冷弯薄壁型钢结构住宅的设计原理及施工工艺流程

1、第 31卷第 5期 2010年 10月华 北 水 利 水 电 学 院 学 报Journal of North China Institute of W ater Conservancy and Hydroelectric PowerVol131 No15 Oct1 2010文章编号 : 1002 - 5634 ( 2010) 05 - 0040 - 04冷弯薄壁型钢结构住宅的设计原理及施工工艺流程勾朝伟 , 石宇 , 聂少锋(长安大学建筑工程学院 ,陕西 西安 710061)摘 要 :冷弯薄壁型钢结构住宅具有绿色环保 、轻质高强 、加工简单 、安装方便 、工期短和造价低等优点. 从冷 弯薄壁型

2、钢结构住宅的设计原理 、构件制作到结构安装 ,简明扼要地介绍了冷弯薄壁型钢结构住宅的特点.关键词 :冷弯薄壁型钢住宅 ;设计原理 ;施工流程 ;制作 ;安装中图分类号 : TU201. 1; TU606文献标志码 : A冷弯薄壁型钢结构作为一种新型建筑结构 ,在 美国 、加拿大以及日本和澳大利亚等国家应用较多. 近几年 ,随着引进项目的增多 ,这种结构也越来越受 到人们的关注和青睐. 冷弯薄壁型钢住宅结构体系 (如图 1所示 )可视为由墙体 、楼盖 、屋盖及维护结 构装配而成的工厂化产品 ,构件主要采用定型化的 U形 、C形两种截面形式 ,如图 2、图 3 所示. U 形截 面一般套在 C形截

3、面的端头 ,如图 4 所示 ,用作顶 梁 、底梁或边梁等非承重构件 ; C形截面一般用作梁 柱承重构件 ,有时也采用 L 形截面作为角钢连接件 或过梁. 构件的钢材采用 Q235 钢或 Q345 钢 ,厚度 一般在 0. 452. 50 mm 范围内 ,但顶梁 、底梁 、边梁 和承重构件的厚度一般不应不小于 0. 85 mm,只有 非承重构件可采用最小厚度 0. 45 mm 的钢材. 当有 可靠依据时 ,也可采用更小厚度的钢材. 构件已经定 型化 ,无论设计还是制作与安装都是很方便的. 另 外 ,冷弯薄壁型钢构件的截面形状合理 ,材料利用率 高 ,当采用低碳钢材时 ,用钢量在 30 kg/m2

4、 左右 ,用 钢量省.构件连接的紧固件包括螺钉 、普通钉子 、射钉 、 拉铆钉和螺栓等. 受力构件常用螺钉 (自钻自攻螺 钉和自攻螺钉 )连接如图 4 所示. 自钻自攻螺钉用 于厚 0. 85 mm以上的钢板的连接 ,自攻螺钉仅用于石膏板等结构板材或厚 0. 85 mm 以下的钢板之间 的连接 ,常用的自钻自攻螺钉或自攻螺钉规格只有 35种 (如 ST3. 5, ST4. 2, ST4. 8,其螺纹外径 d 分别为 3. 53, 4. 22, 4. 80 mm ). 在结构的次要部位 ,可 采用射钉 、拉铆钉等紧固件连接. 楼盖或墙体通过锚 栓与砌体或混凝土基础连接 ,普通钉子用于构件与 木地

5、梁的连接.收稿日期 : 2010 - 08 - 10作者简介 :勾朝伟 ( 1986) ,男 ,河南新乡人 ,硕士研究生 ,主要从事钢结构方面的研究.第 31卷第 5期勾朝伟 ,等 : 冷弯薄壁型钢结构住宅的设计原理及施工工艺流程41图 4 螺钉尖头形式1设计原理冷弯薄壁型钢结构体系实际是一种板结构体 系 ,由屋盖 、楼盖 、墙体 、地 下室 、基 础 (混凝土 、砌 体 )等结构组成 ,主要水平承重构件是屋盖和楼盖 , 主要竖向承重构件是墙体. 墙体既是承重结构 ,又是 围护结构. 因此墙体设计必须同时考虑结构与建筑 方面的要求. 由于这种体系房间布局和大小灵活多 变 ,其建筑平面和剖面多种

6、多样. 因此 ,其结构传力 路线复杂 ,给结构的构造和设计带来了不便.竖向荷载传力路线是屋盖和楼盖 承重墙体 基础 地基 ;有时为了构筑大空间 ,需要采用墙 、柱 承重体系 ,其荷载传力路线是 :一部分是屋盖和楼盖承重墙体 墙基础 地基 ; 另一部分是屋盖和楼 盖 柱 柱基础 地基.在水平荷载作用下 ,由于两端横墙的约束 ,受力 分析时 ,可以把计算单元的屋盖或楼盖结构看作水 平方向的梁 ,支承于两端横墙 ,其跨度等于两端横墙 间的距离 ;同时 ,又把两端横墙看作竖立的悬臂梁 , 嵌固于基础上 ,其跨度等于房屋的高度. 而把纵墙看 作竖立着的柱子 ,一端简支于楼盖或基础 ,另一端简 支于屋盖或

