本發(fā)明涉及一種預(yù)制裝配式多層房屋冷彎薄壁型鋼外墻結(jié)構(gòu)體系，尤其適用于跨度較大的低層及多層分層裝配式冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)房屋，屬于建筑工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

冷彎薄壁型鋼房屋承重的組合墻體通常由冷彎薄壁型鋼墻架柱、內(nèi)填保溫棉和外覆石膏板等構(gòu)成，易于實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)再利用；墻板具有良好的保溫隔熱性能，降低使用過(guò)程中的能量消耗，符合國(guó)家綠色環(huán)保要求；墻架柱主要部件在工廠加工好后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配。墻片自重輕，人工搬運(yùn)，施工時(shí)不需要大型吊裝設(shè)備，易于操作，抗震性能好。節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材、環(huán)保，有利于房屋建筑工業(yè)化，并具有施工周期短、綜合效益好等一系列優(yōu)點(diǎn)，很適合資源緊張環(huán)境污染嚴(yán)重的當(dāng)下在房屋建筑工程中采用。目前這種房屋體系已成為美國(guó)、日本、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家低層及多層房屋住宅建筑的主要形式。

業(yè)內(nèi)人士對(duì)組合墻體在單向及往復(fù)荷載作用下抗剪性能進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究及有限元分析，得到了該墻體具有較好承載性能，破壞多以墻板及自攻螺釘失效為主，內(nèi)部墻架柱無(wú)破壞；國(guó)內(nèi)對(duì)2-3層的整體房屋進(jìn)行了足尺模型的強(qiáng)震下振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，表明該結(jié)構(gòu)體系房屋具有優(yōu)秀的抗震性能，結(jié)構(gòu)多以墻體面板開(kāi)裂及自攻螺釘脫落為主，不會(huì)發(fā)生連續(xù)性倒塌。綜合考慮施工工藝、結(jié)構(gòu)受力、部品間傳力、體系多桿件等特點(diǎn)，目前裝配方法是將各樓層墻架柱在工廠裝成墻段后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)拼裝，形成了《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術(shù)規(guī)范》（JGJ227-2011）推薦的樓層連接處做法，墻體所承受的水平地震作用簡(jiǎn)化在墻體頂端時(shí)，會(huì)使墻體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)和滑移，目前通過(guò)在每層墻段底部及墻底支座處設(shè)置抗拔錨栓方式來(lái)抵抗外加荷載作用，限于低層建筑很難滿(mǎn)足人們對(duì)建筑多功能的要求，也很難應(yīng)對(duì)我國(guó)人多地少，住房用地緊張的客觀國(guó)情需要，急需將該類(lèi)體系應(yīng)用到多層房屋中。但將結(jié)構(gòu)體系用于多層房屋時(shí)，隨房屋層數(shù)增多，底下各層墻體承受壓力將增大，各層由地震作用產(chǎn)生的剪力也將增大，因此形成的組合墻體在樓層連接處不連續(xù)做法始終是限制該體系向多高層發(fā)展的瓶頸因素，迫切需要采取加強(qiáng)措施，提高上下層墻段間協(xié)同工作能力。

中國(guó)專(zhuān)利ZL201210564012.8公開(kāi)了一種多層房屋冷彎薄壁型鋼梁柱結(jié)構(gòu)體系，包括鋼筋混凝土地梁（1），鋼筋混凝土地梁（1）中固定有向上直立的柱，每根柱上固定有與柱垂直的梁，每根梁相互平行，其特征在于：柱采用的是矩形鋼管柱（2）；梁采用的是折彎成“L”形的冷彎薄壁C型鋼梁（4）；有一根冷彎薄壁角鋼（5）固定在每根矩形鋼管柱（2）上方等高處，有另一根冷彎薄壁角鋼（5）固定在每根矩形鋼管柱（2）下方等高處，“L”形冷彎薄壁C型鋼梁（4）的折彎部分嵌在空腔中，部分或全部矩形鋼管柱（2）的空腔中充填有砂卵石（3）。該專(zhuān)利技術(shù)中，內(nèi)墻架柱豎向連續(xù)，并采用雙角鋼進(jìn)行樓層加強(qiáng)的做法，其傳力路徑直接可靠，能夠提高房屋的抗側(cè)能力，對(duì)于內(nèi)墻此法使用。但是，當(dāng)將其應(yīng)用于外墻時(shí)，角鋼的存在使得外墻墻面板難以安裝，存在一定的技術(shù)缺陷，且存在大量需采用自攻螺釘連接樓層梁與墻體，墻架柱接口的拼接需現(xiàn)場(chǎng)處理，推廣應(yīng)用受限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種傳力路徑直接可靠，能明顯提高結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)能力和承受豎向荷載作用的能力的冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)房屋外墻結(jié)構(gòu)體系。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案是：

