变刚度装配式多层钢结构住宅构架及其施工方法

本发明涉及基坑围护体系施工，具体讲是一种变刚度装配式多层钢结构住宅构架及其施工方法。

背景技术：

1、近年来，装配式钢结构住宅逐步被人们推广和接受。相对于钢筋混凝土建筑，其明显的优势逐渐被显现出来：1、由于装配式钢结构住宅大部分构件均能在工厂标准化精确预制，现场施工人员由手工砌筑工人转变为装配工人，施工现场将构件通过螺栓、焊接等方式连接与装配，操作更简单，质量更有保障。2、较传统建筑模式大大缩短施工工期，大幅度提高施工效率。3、同时装配式钢结构建筑的碳排放量大幅度减少。4、装配式钢结构建筑在寿命终点几乎可以被全部的回收再利用，而且钢材的强度和性能不会下降。5、钢结构住宅的自重相比钢筋混凝土住宅自重大幅度减轻，对抗震更加有利。

2、但现有技术的多层装配式钢结构住宅构架及其施工方法仍存在以下不足：1、预制墙板与立柱的连接处很难达到牢固可靠与压剪分离、从而保证极端水平荷载下钢结构住宅结构构架完整性的和谐统一。2、立柱、墙板和楼板的起吊均要依靠重型塔吊等机械设备，其设备的利用率不高，也易受大风等不良天气影响，台班费较贵，施工成本相对高。3、预制墙板的结构不太合理，很难达到强度和安装便利性的和谐统一。4、室内露柱露梁的现象比较普遍，相对减少室内实际使用面积。

技术实现思路

1、本发明要解决的一个技术问题是，提供一种预制墙板强度高且便于安装、墙板与立柱连接可靠且压剪分离、立柱、墙板和楼板能利用电动葫芦等设备相互提升及相对减少梁柱占用室内空间的变刚度装配式多层钢结构住宅构架。

2、本发明的技术解决方案是，提供一种变刚度装配式多层钢结构住宅构架，包括与地基固定的多根立柱；

3、所述的立柱为钢管混凝土柱，相邻的钢管混凝土柱的高度不同，上下钢管混凝土柱相互固定，每根钢管混凝土柱至少两个侧面上焊接有沿高度方向延伸并构成提升预制墙板滑道的两块平行的第一竖向钢板，两块平行的第一竖向钢板上有多个穿第一螺栓用的孔，所述的孔均为横向椭圆形孔，从而保证极端水平荷载下钢管混凝土柱不被冲撞和破坏；

4、所述的预制墙板的高度中部有一根与轻钢楼板连接用的第一横向钢梁，多根第一螺栓穿过一第一竖向钢板的横向椭圆形孔、设在第一横向钢梁的两端和预制墙板两侧边沿的第一圆形孔和另一第一竖向钢板的横向椭圆形孔，经与多根第一螺栓一一对应的多个第一螺帽螺接以固定；每块预制墙板上有多个第一吊挂结构；

5、所述的轻钢楼板包括由多根第二横向钢梁构成的格栅式钢架和固定在格栅式钢架顶面的面板，轻钢楼板上有多个第二吊挂结构；

6、每根第一横向钢梁的内侧面焊接有多对用于连接多根第二横向钢梁的第二竖向钢板，每根第二横向钢梁的一端插接在两块平行的第二竖向钢板内，并经至少一根第二螺栓和至少一个第二螺帽螺接固定。

7、采用以上结构后，本发明变刚度装配式多层钢结构住宅构架具有以下优点：

8、预制墙板的高度中部有一根与轻钢楼板连接用的第一横向钢梁，其水平向强度和竖向强度均相对高，且方便安装，达到强度和安装便利性的和谐统一。

9、在与预制墙板连接处的两块平行的第一竖向钢板上设穿螺栓用的横向椭圆形孔，与预制墙板两侧及第一横向钢梁两端的第一圆形孔经多个第一螺栓和多个第一螺帽一一对应螺接固定，既保证了正常使用状态下连接的牢固性、可靠性和稳定性，又能实现承受竖向荷载的抗压构件即钢管混凝土柱与承受水平荷载的抗剪构件及预制墙板之间的适量分离，从而能保证极端水平荷载下钢管混凝土柱不被冲撞和破坏，进而保证极端水平荷载下钢结构住宅结构体系的完整性。达到平时变刚度装配式多层钢结构住宅构架牢固性、可靠性和稳定性与极端水平荷载下钢结构住宅结构构架完整性的和谐统一。

