钢结构石膏墙体大开间节能住宅建筑及现场分层分段制作方法 【技术领域】
本发明涉及一种利用石膏现场分层分段浇制外墙及承重墙的大开间灵活划分居室节能住宅建筑及其制作方法，特别是一种钢结构石膏墙体大开间节能住宅建筑及现场分层分段制作方法，属于钢结构节能住宅建筑技术领域。
技术背景
随着我国钢产量的日益增多，小高层住宅建筑采用钢结构作为承重和抗侧力结构的体系已得到推广与应用，例如山东莱钢一次建成数十万平方米小高层钢结构住宅建筑。从循环可持续发展的经济建设和社会发展方针分析，开拓和发展钢结构住宅是势在必行的，与此同时，钢结构优良的抗震性能可以充分实现我国“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震原则。钢结构装配整体式的建造特点，使其施工速度快，从而大幅度缩短工期，对减少建造成本是极为有利的。
通过对近几年来建造的钢结构住宅的分析，有如下问题还需进一步解决：其一，结构体系仍停留在常规的框架结构体系，即用矩形钢管为框架柱、H型钢为框架梁的小柱网和以单向压型钢板枛混凝土组合板为楼盖的结构，它的房间跨度一般为3.2m～4.2m之间，达不到大开间灵活划分居室的要求，必须按有墙必有梁的做法；且用钢量偏大(70kg/m2以上)，建造成本高于常规的钢筋混凝土框架结构；其二，钢结构的防锈蚀和防火能力比较差，有待进一步解决；其三，钢框架结构内外墙体材料仍停留在砌块砌筑或板材挂板方式，由此增加了维护结构的成本和造价。
我国石膏资源丰富，除了天然石膏外，还有大量制造磷酸后形成的磷渣转化的磷石膏和火电厂排烟脱硫后废渣转化的脱硫石膏，它们具有与天然石膏相同的属性。据不完全统计，我国每年由工厂形成的此类石膏约一亿吨，如不予消化，将对环境造成极大危害。由于石膏类产品具有优良的保温隔热和防火性能，如何将其大量应用于住宅钢结构建筑，是值得深入探讨和有待开发的大事。2007年～2008年期间，有关石膏砼速成墙的数项中国专利文献的相继出现，在石膏墙体钢筋混凝土结构体系方面，它将常规的框架结构(只在楼层处设置横梁，框架内砌筑填充墙的结构)改变为在原框架范围内，由小截面尺寸(200mm×200mm、250mm×250mm)的立柱和层间横梁及楼层横梁组成的网格式框架，石膏浆液现场分层分段浇制，使石膏浆液除了填充网格空隙外，还包裹网格式框架的横梁及立柱不少于25mm厚，形成了外包石膏(天然石膏、磷石膏、脱硫石膏)的大开间(9m×10m等)钢筋混凝土网格式框架结构外墙和分户墙，其楼板为采用石膏模壳浇制的钢筋混凝土密肋井字大板(9m×10m等)，再采用石膏轻质砌块(400mm×400mm×120mm)在大板上灵活划分房间，形成大开间灵活划分居室多功能应用节能建筑(参看中国专利文献专利申请号：200610200093.8、200610200188.x、200810305454.4、200810305455.9、200810305456.3、200620200100.x、200620200099.0、200620200217.8)。此类混凝土、石膏分层分段现场浇制的钢筋混凝土结构，是集节能与承重为一体的新型建筑，除了进行相关缩尺模型试验和现场实物施工技术操作演练外，数万平方米的小高层灵活划分居室节能住宅建筑正在施工中。通过对实际工程的预算分析，相对于常规混凝土框架结构，其造价下降6％～8％，即75元/m2～100元/m2。但在此类新型钢筋混凝土新型节能建筑体系中，其钢结构部分仍然需要在现场进行焊接制作，因此其施工效率、防锈防火性能及结构强度等还是不太理想。
【发明内容】
本发明的目的在于：提供一种施工效率高、开间大、节能效果好、防锈防火性能好、并能灵活划分居室的钢结构石膏墙体大开间节能住宅建筑及现场分层分段制作方法，以克服现有钢结构住宅建造技术的不足。