7、楼盖结构上. 这样 ,风荷载通过外墙分别 传给外墙基础和屋盖或楼盖水平梁 ,由于两端有横 墙存在 ,屋盖或楼盖作为水平梁受水平荷载后在水 平方向发生弯曲 ,又把这部分荷载传给横墙. 最后通 过横墙在其本身平面内的变形 ,将这部分风荷载传 给横墙基础 ,如图 5所示 ,其传递路线为一部分风荷 载 纵墙 屋盖结构 山墙 山墙基础 地基 ,另 一部分风荷载 纵墙基础 地基.图 5 纵墙与横墙的受力情况必须指出 ,上述纵墙与横墙的概念是相对的 ,若 将水平力改变成垂直于原来的方向作用 ,则原来的 纵墙就变成横墙 ,原来的横墙就变成纵墙. 横墙必须 有足够的刚度 ,因此横墙中开有洞口时 ,洞口的水平 截

8、面面积不超过横墙全截面面积的 50% ;单层房屋的横墙长度 ,不宜小于其高度 ; 多层房屋的横墙长 度 ,不小于其总高度的一半 ; 应采取措施 ,使横墙应 与纵墙可靠连接 ,以保证房屋的整体刚度 ;横墙要采 取抗侧力措施 ,间距不宜大 10 m.冷弯薄壁型钢住宅由于传力复杂 ,也可采用有 限元方法做结构整体分析 ,采用 Timo shenko梁单元 模拟梁和柱 ,壳单元模拟墙面板 、楼面板和屋面板.2 构件的制作2. 1 制作工艺流程放样划线 钢梁 、墙及屋架下料 机械 、火工调 校矫正 自攻螺钉连接成形 除锈 、油漆 运至现 场安装.2. 2 制作工艺要点钢结构件的制作采用流水作业 ,板材

9、、型钢采取 半自动切割或机械剪切. 由于钢板和型材长度有限 , 大部分构件都需要拼接 ,拼接前采用冷加工辊压调 平调直 ,驳接部位需作补强处理. 柱 、梁补强如图 6 所示.图 6 补强示意图为减少变形和提高工效 ,立柱 、屋架的 H 钢宜 采用自动焊焊接工艺 ,施焊时应采用正确的焊接顺 序和焊接方向 ,如图 7所示.图 7 焊接顺序和方向示意图构件的弯曲变形在加工厂内可采用水压机 、油 压机 、矫直机等设备进行矫正 ,在安装现场可用火工 调校矫正.3 结构的安装3. 1 安装工艺流程预埋螺栓 钢梁的铺设 铺设木楼板 墙体安 装 楼梯安装 屋架安装.3. 2 预埋螺栓螺栓的预埋是在钢筋扎好且模

10、板支好后 ,准备 42华 北 水 利 水 电 学 院 学 报2010年 10月浇混凝土之前进行的. 要埋的螺栓有两种 ,一种是主 体螺栓 (加强螺栓 ) ,一般埋在承重墙体的转角处与 门窗洞两侧 ;一种是一般性螺栓 ,一般埋在承重墙体 部位且间隔为 1 200 mm一根. 在预埋时要反复检查 尺寸 ,确保埋在墙体中间 ,尺寸准确 ,且螺栓要普通 螺栓埋设深度不小于 15 cm. 加强螺栓埋设深度不 小于 25 cm ,一般应离开龙骨位置 4 6 cm ,且高出 墙体下轨 10 cm 左右 ,确保能让螺帽好旋上. 基础结 束后应在螺纹上涂抹机油 ,以防生锈.3. 3 钢梁的铺设钢梁有两大部分组成

11、 : 第一层钢梁一般采用1. 5U254, 1. 5C254 (末层钢梁一般采用 1. 2U254 和1. 2C254). U 形槽钢通常放在 C 形钢端头 ,起包固 作用 ,应先铺设槽钢 ,并在槽钢上按图纸要求间距画 钢梁的所在位置尺寸 ,并把钢梁铺好.钢梁在铺设时 ,有时会遇到纵横交错的铺法 ,该 种铺法虽然加强了钢梁的整体稳定 ,但为了更加牢 固 ,应把相交部位用角铁或者废钢材 (如加强短肋 等 )连接起来 ,使钢梁能成为一体.当构件长度不够时 ,允许非承重构件 (如 U 形 钢顶梁 、底 梁 或 边 梁 ) 进 行 拼 接 , 拼 接 方 法 如 图 8所示.图 8 U形钢顶梁 、底梁