10、由于可利用钢管的不同高度采用设置的临时横向钢梁和电动葫芦或手动葫芦，提升并固定上下钢管并现场浇筑钢管内的混凝土而构成钢管混凝土柱即立柱，同时可利用安装在钢管混凝土桩上的电动葫芦或手动葫芦沿相邻两根钢管混凝土柱各自的两块平行的第一竖向钢板构成的滑道滑动提升所有预制墙板，可利用电动葫芦或手动葫芦提升所有的轻钢楼板，既实现安全施工，又大大缩短了施工工期，减少现场重型施工机械的作业量，符合目前提倡的双碳背景下的绿色施工，可大幅度节省采用重型起吊设备较贵台班费，并且施工受不良天气影响的概率大幅度降低，大幅度提高了施工效率。

11、采用本发明柱梁连接结构和柱板连接结构后，室内柱梁凸出于墙板的现象相对减少，相对增加了室内实际使用面积。

12、进一步地，所述的预制墙板为钢筋混凝土预制墙板，钢筋混凝土预制墙板的两侧各有一根与第一横向钢梁固定的竖向边钢，所述的预制墙板两侧边沿的第一圆形孔设在竖向边钢及钢筋混凝土预制墙板两侧边沿的混凝土体上；钢筋混凝土预制墙板的上下两端各有一根与竖向边钢固定的横向边钢；第一横向钢梁以上为上层房间的下部分墙板，第一横向钢梁以下为下层房间的上部分墙板，上下两块钢筋混凝土预制墙板采用多对工字形钢连接板经多根第三螺栓和多个第三螺帽一一对应螺接以固定，钢筋混凝土预制墙板的内外表面均有嵌合每对工字形钢连接板的横向凹槽。采用以上结构后，钢筋混凝土预制墙板打破常规的一楼层一墙板的传统结构，而是与轻钢楼板连接的第一横向钢梁以上为上层房间的下部分墙板，第一横向钢梁以下为下层房间的上部分墙板，两块钢筋混凝土预制墙板上下之间采用多对工字形钢连接板与螺栓螺帽连接，使钢筋混凝土预制墙板的结构更加合理，水平向强度和竖向强度均进一步提高，且更方便安装，进一步保证了强度和安装便利性的和谐统一，钢筋混凝土预制墙板单价也相对合理。

13、进一步地，所述的第一吊挂结构为预先焊接在两竖向边钢内侧的上横向边钢两端或第一横向钢梁两端的至少四个连接钢柱，每个连接钢柱上有供起吊钢丝绳的吊钩的螺纹柱旋合的第一螺纹孔，两个钢柱的外端面与钢筋混凝土预制墙板的内表面平齐，另外两个连接钢柱的外端面与钢筋混凝土预制墙板的外表面平齐。采用以上结构后，能使安装在钢管混凝土柱上的电动葫芦或手动葫芦起吊钢丝的多根分支能越过上一层或多层的预制墙板而对下层的预制墙板进行滑动提升，进一步保证了既实现安全施工、又大大缩短了施工工期、减少现场重型施工机械的作业量的技术效果。

14、进一步地，所述的第二吊挂结构为预先设置在每块轻钢楼板的面板和第二横向钢梁顶部的第二螺纹孔，第二螺纹孔用于供起吊钢丝绳的吊钩的螺纹柱旋合。采用以上结构后，利用电动葫芦或手动葫芦和第二槽钢滑动提升轻钢楼板的过程更方便、快捷、顺畅、灵活、稳定和可靠。