本发明是这样实现的：本发明的一种钢结构石膏墙体大开间节能住宅建筑的现场分层分段制作方法为，在制作房间开间宽≤12米、进深长≤9米、且楼层数n≤15层、层高h≤3.6m的大开间住宅建筑时，采用钢网格框架作为该住宅建筑外墙或承重墙的骨架，钢网格框架采用预先制作成型的钢构件，在现场拼接连接成网格形状的钢网格框架，并且钢构件与钢构件之间的相互连接都通过高强螺栓进行现场连接，在拼接钢网格框架时，每层楼按照从下到上的方式进行拼接，并且每拼接完一段钢构件高度的钢网格框架，就采用墙体浇注侧模板将该段钢网格框架围住，然后采用现场浇注的方式将由磷石膏、脱硫石膏或天然石膏制作成的可流动性的石膏浆液浇注在浇注模板围住的空间内，使石膏浆液填充满构成钢网格框架的钢构件空腔并将构成的钢网格框架全部包裹住，待石膏浆液凝固后，拆除浇注模板，再在每个被石膏包裹住的钢构件的上连接端上连接上另一段组成钢网格框架的钢构件，然后再进行石膏浆液浇注，如此循环，即可制作得到以钢网格框架为骨架的作为住宅建筑外墙或承重墙的石膏墙体；当现场浇注的以钢网格框架为骨架的外墙或承重墙石膏墙体达到楼盖标高处后，按现有的钢装配整体式平板型钢空腹夹层板楼盖的方式制作楼盖；然后再按上述方法进行上一层楼地以钢网格框架为骨架的外墙或承重墙及楼盖的制作，如此循环即可制作得到钢结构石膏墙体大开间节能住宅建筑。
按照本发明的方法制作的一种钢结构石膏墙体大开间节能住宅建筑为，包括楼盖，该节能住宅建筑房间开间的宽≤12米、进深长≤9米、且楼层数n≤15层、层高h≤3.6m，每层楼的外墙或承重墙由钢构件相互连接组成的钢网格框架和包裹住钢网格框架的石膏组成，钢构件通过高强螺栓相互连接组成钢网格框架；组成钢网格框架的钢构件由L型柱、T型柱、竖柱和钢梁构成；在每个L型柱同一高度的两个面上都分别连接有一根与L型柱相垂直的钢梁；在每个T型柱同一高度的两个面上都分别连接有一根与T型柱相垂直的钢梁；在每个竖柱上连接有一根或两根与竖柱相垂直的钢梁，并且钢梁与竖柱构成T字型或十字型的钢构件。
上述L型柱由3根H型钢或3根方型钢管通过钢板焊接连接成截面为L形的形状；T型柱由4根H型钢或4根方型钢管通过钢板焊接连接成截面为T形的形状；竖柱由H形钢或方型钢管构成；钢梁由截面形状为H型的钢材构成。
在组成钢网格框架的L型柱、T型柱、竖柱的方型钢管的内腔中填充有混凝土或石膏，并且石膏将L型柱、T型柱、竖柱和钢梁组成的钢网格框架全部包裹住，从而形成具有节能功效的住宅建筑的外墙或承重墙。
在L型柱、T型柱或竖柱的上下两端都设有连接法兰盘或拼接板，在连接法兰盘或拼接板上设有安装高强螺栓的螺栓孔。
在与L型柱、T型柱、竖柱连接的每根钢梁的端部都设有安装高强螺栓的螺栓孔，并且两根相互连接的钢梁之间通过连接钢板和高强螺栓连接为一整体。
上面所述的石膏为磷石膏、脱硫石膏或天然石膏。
由于采用了上述技术方案，本发明所提供的石膏浆液包裹承力钢结构的大开间组合墙体，它由石膏浆液凝结后的墙体和钢网格框架结构骨架组成，钢网格框架结构骨架在现场分层分段装配，石膏浆液也分层分段浇制并包裹和填充钢构件。由于石膏的包裹和填充，不仅解决了钢结构的防锈和防火问题，也一次性解决了建筑墙体的保温隔热、隔音等建筑节能问题，本发明的这种“新型石膏钢结构节能大开间承重墙”有别于现有住宅钢结构体系，它主要应用于大开间灵活划分居室的小高层(10层～15层)节能住宅建筑中。
本发明的优点主要体现在以下几方面：其一，将“工业固体废渣资源化”落到实处。本发明每平方米建筑，石膏用量约为0.22立方米，我国由磷渣转化的磷石膏和火电厂排烟脱硫后转化的脱硫石膏每年按1亿吨(约1.176亿立方米)计算，则每年可利用工业废渣建造节能小高层钢结构住宅5.4亿平方米，按每户100平方米计算，可解决540万户住房问题，相应节约粘土资源1.176亿立方米；其二，彻底解决钢结构防锈蚀和防火问题，从而充分发挥钢结构抗震性能好的优点；其三，施工建造方法的改变提高了工程进度，节约了建造成本；其四，石膏包裹和填充钢网格框架，加强了建筑节能功效；其五，钢构件设计成可以进行工厂大批量制造的标准构件，这不仅保证了生产质量和提高了生产效率，而且现场采用高强螺栓拼装，克服了现场焊接变形和高温对浇制石膏的影响。因此，本发明与现有技术相比，本发明不仅具有施工效率高、节能效果好、防锈防火性能好的优点，而且还具有开间大、能灵活划分居室的优点。发明特别适合于建筑房间开间宽≤12米、进深长≤9米、并且楼层数n≤15层的小高层节能住宅建筑使用。
【附图说明】
图1为本发明的钢构件拼装组成的一层楼的钢网格框架承重墙体结构示意图；
图2为图1的A-A剖示结构示意图；
图3为本发明的外墙或承重墙墙体的拐角部位结构剖面示意图；
图4为本发明的L型柱由3根方型钢管组成时的侧立面构造及高强螺栓连接结构示意图；
图5为图4的B-B剖面结构示意图，即在L型柱端部设有连接法兰盘或拼接板并通过高强螺栓连接的结构示意图。