一種冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)房屋外墻結(jié)構(gòu)體系，包括相互配合的梁和墻架柱，其特征在于：

墻架柱由背靠背緊貼并用自攻螺釘固定的兩根C型鋼構(gòu)成，含下層柱和上層柱；

梁包括C型鋼樓層梁，連接相鄰兩個(gè)柱的開(kāi)口向下的下層房屋U型鋼頂梁和開(kāi)口向上的上層房屋U型鋼底梁；

且：備有由底板、背板和側(cè)板構(gòu)成的抗拔件，底板上開(kāi)有螺栓孔，背板上開(kāi)有自攻螺釘孔；

備有C型鋼加勁件；

備有由抗拔錨栓、墊片、螺母構(gòu)成的連接件；

備有桁架式加強(qiáng)部件：包括投影為矩形布置的四根直立的鋼套管，固定于鋼套管兩端并與鋼套管同軸的空心支座，相鄰空心支座之間焊接有水平橫向鋼筋或者水平縱向鋼筋，在水平橫向鋼筋與鋼套管構(gòu)成的前后兩側(cè)壁的四個(gè)角的空心支座上，均沿對(duì)角線(xiàn)方向焊接有長(zhǎng)度相等的斜向鋼筋，每根斜向鋼筋的遠(yuǎn)端焊接在一個(gè)開(kāi)孔鋼板上；

頂梁上開(kāi)有與螺栓孔對(duì)應(yīng)的孔，底梁上開(kāi)有與螺栓孔對(duì)應(yīng)的孔；

頂梁開(kāi)口略大于下層柱寬度，相鄰兩個(gè)下層柱的頂部鑲嵌在頂梁向下的開(kāi)口中并通過(guò)自攻螺釘固定；

下層柱內(nèi)壁與頂梁之間還連接有抗拔件，其中抗拔件的背板與下層柱之間用自攻螺釘固定，抗拔件的底板緊貼頂梁且頂梁上的孔與螺栓孔重疊；

頂梁上面通過(guò)自攻螺釘固定樓層梁，樓層梁上面通過(guò)自攻螺釘固定底梁；

底梁開(kāi)口略大于上層柱寬度，相鄰兩個(gè)上層柱的底部鑲嵌在底梁向上的開(kāi)口中并通過(guò)自攻螺釘固定；

上層柱內(nèi)壁與底梁之間還連接有抗拔件，其中抗拔件的背板與上層柱之間用自攻螺釘固定，抗拔件的底板緊貼底梁且底梁上的孔與螺栓孔重疊；

桁架式加強(qiáng)部件安裝在頂梁與底梁之間，并由抗拔錨栓穿過(guò)螺栓孔、頂梁、鋼套管、底梁后，通過(guò)墊片和螺母相互固定。

進(jìn)一步的方案是：鋼套管上，相間焊接有加強(qiáng)箍。

更進(jìn)一步的方案是：樓層梁內(nèi)壁還背靠背緊貼有加勁件，并用自攻螺釘將加勁件固定在樓層梁上。

本發(fā)明中：

桁架為空間立體桁架，其水平橫向鋼筋直徑可為20mm，水平縱向鋼筋及斜向鋼筋直徑可為16mm，所有鋼筋均通過(guò)焊接方式焊接在鋼套管端部的空心支座上，水平橫向鋼筋選用較大直徑，是為提高層間加強(qiáng)部件抗扭能力。

開(kāi)孔鋼板強(qiáng)度最好為Q235B型結(jié)構(gòu)鋼，壁厚10mm，鋼板上開(kāi)有豎向橢圓形孔，橢圓長(zhǎng)軸長(zhǎng)度40mm，短軸長(zhǎng)度10mm，孔間凈距離20mm,鋼筋與鋼板采用角焊縫連接，此構(gòu)造能明顯提高樓層連接處耗能能力，且縮短鋼筋計(jì)算長(zhǎng)度，抑制鋼筋發(fā)生面外失穩(wěn)。

