形成的轻钢框架成形后，再依据设计要求施工楼板;最后根据住宅所在地区的保温节能标准，在外墙复合基于性能的保温、隔声、防潮材料，形成集轻钢、轻墙、节能、抗震于一体的装配式结构。
【文档编号】E04B2/64GK106088401SQ201610460899
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】曹万林, 张宗敏, 刘岩, 贾穗子, 刘文超, 任乐乐, 王如伟
【申请人】北京工业大学