一种装配式钢结构建筑的装配结构的制作方法

本发明涉及建筑、建筑用钢结构技术领域，尤其涉及一种钢结构建筑的装配结构。

背景技术：

现代建筑主要可以分为以下四类：一、砖木结构；二、砖混结构；三、钢混结构；四、钢结构。钢结构是主要由钢制材料组成的结构，主要的建筑结构类型之一。钢结构主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桥架等构件组成。各构件或部件之间通常采用焊接焊缝、螺栓或铆钉连接。钢结构连接过程中，起主要作用的是钢梁和立柱，是形成整个钢结构框架建筑的主体。

本设计人发现，现有的钢结构建筑中，多采用工字钢、插板焊接、台面安装、台面焊接的“柱挂梁”方式组合安装。这种选用工字型钢和连接的方式，优点是工字钢断面宽度窄、高度高、壁薄、每米长度重量轻，承载静压力能力强，单位平方用钢量少等，所以现在的生产车间大都采用了这种钢结构设计。但是中高层建筑很少采用全钢结构设计的，部分有混凝土楼体以外加装工字钢材料结合楼体，原因就是中高层建筑最需要的是抗震抗风能力，也就是要求抗扭矩力的能力强。但工字钢抗扭矩力能力低，达不到高层建筑的设计要求。

为此针对上述问题，我们提出一种选用H型钢，这种钢高和宽相等壁厚大，同等规格的型材，截面积是工字钢的七倍。由于高宽相等抗扭矩力是工字钢的十倍，并且以顶梁柱的方式，采用四梁八柱、斗拱件连接。榫铆结构，中间无焊接，依靠螺栓固定，梁和层板都是贯通梁、板，钢制形制的装配式钢制建筑结构。

技术实现要素：

本发明的目的，在于提供一种装配式钢结构建筑，以解决上述背景技术中提出的，现有以工字钢为主的钢结构建筑抗扭矩力差、焊点保证系数低、整体建筑刚性性能差等问题，以实现装配式钢结构建筑替代传统钢筋水泥结构建筑的目的。为实现上述目的，本发明提出如下技术方案。

一种装配式钢结构建筑的装配结构，装配式钢结构建筑主体的大梁、副梁、立柱均采用H型钢，大梁承托副梁，大梁与副梁交叉位置安装有立柱；

交叉位置安装有用于将大梁、副梁、立柱连接在一起的斗拱件，斗拱件分为榫件、铆件，榫件、铆件分布在立柱周围，榫件、铆件分别设置用于相互扣合一起的扣合凸起、扣槽，相邻的榫件和铆件扣合在一起，榫件、铆件通过可拆卸连接方式安装在立柱上。

根据所述装配式钢结构建筑的装配结构，所述榫件、铆件通过螺栓连接方式安装在立柱上，立柱端部U型槽底部、立柱端部侧面均设置多个螺孔，螺栓穿过榫件、铆件以及上述螺孔，将斗拱件与立柱连接在一起。

根据所述装配式钢结构建筑的装配结构，所述榫件、铆件主体为L形，榫件立面板设有竖直的扣合凸起，铆件立面板设有竖直的扣槽，榫件、铆件的水平板底部设有U型槽, 榫件、铆件的水平板上设置有多个螺孔。

根据所述装配式钢结构建筑的装配结构，所述榫件、铆件直角内侧有加强筋，加强筋两侧有关于加强筋对称分布的螺孔。

根据所述装配式钢结构建筑的装配结构，大梁与副梁呈十字形安装，大梁与副梁交叉位置上方为上立柱，大梁与副梁交叉位置下方为下立柱，上下两个立柱四周均分布有榫件、铆件。

根据所述装配式钢结构建筑的装配结构，榫件、铆件设置有与斜柱或交叉柱连接的安装筋。

与现有钢筋水泥建筑相比本发明具有如下有益效果。

1、现代建筑材料主要是钢筋、水泥、沙石砖模，这是破坏环境的主要源头，装配式钢结构建筑主要使用钢材和蒸压轻质混凝土，不用沙石砖模，二十层的楼每平方用钢量不到100公斤，蒸压轻质加气混凝土300公斤，平方重量不到钢混建筑的七分之一，装配式安装无扬尘，这是最大限度保护了青山绿水、森林良田的自然环境。