鋼套管可采用壁厚3mm的無(wú)縫鋼管制成，直徑20mm，便于抗拔錨栓穿過(guò)；且在鋼套管上間隔50mm外圍焊接加強(qiáng)箍，加強(qiáng)箍高度30mm,壁厚5mm,進(jìn)行局部加強(qiáng)，避免鋼套管發(fā)生局部失穩(wěn)；鋼套管端部焊接空心支座，避免受荷載作用時(shí)沿端部拉裂或局部發(fā)生擠壓破壞；且鋼套管對(duì)抗拔錨栓受壓屈曲后具有約束變形的作用，形成約束屈曲支撐作用的效果，可抑制抗拔錨栓受壓作用時(shí)屈曲失效。

為提高抗拔錨栓的傳力能力，避免抗拔件上的自攻螺釘傳遞豎向荷載時(shí)被剪斷，且提高抗平面外失穩(wěn)的能力。抗拔錨栓數(shù)量由設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的每個(gè)截面設(shè)置單根增加到每個(gè)截面設(shè)置兩根，相應(yīng)的抗拔鍵底板上配合開(kāi)兩個(gè)螺栓孔，且抗拔件采用三排自攻螺釘連接到墻架柱上。

層間桁架加強(qiáng)部件可隔跨布置。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

依托樓層連接處頂?shù)琢洪g安放空間桁架加強(qiáng)部件，能夠部分承擔(dān)水平及豎向荷載作用，提高樓層連接處的薄弱部位的抗力能力；抗拔錨栓數(shù)量由設(shè)計(jì)規(guī)范《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術(shù)規(guī)范》（JGJ227-2011）推薦的每個(gè)截面設(shè)置單根增加到每個(gè)截面設(shè)置兩根，提高抗拔錨栓的傳力能力，避免抗拔件上自攻螺釘傳遞豎向荷載時(shí)被剪斷，且提高抗平面外失穩(wěn)的能力；層間加強(qiáng)部件采用工廠化生產(chǎn)，與樓層連接處的抗拔錨栓配合使用，現(xiàn)場(chǎng)安裝速度快，可將該體系應(yīng)用到冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)房屋中，形成分層裝配的易于實(shí)施建筑工業(yè)化的多層結(jié)構(gòu)體系；且不改變《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術(shù)規(guī)范》推薦的樓層連接處做法，規(guī)范規(guī)定的相關(guān)設(shè)計(jì)方法依然具有一定適用性，適合建筑工業(yè)化，單層墻段墻架柱可在工廠加工好后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，施工速度快；加強(qiáng)部件采用空間桁架形式，造價(jià)低、自重輕、易于安裝，不會(huì)明顯增加房屋綜合造價(jià)和房屋重量，適用性強(qiáng)。

按照《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術(shù)規(guī)范》推薦樓層連接處做法，其荷載傳力模式為通過(guò)上層墻段底梁傳給樓層梁及加勁件。采用在樓層連接處進(jìn)行層間構(gòu)造加強(qiáng)后，傳力部件增為三部分，再傳給下層墻體頂梁，能明顯提高結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)能力和承受豎向荷載作用的能力。

層間桁架加強(qiáng)部件采用工廠化生產(chǎn)，與樓層連接處的抗拔錨栓配合使用，不額外增加連接件，現(xiàn)場(chǎng)安裝速度快，解決了該種結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用到多層冷彎薄壁型鋼房屋中的關(guān)鍵問(wèn)題；不會(huì)明顯增加房屋重量，也就不會(huì)增加地震作用，在靜載作用下連接處于彈性狀態(tài)，加強(qiáng)部件能提高結(jié)構(gòu)的剛度，強(qiáng)震發(fā)生時(shí)加強(qiáng)部件進(jìn)入彈塑性狀態(tài)后，開(kāi)孔鋼板開(kāi)始耗能，能夠保護(hù)鋼筋不發(fā)生過(guò)早的屈曲失效，因此抗震效果好；風(fēng)載作用下，層間桁架加強(qiáng)部件可明顯提高結(jié)構(gòu)阻尼，減小結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加速度；建筑物拆除后層間桁架加強(qiáng)部件易于拆除，其仍可繼續(xù)使用，且安裝在墻體平面內(nèi)，不影響建筑美觀。