15、进一步地，所述的钢管混凝土柱的钢管为第一矩形钢管；所述的第一横向钢梁为h型钢；所述的第二横向钢梁为工字钢。采用以上结构后，钢管混凝土柱的钢管与第一竖向钢板的固定如焊接更方便、效率更高，连接更牢固。第一横向钢梁与钢筋混凝土预制墙板中的钢筋和竖向边钢的连接更方便、更牢固和更可靠。第二横向钢梁采用工字钢后与顶面的面板的固定如焊接或采用多个螺钉螺接更方便、更牢固和更可靠，工字钢经螺纹孔与起吊钢丝上螺纹柱的螺接更方便、更牢固和更可靠。

16、进一步地，横向椭圆形孔的高度尺寸大于第一横向钢梁的两端和预制墙板边沿上的第一圆形孔的直径尺寸。采用以上结构后，在极端水平荷载下钢筋混凝土预制墙板相对第一竖向钢板及钢管混凝土柱不仅可有水平向位移，还具有一定的竖直向的位移，其抗震效果更好，进一步保证了钢管混凝土柱不被冲撞和破坏，进而进一步保证了极端水平荷载下钢结构住宅结构体系的完整性。

17、进一步地，预制墙板的上端有一个用于与上板嵌合的竖向凹槽或竖向凸条；预制墙板的下端有一个用于与下板嵌合的竖向凸条或竖向凹槽。采用以上结构后，上下的钢筋混凝土预制墙板的内外表面的均可基本保持在同一铅垂线上，且每个单元的上下钢筋混凝土预制墙板的整体性更好，作为墙板的防护功能更强。

18、进一步地，上下钢管混凝土柱相互固定的结构为，上钢管连接处的内侧焊接有多个锚固用螺栓，下钢管连接处的内侧也焊接有多个锚固用螺栓，上下锚固用螺栓横向位置相互错位；上钢管与下钢管的连接处为公母止口嵌合结构，公母止口的相互贴合的竖板上有多个倒葫芦形孔，多个第四螺栓的大头从倒葫芦形孔的大孔穿人后下沉至倒葫芦形孔的小孔，再采用第四螺帽一一对应螺接以固定；现场浇筑的混凝土凝固后构成加强性固定。采用以上结构后，上下钢管混凝土柱相互对正和固定的现场施工方便、快捷和效率高，且连接牢固可靠，钢管混凝土柱强度高，承载能力和抗震能力强。

19、本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种可利用电动葫芦等设备提升且墙板可滑动上升、施工安全、节省重型起吊设备的台班费、提高施工效率的变刚度装配式多层钢结构住宅构架的施工方法。

20、本发明的另一个技术解决方案是，提供一种以上任何一项技术方案所述的变刚度装配式多层钢结构住宅构架的施工方法，包括以下施工步骤：

21、(1)、将多根钢管混凝土柱最下端的的第一根钢管采用汽车吊吊至预设地点后用地脚螺栓与地基固定，多个单元的最下端的第一根钢管一次性施工完成，横向相邻的最下端的第一根钢管的高度不同；

22、(2)、在横向分布且同一直线上的多根钢管中的两根高的钢管的顶部利用第一竖向钢板上的横向椭圆形孔采用螺栓螺帽搭设吊装用的临时横向钢梁，采用安装在临时横向钢梁上的电动葫芦或手动葫芦逐根将钢管提升并对接，上下钢管连接处利用倒葫芦形孔采用螺栓螺接后，从顶端对已螺接固定的钢管浇筑混凝土并待凝固；

23、(3)、将电动葫芦或手动葫芦安装在钢管混凝土柱顶端，再将电动葫芦或手动葫芦的钢丝绳的吊钩的螺纹柱旋合在预制墙板的至少四个螺纹孔内，将每块预制墙板从底端插入相邻两根钢管混凝土柱各自的两块平行的第一竖向钢板构成的滑道内，启动电动葫芦或手拉手动葫芦，将每块预制墙板提至暂定高度，待一个单元的一组预制墙板均在同一暂定高度后，采用多根第一螺栓和多个第一螺帽一一对应将每块钢筋混凝土预制墙板的两侧与两块平行的第一竖向钢板临时螺接固定；

