CN103469892B - 高层模块建筑空间的主次模块单元组合结构及连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高层模块建筑空间的主次模块单元组合结构，包括主模块单元和次模块单元，将二者在平面和空间进行科学组合，形成整体组合结构体系。其中主模块单元为主要承重结构，承受自身和次模块单元重量，并在主模块单元内设置抗侧力支撑结构，能有效抵抗风和地震作用。次模块单元仅承受自身重量，并通过相关连接将竖向力和水平作用传递至主模块单元。次模块单元一般设置在主模块单元之间，主模块单元框架柱预留连接节点板，采用连系钢梁将两主模块相连，后利用连系钢梁等作为操作平台，将两侧主模块单元的框架柱焊接成整体，再在连系钢梁上放置次模块，次模块单元可以隔层或逐层设置与主模块单元组合成整体结构。

Description

高层模块建筑空间的主次模块单元组合结构及连接方法

技术领域

本发明涉及一种建筑结构体系，尤其涉及一种模块建筑中主次模块空间组合结构。

背景技术

模块建筑是一种新型的建筑结构体系，它可广泛应用于住宅、办公楼、教学楼等建筑。模块单元一般采用钢结构制造，钢材可再生循环使用，达到绿色环保，模块制作及设备安装占总建造工程量的90﹪，均在工厂流水线上完成，机械化和工业化程度高，大大提高生产效率，人工成本大大降低，并极大改善了工人的生产环境。传统的房屋建筑大多采用现浇钢筋混凝土结构和砌体结构，主要靠人工建造，劳动强度大，效率低，施工现场环境差；另一方面，钢筋混凝土结构大量使用水泥和砂石料，严重破坏生态环境，焙烧水泥消耗大量能源，既不环保同时工业化水平极低。改革开放以来发展建筑行业的工业化和产业化是我国基本建设事业的重大决策，因此研发模块建筑体系是建筑工业化的重要途径。

在建筑结构模块设计中，根据其房屋开间大小、房屋进深尺寸以及建筑功能划分成若干空间模块单元，类似于集装箱盒状单元，每个盒状模块单元其梁、柱等构件均采用钢材制作，形成空间钢结构框架，并设置顶板和底板，根据建筑功能要求周边可以是有侧墙或无侧墙或带窗户的侧墙，且门窗安装、墙面装修、厨房设施和卫生间洁具等已安装完成。

目前，模块建筑结构由于各模块单元已全封闭，上、下模块单元和左、右模块单元角部的框架柱连接非常困难，因此在欧美国家一般建造的层数为5～6层以下，部分高层住宅或公寓大多仅在非地震区或抗震设防标准较低地区建造，建筑结构侧向力一般由风作用控制，模块建筑的节点受力较小，因此其连接构造较为简单，如：

1.上下模块单元的框架柱连接一般采用在框架柱内部设置一通长钢棒（钢筋），以抵抗侧向作用（风和地震）的倾覆力矩，但该上、下框架柱连接节点为铰接，无法形成刚性节点，不符合我国《建筑抗震设计规范》GB50011-2010有关刚性节点的规定。

2.左、右模块单元的框架柱连接一般采用一块水平钢板连接，仅可以传递水平拉力和一定剪力，无法传递弯矩。

3.其他还有采用在模块单元露明的一个侧面采用搭接板螺栓连接，其余侧面不连接，无法达到钢框架柱应连续等强的要求。

4.此外还有采用框架柱之间和框架梁之间设置对拉钢杆固定及辅助斜角撑方法，节点构造复杂。

我国城乡多位于地震区，且大多数为高层（含中高层）住宅和公寓，对抗震性能要求高，因此目前模块建筑结构采用的连接节点均不符合我国《建筑抗震设计规范》GB50011-2010对连接节点的设计要求，且技术可靠性差，在地震区应用是不安全的。因此必须深入研发符合我国国情的模块建筑结构体系，提高我国建筑业的工业化和产业化水平。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种模块建筑中采用主次模块空间组合结构，可使模块单元连接和节点作法简单，安全可靠，其实用经济价值较高。