2、装配式钢结构建筑以顶梁柱的方式，采用四梁八柱，斗拱件连接，斗拱件是榫铆结构螺栓连接，无焊接，可实现标准件储备，工厂自动化设备生产，其加工精度是钢混建筑的十倍。

3、由于是标准化生产，流水线作业，90%的工作量都是在车间自动化设备上完成，施工现场又是积木化装配，速度快、效率高，因此用工量只有钢混建筑的十分之一。

4、采用现有的常规ALC蒸压轻质加气混凝土板材做层板和墙板，装配式钢结构建筑无需承重墙，可实现大楼整体大跨距设计。整幢二十层高的建筑，只有三层钢混建筑的重量，地面下沉比小，再配以交叉柱、斜柱和H型钢的柔性。斗拱件又收纳了大部分的扭拒力，装配式钢结构建筑可实现9度设防，抗8级地震，因此抗震能力是现有建筑十倍。

5、装配式钢结构建筑可实现产品标准件储备，工厂自动化生产，大跨距的设计，所用建筑材料量少、成本低，每平方造价只有钢混建筑的一半，是工薪阶层都能住得起的建筑。

6、主体钢结构采用浸塑工艺，保护层厚，使用期可达百年。由于是钢结构，连接各种固定件安装件方便，楼体外部造型可以任意变化。由于跨距大，没有承重墙，内部可根据需要自行分割，并可任意拆除，而且整幢拆除方便，建筑垃圾少。由于建筑成本低，可实现一家一院式的空中花园，也可增大每层公共面积，增加单层邻居交流机会，改变对门不相识的环境，所以使用百年后也不落后。

附图说明

图1为本发明十字节点斗拱件装配示意图。

图2为带有斜柱或交叉柱斗拱件装配图。

图3为立柱结构示意图。

图4为斗拱件铆件结构示意图。

图5为斗拱件榫件结构示意图。

图6为角连接件结构示意图。

附图中：1、上立柱； 2、上侧铆件 ；21、扣槽；22、铆件立面板；23、铆件加强筋；24、铆件水平板； 3、上侧榫件；31、扣合凸起；32、榫件立面板；33、榫件加强筋；34、榫件水平板； 4、副梁； 5、螺孔； 6、大梁； 7、下立柱；71、侧面螺孔；72、槽型螺孔； 8、斜柱或交叉柱； 9、上斜安装筋； 10、下斜安装筋。

具体实施方式

本装配式钢结构建筑采用H型钢为主。以顶梁柱的方式进行设计，采用中国传统的“四梁”大梁、副梁、边梁、连接梁“八柱”十字柱、丁字柱、外角柱、内角柱、边柱、斜柱、交叉柱、沿柱。斗拱件用于连接所有的梁与柱。斗拱件设计为铆榫结构、无焊点用螺栓螺紧。斗拱件只有紧固力，承载重力都在各种顶梁柱上。所有梁都是纵向或横向贯通梁，用连接板连接，再配以ALC蒸压轻质加气混凝土板材，楼板是纵向贯通板，墙板固定在边梁上。这种板材只有钢筋混凝土材料四分之一的重量，由于钢结构跨距大，没有承重墙，整幢建筑只有钢筋水泥建筑七分之一的重量。

如图1所示的是一种装配式钢结构建筑的装配结构，是梁与立柱交叉点位置的装配示意图。其中，装配式钢结构建筑主体的大梁、副梁、立柱均采用H型钢，大梁6上面承托有副梁4，大梁6与副梁4交叉位置安装有立柱。交叉位置设有用于将大梁6、副梁4、立柱连接在一起的斗拱件。斗拱件分为榫件、铆件，榫件、铆件分布在立柱周围，榫件、铆件分别设置有用于相互扣合一起的扣合凸起31、扣槽21，相邻的榫件和铆件扣合在一起，榫件、铆件通过可拆卸连接方式安装在立柱上。榫件、铆件还通过可拆卸连接方式与梁连接在一起。上述可拆卸连接方式优选采用螺栓连接方式。

进一步，所述榫件、铆件通过螺栓连接方式安装在立柱上。如图3所示，立柱上下端部U型槽底部、立柱端部侧面均设置多个螺孔，螺孔交错布置，便于螺栓穿过，而不发生干涉。螺栓穿过榫件、铆件以及上述螺孔，将斗拱件与立柱连接在一起。大梁6与副梁4的相应位置也有上述螺孔，侧面和槽形底部的螺孔也交错布置，便于螺栓穿过而不发生干涉。