24、(4)、重复步骤(3)一次或两次，将另一组预制墙板或再另一组预制墙板升至暂定高度并临时固定；

25、(5)、将电动葫芦或手动葫芦的钢丝绳的吊钩的螺纹柱旋合在轻钢楼板的至少四个螺纹孔内，启动电动葫芦或手拉手动葫芦，将该轻钢楼板提至暂定高度后，将该格栅式钢架的多根第二横向钢梁的两端分别插入多块预制墙板的第一横向钢梁的两块平行的第二竖向钢板内，并采用多根第二螺栓和多个第二螺帽将每根第二横向钢梁的两端与钢筋混凝土预制墙板的第一横向钢梁的两块平行的第二竖向钢板一一对应临时螺接固定；

26、(6)、再重复步骤(2)，再重复步骤(4)，再重复步骤(5)，即：钢管混凝土柱地提升和固定并浇筑混凝土、预制墙板地提升和固定及轻钢楼板的提升和固定交替进行；预制墙板提升至装配高度后，采用多根第一螺栓和多个第一螺帽一一对应将预制墙板与钢管混凝土柱的第一竖向钢板永久性螺接固定；轻钢楼板提升至装配高度后，采用多根第二螺栓和多个第二螺帽一一对应将轻钢楼板与预制墙板的第一横向钢梁的第二竖向钢板永久性螺接固定；直至一个单元的多根钢管混凝土柱施工完成、多块预制墙板装配完成和多块轻钢楼板装配完成；装配完成后的上下预制墙板的竖向凹槽与竖向凸条相互嵌合；

27、(7)、重复施工步骤(2)-(6)，直至整栋住宅的每个单元的多根钢管混凝土柱施工完成、预制墙板和包括屋顶板在内所有楼层的轻钢楼板均装配完成；

28、(8)、在施工步骤(2)-(7)中，可根据施工过程和施工高度的需要，利用第一竖向钢板上的多个横向椭圆形孔和多个螺栓螺帽搭设脚手架式的施工平台，并在完成施工后从上至下逐层拆除脚手架式的施工平台。

29、采用以上施工步骤后，本发明变刚度装配式多层钢结构住宅构架的施工方法具有以下优点：

30、由于可利用钢管的不同高度采用设置的临时横向钢梁和电动葫芦或手动葫芦，提升并可拆式固定上下钢管并现场浇筑钢管内的混凝土而构成钢管混凝土柱即立柱，同时可利用临时横向钢梁和电动葫芦或手动葫芦沿相邻两根钢管混凝土柱各自的两块平行的第一竖向钢板构成的滑道逐层滑动提升所有的预制墙板，可利临时横向钢梁或多个顶升油缸将屋顶板就位、可利用电动葫芦或手动葫芦沿四块钢筋混凝土预制墙板内侧逐层提升所有的轻钢楼板，既实现安全施工，又大大缩短了施工工期，减少现场重型施工机械的作业量，符合目前提倡的双碳背景下的绿色施工，可大幅度节省采用重型起吊设备较贵的台班费，并且施工受不良天气影响的概率大幅度降低，大幅度提高了施工效率。

31、进一步地，最顶部的轻钢楼板即为屋顶板，屋顶板升至电动葫芦或手动葫芦能升到的最高点时，将屋顶板与多根钢管混凝土柱的第一竖向钢板临时固定，再拆卸电动葫芦或手动葫芦和临时横向钢梁，再在屋顶板下方的多根钢管混凝土柱上临时固定上顶用油缸，再经油缸顶升将屋顶板顶升至预定高度位置。采用以上施工步骤后，可利用多个顶升油缸将屋顶板就位，进一步保证了大幅度节省采用重型起吊设备较贵的台班费且大幅度提高施工效率的技术效果。