为了解决上述技术问题，本发明一种高层模块建筑空间的主次模块单元组合结构，包括多个主模块单元，在每一楼层或相隔的楼层上，相邻主模块单元之间设有次模块单元；所述主模块单元包括主模块单元竖向框架柱和主模块单元框架梁，所述主模块单元内设有抗侧力支撑结构；所述次模块单元包括次模块单元底板和次模块单元顶板，所述次模块单元底板的两条相对的周边上设有用于连接相邻两个主模块单元的连系框架梁；在所述主模块单元框架梁、连系框架梁和上下相邻的两个主模块单元竖向框架柱的交汇处形成刚性节点；所述主模块单元框架梁与连系框架梁之间、所述上下相邻的两个主模块单元竖向框架柱之间均为焊接；所述连系框架梁与下主模块单元竖向框架柱之间设有节点板。

本发明一种高层模块建筑空间中主次模块单元的组合连接方法，其步骤如下：

在所述主模块单元框架柱的两端均预留有用于连接的节点板，用连系框架梁将同一楼层上相邻两个主模块单元上的节点板连接起来，由此形成刚性节点；

在所述主模块单元竖向框架柱上预留有焊接孔，利用上述连系框架梁作为操作平台，通过焊接孔将上下相邻的两个主模块单元竖向框架柱焊接成整体；

再在连系框架梁上放置次模块单元，所述次模块单元设置在两个主模块单元之间，所述次模块单元隔层设置或逐层设置，所述次模块单元与上述连系框架梁采用螺栓或焊接连接，从而形成整体组合结构体系。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明中的主模块单元框架柱可采用焊接刚性节点，连续贯通，可靠性高，节点抗震构造符合国家现行《建筑抗震设计规范》GB50011-2010的有关规定。

2.本发明中的主模块单元设置有抗侧力支撑（含防屈曲消能减震支撑），因此可在地震区大量高层住宅建筑中采用，其抗震性能高且施工方便，克服了现有高层模块建筑中必须设置单片竖向钢桁架、施工复杂、连接困难等缺点。

3.本发明中的模块结构可以以电梯（楼梯）间的钢筋混凝土核心筒形成钢框架-混凝土核心筒混合结构体系，用于办公楼等建筑，施工安装速度快、效率高。

4.本发明中的模块结构由主模块单元作为主要受力单元，次模块单元可隔层设置，比现有模块建筑节约成本20%左右，经济合理。

附图说明

图1是本发明高层模块建筑空间主次单元组合结构平面布置示意图；

图2是图1所示主次单元组合结构立面布置示意图；

图3是图2中所示刚性节点J的示意图；

图4是次模块单元隔层设置示意图。

图中：

A-主模块单元               B-次模块单元

C-空档                     J-刚性节点

KL-连系框架梁              L-连系次梁

1-下主模块单元竖向框架柱   2-上主模块单元竖向框架柱

3-主模块单元框架梁         5-预留节点板

6-预留焊接孔               11-次模块单元底板

12-次模块单元顶板          13-主模块单元墙板

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

本发明中，将模块建筑模块单元分为两大部分，一部分为主模块单元A，另一部分为次模块单元B，将二者在平面和空间进行科学组合，形成整体组合结构体系。其中主模块单元A为主要承重结构，承受自身和次模块单元B的重量，并在主模块单元A内设置抗侧力支撑结构，能有效抵抗风和地震作用。次模块单元B仅承受自身重量，并通过相关连接将竖向力和水平作用传递至主模块单元。

本发明一种高层模块建筑空间的主次模块单元组合结构，包括多个主模块单元A，在每一楼层如图2所示或在相隔的楼层如图4所示上，相邻主模块单元A之间设有次模块单元B；所述主模块单元A包括主模块单元竖向框架柱和主模块单元框架梁3，所述主模块单元A内设有抗侧力支撑结构。如图4所示，所述次模块单元B包括次模块单元底板11和次模块单元顶板12，所述次模块单元底板11的两条相对的周边上设有用于连接相邻两个主模块单元A的连系框架梁KL。如图2和图3所示，在所述主模块单元框架梁3、连系框架梁KL和上下相邻的两个主模块单元竖向框架柱的交汇处形成刚性节点J；所述主模块单元框架梁3与连系框架梁KL之间、所述上下相邻的两个主模块单元竖向框架柱之间均为焊接；所述连系框架梁KL与下主模块单元竖向框架柱之间设有节点板5。所述连系框架梁KL与所述主模块单元框架梁3的位置在长度方向上呈对正布置。如图1所示，所述次模块单元底板11内可以设有2～3根用于连接相邻两个主模块单元A的连系次梁L。如图4所示，所述次模块单元B隔层设置后形成有隔层的空档C。