进一步，如图4-5所示，榫件、铆件主体截面为L形，是由两个相互垂直的立面板、水平板组成。榫件立面板32设有竖直的扣合凸起31，铆件立面板22设有竖直的扣槽21，榫件、铆件的水平板底部设有U型槽, 榫件、铆件的水平板上设置有多个螺孔。如图4所示，扣槽21位于直角的外侧。为了增强榫件、铆件强度，榫件、铆件直角内侧有加强使用强度的一体式加强筋。加强筋为L型一体式加强板。加强筋两侧设置有关于加强筋对称分布的螺孔。

如图1所示，大梁6与副梁4呈十字形安装，这是一种较常见的安装方式。大梁6与副梁4垂直交叉安装，大梁在下，副梁在上，大梁6与副梁4交叉位置上方为上立柱1，大梁6与副梁4交叉位置下方为下立柱7。上下两个立柱四周均分布有榫件、铆件。榫件、铆件分别设置有用于相互扣合一起的扣合凸起31、扣槽21，相邻的榫件和铆件扣合在一起。螺栓穿过斗拱件（榫件、铆件）的立面板、立柱，抱合在立柱上。螺栓穿过斗拱件的水平板、梁（主梁、副梁），将梁与立柱连接为一个整体。上下两个立柱均采用上述相同的方式进行连接。

为了将上述梁、立柱与斜柱或交叉柱8连接为一体，就需要在榫件、铆件设置有与斜柱或交叉柱8连接的安装筋。安装筋与斜柱或交叉柱8共面。安装筋为榫件、铆件直角内侧的矩形薄板，通过螺栓与斜柱或交叉柱的端部连接为一个整体。进一步提高钢结构建筑的整体框架强度。

本发明的梁系列采用H型钢，钢材的标准型号有10#、15#、20#、25#、30#、40#、50#、60#等和非标准型号。如20#型钢截面高为200毫米，宽为200毫米。所有截面钢材厚度为20毫米，长度为N。在每件标准制造的梁上，两端侧面制有梁连接件安装孔。在梁的平面上根据模数尺寸，制有N组斗拱件安装孔位，模数尺寸是根据装配式钢结构建筑特征，统一设定的一种规范性的技术数值。无论设计任何的建筑，都是采用这种模数标准。所以梁不论任何型号的钢材模数尺寸都是相同的。在梁每一个模数尺寸的交汇点上，制有N组该梁型号斗拱件安装所需要的安装孔位，每组安装孔位有6个。钻通H型钢上下两个平面的通孔，每种梁的型号不同，孔径和孔位也不相同，但模数尺寸相同，每一层梁主要承载该层的重量。所以梁选用规格小于立柱的规格，梁在装配式钢结构建筑的设计上，主要分为大梁、副梁、边梁、连接梁，即四梁。大梁是纵向安装，立柱顶在大梁下，副梁是横向安装成十字形坐在大梁上用斗拱件固定，边梁安装在同层四周的大梁上，主要用于外墙体的安装。连接梁是外加梁主要用于小间的分隔，这四种梁在同一层选用的是一种规格型号，由于他们安装孔位是相同的，可以相互替换使用，所以就是一种标准件的梁。在装配式钢结构建筑，楼层楼房设计时根据楼层数和高度，每几层是一种型号，楼层数越多，底层选用的型号就越大，反之就越小。地震时梁主要承担的是剪切力，大梁和副梁也可选用并排安装以提高抗扭距力的能力。