图6为本发明L型柱由三根H型钢组成时的侧立面构造及高强螺栓连接结构示意图；
图7为图6的俯视结构和竖柱也由H型钢构成及结构包裹有石膏时的示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对本发明做任何限制的依据。
本发明的实施例：在制作房间开间宽≤12米、进深长≤9米、并且楼层数n≤15层的大开间住宅建筑时，采用本发明的一种钢结构石膏墙体大开间节能住宅建筑的现场分层分段制作方法进行制作，采用钢网格框架作为该住宅建筑外墙或承重墙的骨架，钢网格框架采用预先在工厂焊接制作成型的钢构件，在现场拼接连接成网格形状的钢网格框架，并且钢构件与钢构件之间现场相互连接都通过高强螺栓进行现场连接，在拼接钢网格框架时，每层楼按照从下到上的方式进行拼接，并且每拼接完一段钢构件高度的钢网格框架，就采用墙体浇注侧模板将该段钢网格框架围住，然后采用现场浇注的方式将由磷石膏、脱硫石膏或天然石膏制作成的可流动性的石膏浆液浇注在浇注模板围住的空间内，使石膏浆液填充满构成钢网格框架的钢构件空腔并将构成的钢网格框架全部包裹住，待石膏浆液初凝固后，拆除浇注侧模板，再在每个被石膏包裹住的钢构件的上连接端上连接上另一段组成钢网格框架的钢构件，然后再进行石膏浆液浇注，一般每层楼分三至四段进行浇注，如此循环，即可制作得到以钢网格框架为骨架的作为住宅建筑外墙或承重墙的石膏墙体；当现场浇注的以钢网格框架为骨架的外墙或承重墙石膏墙体达到楼盖标高处后，按现有的钢装配整体式平板型钢空腹夹层板楼盖的方式制作楼盖(即可按照中国专利文献申请号为200720201111.4或200710201934.1所公开的技术方案来制作楼盖)；然后再按上述方法进行上一层楼的以钢网格框架为骨架的外墙或承重墙石膏墙体及楼盖的制作，如此循环即可制作得到钢结构石膏墙体大开间节能住宅建筑。其中每户的居室内隔墙采用已开发应用的石膏砌块进行砌筑，这样即可形成大开间灵活划分房间多功能应用的节能建筑。
按照本发明的方法制作的一种钢结构石膏墙体大开间节能住宅建筑结构为，包括楼盖9，该节能住宅建筑房间开间的宽≤12米、进深长≤9米、且楼层数n≤15层、层高h≤3.6m，每层楼的外墙或承重墙由钢构件相互连接组成的钢网格框架和包裹住钢网格框架的石膏6组成(如图1、图2所示)；每层楼的楼盖9结构可采用现有技术中的传统结构，但最好采用中国专利文献申请号为200720201111.4和200710201934.1所公开的结构；钢构件通过高强螺栓5相互连接组成钢网格框架；组成钢网格框架的钢构件由L型柱1、T型柱2、竖柱3和钢梁4构成；在每个L型柱1同一高度的两个面上都分别连接有一根与L型柱1相垂直的钢梁4；在每个T型柱2同一高度的两个面上都分别连接有一根与T型柱2相垂直的钢梁4；在每个竖柱3上连接有一根或两根与竖柱3相垂直的钢梁4，并且钢梁4与竖柱3构成T字型或十字型的钢构件(如图2、图3所示)；L型柱1可采用三根根H型钢或三根方型钢管(也可用圆型钢管代替方型钢管)通过钢板焊接连接成截面形状为L形的形状；T型柱2由四根H型钢或四根方型钢管(也可用圆型钢管代替方型钢管)通过钢板焊接连接成截面形状为T形的形状；竖柱3采用H形钢或方型钢管构成；钢梁4采用截面形状为H型的钢材或采用组合工字钢构成；制作时，在L型柱1、T型柱2或竖柱3的上下两端(即竖柱反弯点处)都制作出连接法兰盘或拼接板7，在连接法兰盘或拼接板7上制作出安装高强螺栓5的螺栓孔(如图5所示)；在与L型柱1、T型柱2、竖柱3连接的每根钢梁4的端部都设有安装高强螺栓5的螺栓孔，并且将两根相互连接的钢梁4之间通过连接钢板8和高强螺栓5连接为一整体(如图4所示)；上述的钢构件预先在工厂中制作成标准的单元构件，这样不仅可避免在现场进行焊接，而且可大大提高现场施工的效率和保证施工质量；在进行现场分层分段连接制作具有钢网格框架作为骨架的住宅建筑外墙或承重墙时，在组成钢网格框架的L型柱1、T型柱2、竖柱3的方型钢管(或圆型钢管)的内腔中都填充上混凝土10或石膏6(最好只填充混凝土10)，并且采用石膏6将L型柱1、T型柱2、竖柱3和钢梁4组成的钢网格框架全部包裹住，从而形成具有节能功效的住宅建筑的外墙或分户承重墙；石膏6可采用现有技术中的磷石膏、脱硫石膏或天然石膏即可。