本发明一种高层模块建筑空间中主次模块单元的组合连接方法，可以实现将所述高层模块建筑空间的主次模块单元形成整体组合结构体系，其步骤如下：

1.首先将建筑平面划分成主模块单元A和次模块单元B，主模块单元A为主要承重结构，次模块单元B仅承受自身重量。

2.在所述主模块单元框架柱的两端均预留有用于连接的节点板5，用连系框架梁KL将同一楼层上相邻两个主模块单元上的节点板5连接起来，由此形成刚性节点J，必要时可布置若干连系次梁L，即根据需要可以在同一楼层上相邻两个主模块单元之间通过节点板5连接有2～3根连系次梁L，此时可适当布置木板以便技术工人操作。如图2和图3所示。在所述主模块单元竖向框架柱上预留有焊接孔6，利用上述连系框架梁KL作为操作平台，通过焊接孔6将上下相邻的两个主模块单元竖向框架柱焊接成整体，如图3所示。

3.再在连系框架梁KL（和连系次梁L）上放置次模块单元B，所述次模块单元B设置在两个主模块单元A之间，所述次模块单元B隔层设置或逐层设置，所述次模块单元B与上述连系框架梁采用螺栓或焊接连接后形成整体。

4.次模块单元B也可竖向隔层放置，如图4所示，从而形成了隔层的空档C，由于次模块单元B的上下已有次模块单元底板11和次模块单元顶板12，次模块单元B的左右共用主模块单元墙板13，因此，只需在次模块单元B的前后安装前、后墙板，适当装修即形成整体结构，以节约成本。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种高层模块建筑空间的主次模块单元组合结构，包括多个主模块单元(A)，其特征在于，

在每一楼层或相隔的楼层上，

相邻主模块单元(A)之间设有次模块单元(B)；

所述主模块单元(A)包括主模块单元竖向框架柱和主模块单元框架梁(3)，所述主模块单元(A)内设有抗侧力支撑结构；

所述次模块单元(B)包括次模块单元底板(11)和次模块单元顶板(12)，所述次模块单元底板(11)的两条相对的周边上设有用于连接相邻两个主模块单元(A)的连系框架梁(KL)；

在所述主模块单元框架梁(3)、连系框架梁(KL)和上下相邻的两个主模块单元竖向框架柱的交汇处形成刚性节点(J)；所述主模块单元框架梁(3)与连系框架梁(KL)之间、所述上下相邻的两个主模块单元竖向框架柱之间均为焊接；所述连系框架梁(KL)与下主模块单元竖向框架柱之间设有节点板(5)。

2.根据权利要求1所述高层模块建筑空间的主次模块单元组合结构，其特征在于，所述次模块单元底板(11)内设有2～3根用于连接相邻两个主模块单元(A)的连系次梁(L)。

3.根据权利要求1所述高层模块建筑空间的主次模块单元组合结构，其特征在于，所述连系框架梁(KL)与所述主模块单元框架梁(3)的位置在长度方向上呈对正布置。

4.根据权利要求1所述高层模块建筑空间的主次模块单元组合结构，其中，所述次模块单元(B)隔层设置后形成有隔层的空档(C)。

5.一种高层模块建筑空间中主次模块单元的组合连接方法，其特征在于，根据权利要求1中所述高层模块建筑空间的主次模块单元组合结构，按照下述步骤连接：

在所述主模块单元框架柱的两端均预留有用于连接的节点板(5)，用连系框架梁(KL)将同一楼层上相邻两个主模块单元上的节点板(5)连接起来，由此形成刚性节点(J)；

在所述主模块单元竖向框架柱上预留有焊接孔(6)，利用上述连系框架梁(KL)作为操作平台，通过焊接孔(6)将上下相邻的两个主模块单元竖向框架柱焊接成整体；

再在连系框架梁(KL)上放置次模块单元(B)，所述次模块单元(B)设置在两个主模块单元(A)之间，所述次模块单元(B)隔层设置或逐层设置，所述次模块单元(B)与上述连系框架梁(KL)采用螺栓或焊接连接，从而形成整体组合结构体系。