12、或边梁的拼接在外墙部位 ,如果钢梁与墙体同向 ,应铺双梁.承重墙下如果梁为同向也应铺双梁.3. 4 铺设木楼板铺设的楼板有两种 :一种是打企口的 ,一种是未 打企口的 ,原则上打企口铺出的效果很好 ,未打企口 的在板与板相交接处应打上横撑 ,铺出的楼板才牢.3. 5 墙体安装墙体安装时 ,先把墙下轨放到指定位置 ,并打上 钉子 ,然后用水平尺或铅坠找墙体四周竖直 ,并打上 撑加固以防变形 ,墙体上下竖直度要求在 ±3 mm 之 内 ,墙体上轨带线找直 ,平整度以及左右偏差都应控 制在 ±3 mm之内. 墙与基础的连接如图 9所示.墙与墙的连接方式大致有 3 种 :即 L 形

13、连接 、T 形连接 、十字形连接 ,如图 10所示.3. 6 楼梯安装楼梯大致可分两种类型 :一种是用斜墙作支撑 的 ,另一种是用斜梁作支撑的. 而这两种又可分从侧 面看到台阶与看不到两种 ,下面介绍做楼梯的步骤. 把斜梁对准设计位置卡上去并且用螺丝固定牢. 每根龙骨上打 3 颗钉子 ,然后沿上弦平行移下 3 cm左右弹条斜线 ,找准第一个台阶顶端 A, 量出该 顶端到末台阶顶端距离 S, 然后用 S 除以台阶数平 均分得 L, 从 A 点向斜上量 L, 把每个台阶顶点找到 , 然后用水平尺按横平竖直沿各点去画 , 一个个台阶 便可画好 , 然后用同样方法在楼梯另一侧画好各台 阶并打上角铁.如

14、图 11所示 ,把挂梁先挂在角铁上 ,一端放到 位 (即与踏步线平齐 ) ,用大力钳夹住 ,然后调节水 平 ,用水平尺靠正 ,再用另一个大力钳夹住 ,然后把 两边钉子打上 ,每边打 3颗钉.第 31卷第 5期勾朝伟 ,等 : 冷弯薄壁型钢结构住宅的设计原理及施工工艺流程43图 11 楼梯施工构造图挂梁做好后 ,便可以封板了. 从下向上封 ,先封 踏步板 ,再封踢面板. 踢面板放在踏步板上面 ,上一个台阶下面 ,这样一个压着一个. 钉子间隔为 15 20 cm.3. 7 屋架安装先架好三角架 ,平面一侧向外便于与直角三角 梁连接 ,连接时钉子从背后打入与直角梁紧连在一 起. 在做直角三角梁时 ,

15、 一般高度稍微比主梁低一 点 ,可以低 1 cm ,这样便于坡度的顺利连接. 底部要 平 ,架主梁时要确定主脊正好在中心位置 ,且中立柱 正好竖直 ,墙与梁可用 1. 2L100 ×100 ×100的角铁连 接. 两屋架架好后 ,主屋架可以一个接一个按尺寸排 过去安装好 ,架到墙角的斜三角梁也可以安装上去 , 并在斜三角梁上挂小直角三角梁 ,直到把屋架全部安 装好. 屋架的节点连接详图如图 12所示.图 12 屋架节点连接详图4结语冷弯薄壁型钢结构具有突出的构造特征 、材料 特征 、构件强度特征和连接特征. 这种结构具有绿色 环保 、轻质高强 、加工简单 、安装方便 、工期

16、短和造价 低等优点 ,有利于结构住宅的产业化水平的提高. 本 文系统的阐述了冷弯薄壁型钢结构住宅的设计原 理 、构件制作和结构安装 ,为实际的施工提供了可靠的理论依据和技术支持.参考文献 1 周绪红 ,石宇. 低层冷弯薄壁钢结构住宅体系 J . 建筑 科学和工程学报 , 2005, 22 ( 2) : 1 - 14. 2 陈宝林. 冷弯薄壁钢结构厂房的制作和安装 J . 福建 轻纺 , 2001, 151: 36 - 38.D esign Pr inc iples and Con struction Process of Cold2form ed Th in 2wa lled Steel Re

17、siden tia l Bu ild ingsGOU Chao2wei, SH I Yu, N IE Shao2feng( School of A rchitectural Engineering, Changan University, Xian 710061, China)Abstract: Cold2formed thin2walled steel residential buildings are with the advantage of green, light weight, high strength, easy p ro2 cessing, easy installation, short construction period and low cost. In this paper, the characteristices of cold2form ed thin2walled steel residential building were briefly intro