立柱如图3所示，立柱系列标准图所示，立柱系列也采用H型钢，楼层的高度减去大梁和副梁厚度等于立柱实际高度。如图所示，立柱两端各加工有与立柱规格型号相配套的斗拱件安装孔位并钻通。H型钢分为两个平面和两个凹面。立柱的下端斗拱件安装孔位，平面与凹面的相错位交叉，便于安装螺栓，而立柱上端的安装孔则于下端的错位，主要原因是立柱下端坐在副梁上，而上端顶在大梁下，梁的安装是正对交叉成十字。立柱承载的是立柱以上部分的全部的重量，所以立柱抗杠杆扭矩力的能力，应是大梁和副梁之和，因此立柱选用H型钢要比梁大一个型号。装配式钢结构建筑在设计立柱时主要分为十字柱、丁字柱、外角柱、内角柱、边柱、斜柱、交叉柱、沿柱即八柱。十字柱为楼中间的顶大梁和副梁的立柱；丁字柱为楼两端墙体外、成丁字形的立柱；外角柱为楼四个角的立柱；内角柱为楼外造型阴角处的立柱；边柱为走廊处的立柱；斜柱为楼底抗震用的支撑柱；交叉柱为楼内抗震用的定位柱；沿柱为楼顶上走沿加固柱。十字柱、丁字柱、外角柱、内角柱、边柱，这五种立柱同一层选用规格相同，安装尺寸相同，仅安装位置不同，可以相互替换使用。斜柱、交叉柱、沿柱这三种立柱外形与立柱相同，但外形尺寸和安装孔位与立柱不同。在装配式钢结构建筑楼房设计时，根据楼层数和楼体的重量，选用不同型号的立柱标准件。楼层越高、底层选用的立柱型号就越大，反之就越小。梁承载的是平行运动的剪切力，立柱承载的是前后运动的杠杆力，立柱选用的标准件钢型号是大梁和副梁之和，所以立柱大于梁一个规格。底层立柱还可选用两个或四个立柱并排成一体使用，以提高立柱的抗杠杆扭距力。

装配式钢结构建筑的技术核心，是在每一个接点连接用的斗拱件榫件、铆件、交叉柱的榫件、铆件、角连接件、直梁连接件等。每种斗拱件与其配套的H型钢、梁和柱的规格相匹配。

斗拱件具有铆榫结构。榫件为直角九十度的斗拱件。不同型号的柱对应不同型号的斗拱件。榫件下侧的槽扣在横梁上，使斗拱件与梁不能左右移动。在斗拱件竖直平面外侧和水平面上侧，有一个贯通的加强筋，以增强斗拱件抗扭矩力的能力。由于斗拱件榫件都是先固定在立柱两侧，骑在副梁上固定在大梁上。每个立柱上端或下端各有四个榫件、铆件，因此整体抗扭矩力的能力是立柱的3倍，由于立柱的扭矩力是杠杆力，立柱高度的一半是斗拱件的3倍，因此它的抗扭矩力能力是平衡的。

在高层建筑最下层，梁体可以设计成双排或立柱设计成四件并列使用，因此斗拱件的榫件和铆件，可加宽口槽的宽度和深度。斗拱件竖立部分与水平部分为90°的直角，也可设计成其他度数或左右设计成其他度数，使梁的交叉度数和坡度数产生变化，可使整栋建筑的外观产生变化以达到整栋建筑外观任意设计、任意组合、任意变化，外观更加优美，因此本发明的梁与柱是整栋建筑的龙骨。连接梁与柱的节点就是斗拱件及其附件， 他们是构成本发明的技术核心。

斗拱件交叉柱、斜柱榫铆件系列如图2所示，他比斗拱件在90°的夹角处，多一个突出的安装筋，筋上有安装孔，用于连接交叉柱或斜柱，用于提高柱与梁的整体刚性强度，增强整栋建筑的抗扭矩力。同时柱与梁的H钢型材，在遇有强大扭矩力时，又有一定的柔性，这种刚柔结合，也就是提高抗震能力的根本所在。

所有的梁都是贯通梁，这就需要同一根梁与梁之间连接成一体。直梁连接件，形状如槽型钢，原理如铁路道轨用两个成一对双面夹在梁两侧槽内连接缝处。用螺栓固定装配成贯通梁，直梁连接件的抗扭矩力的能力要大于所配H型钢的抗扭矩力的能力，使梁的接缝处不用另外设计支柱的支护。

如图6所示，梁的角连接件。由于所有的梁都是上下重叠安装，在梁与梁交叉重叠处在不设计支柱支护的条件下，就要使用两个梁的角连接件连接。梁角的连接件竖立面背后有两个凸出的台，插在上横梁的侧面槽内，上平面与梁上面平行，这种梁角连接件抗剪切力性能最好。

斗拱件榫铆装配示意图，如图1所示。当遇到扭矩力时，无论任何方向的力，这种榫铆结构都是紧扣在一起，另外再有螺栓固定，即可成为一整体。因此在每一个有上下立柱的十字梁处，都有下层的上侧四个斗拱件和上层的下侧四个斗拱件组成，共同固定下立柱大梁、副梁和上立柱。