附圖說(shuō)明

圖1是層間桁架加強(qiáng)部件三維示意圖。

圖2是本發(fā)明中的冷彎薄壁型鋼房屋墻體裝配三維示意圖。

圖3是本發(fā)明中的鋼套管及其組件三維示意圖。

圖4是本發(fā)明中的抗拔件三維示意圖。

圖5是本發(fā)明中的抗拔錨栓及其組件三維示意圖。

圖中：1-斜向鋼筋，2-開(kāi)孔鋼板，3-加強(qiáng)箍，4-鋼套管，5-空心支座，6-水平橫向鋼筋，7-水平縱向鋼筋，8-下層柱，9-樓層梁，10-自攻螺釘，11-頂梁，12-加勁件，13-抗拔件，14-抗拔錨栓，15-螺栓孔，16-墊片，17-底梁，18-上層柱，19-螺母。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5，一種冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)房屋外墻結(jié)構(gòu)體系，包括相互配合的梁和柱，其特征在于：

柱由背靠背緊貼并用自攻螺釘10固定的兩根C型鋼構(gòu)成，含下層柱8和上層柱18；

梁包括C型鋼樓層梁9，連接相鄰兩個(gè)柱的開(kāi)口向下的下層房屋U型鋼頂梁11和開(kāi)口向上的上層房屋U型鋼底梁17；

且：備有由底板、背板和側(cè)板構(gòu)成的抗拔件13，底板上開(kāi)有螺栓孔15，背板上開(kāi)有自攻螺釘孔；

備有C型鋼加勁件12；

備有由抗拔錨栓14、墊片16、螺母19構(gòu)成的連接件；

備有桁架式加強(qiáng)部件：包括投影為矩形布置的四根直立的鋼套管4，固定于鋼套管4兩端并與鋼套管4同軸的空心支座5，相鄰空心支座5之間焊接有水平橫向鋼筋6或者水平縱向鋼筋7，在水平橫向鋼筋6與鋼套管4構(gòu)成的前后兩側(cè)壁的四個(gè)角的空心支座5上，均沿對(duì)角線(xiàn)方向焊接有長(zhǎng)度相等的斜向鋼筋1，每根斜向鋼筋1的遠(yuǎn)端焊接在一個(gè)開(kāi)孔鋼板2上；

頂梁11上開(kāi)有與螺栓孔15對(duì)應(yīng)的孔，底梁17上開(kāi)有與螺栓孔15對(duì)應(yīng)的孔；

頂梁11開(kāi)口略大于下層柱8寬度，相鄰兩個(gè)下層柱8的頂部鑲嵌在頂梁11向下的開(kāi)口中并通過(guò)自攻螺釘10固定；

下層柱8內(nèi)壁與頂梁11之間還連接有抗拔件13，其中抗拔件13的背板與下層柱8之間用自攻螺釘10固定，抗拔件13的底板緊貼頂梁11且頂梁11上的孔與螺栓孔15重疊；

頂梁11上面通過(guò)自攻螺釘10固定樓層梁9，樓層梁9上面通過(guò)自攻螺釘10固定底梁17；

底梁17開(kāi)口略大于上層柱18寬度，相鄰兩個(gè)上層柱18的底部鑲嵌在底梁17向上的開(kāi)口中并通過(guò)自攻螺釘10固定；

上層柱18內(nèi)壁與底梁17之間還連接有抗拔件13，其中抗拔件13的背板與上層柱18之間用自攻螺釘10固定，抗拔件13的底板緊貼底梁17且底梁17上的孔與螺栓孔15重疊；

桁架式加強(qiáng)部件安裝在頂梁11與底梁17之間，并由抗拔錨栓14穿過(guò)螺栓孔15、頂梁11、鋼套管4、底梁17后，通過(guò)墊片16和螺母19相互固定。

其中：鋼套管4上，相間焊接有加強(qiáng)箍3。樓層梁9內(nèi)壁還背靠背緊貼有加勁件12，并用自攻螺釘10將加勁件12固定在樓層梁9上。

斜向鋼筋1與開(kāi)孔鋼板2最好通過(guò)角焊縫焊接。

將層間桁架加強(qiáng)部件安裝到墻體端部的首跨，之后隔跨布置；安裝順序?yàn)椋旱讓訅Χ锡埞桥c基礎(chǔ)固定好后，將樓層梁9通過(guò)自攻螺釘10固定到底層U型頂梁11上，再將樓層加勁件12用自攻螺釘10連接到樓層梁9上，將抗拔錨栓14穿過(guò)底層抗拔件13的螺栓孔15后，再穿過(guò)放置在底層U型頂梁11上表面的墊片16，抗拔錨栓14穿過(guò)鋼套管4后，穿過(guò)頂層U型底梁17后再放置墊片16，擰緊上下螺母19，完成層間加強(qiáng)部件的安裝。

最后，采用自攻螺釘10將墻面板安裝在墻架上，也就完成了外墻樓層墻段的安裝。