CN105625580B - 用于建造建筑物的结构模块 - Google Patents

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Abstract

一种结构模块(1)，包括结构底板(2)，承载壁(3，16)和结构顶板(5)，结构模块被设置成支撑多层建筑中的其它结构模块(1)。承载壁包括结构框架(4)和位于框架构件之间的轻型混凝土(20)。混凝土具有400kg/m3和600kg/m3范围内的密度，并且是多孔的，包括夹带空气。所述混凝土被成型于所述框架构件之间，沿着壁的平面完全充填所述框架构件之间的空隙，并且结构壁被构造成当两个模块并置时形成组合的壁，所述组合的壁包括位于模块之间的腔。结构壁(3)可通过MgO板材(21)至少在一侧对齐，轻质混凝土和板材提供至少两个小时的耐火性。在拐角处可具有竖直插孔(32)，用于接合上面或下面的相连接的模块的定位销(33)。模块可以包括连接板(30)，连接板(30)被配置成在拐角处固定到多个其它模块，板(30)包括用于接纳相连接的模块的定位销(33)的通孔。

Description

用于建造建筑物的结构模块
本申请是申请日为2010年07月22日、申请号为201080037279.0、发明名称为“用于建造建筑物的结构模块”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于建造建筑物的结构模块。
现有技术
已经公布的说明书No.WO2007080561描述了一种结构模块，其制造方法，以及通过上下放置模块建造多层建筑。
本发明意于获得这种模块的改进的技术特征，例如更高的坚固性、更好的耐火性能、改进的隔音性能以及改善的稳定性，尤其是在所使用的材料方面。另一目的是实现更高效的制造方法。另一目的是改善抵抗飓风力和地震活动的能力。
发明内容
根据本发明，提供了一种结构模块，包括结构底板，承载壁和结构顶板，结构模块被设置成支撑多层建筑中的多个其它的结构模块，其中，至少一个承载壁包括结构框架和位于所述结构框架的框架构件之间的轻型混凝土，所述轻型混凝土具有300kg/m3和1200kg/m3范围内的密度。
在一个实施例中，混凝土是多孔的，包括夹带空气。
在一个实施例中，所述混凝土的密度在400至600kg/m3的范围内。
在一个实施例中，所述混凝土被成型于所述框架构件之间，沿着壁的平面完全充填所述框架构件之间的空隙。
在一个实施例中，所述壁被构造成当两个模块并置时形成组合的壁，所述组合的壁包括位于模块之间的腔。
在一个实施例中，所述壁通过板材至少在一侧对齐，轻质混凝土和板材提供至少两个小时的耐火性。
在一个实施例中，所述壁的板材含有MgO。
在一个实施例中，所述混凝土被浇铸在钢框架和板材上。
在一个实施例中，所述顶板的至少一部分包括桁架中的结构构件之间的轻质泡沫混凝土。
在一个实施例中，所述底板包括外围结构钢框架并且包括带有钢筋的轻质混凝土。
在一个实施例中，所述模块在拐角处包括竖直定位销，所述定位销用于接合在另一个模块拐角处的插孔中。
在一个实施例中，所述模块在拐角处包括大体竖直的插孔，所述插孔用于接合相连接的上面或下面模块的定位销。
在一个实施例中，所述模块包括连接板，所述连接板被配置成在拐角处固定到多个其它的模块上。
在一个实施例中，所述板包括用于接纳相连接的模块的定位销的通孔。
在一个实施例中，所述模块包括内壁，所述内壁通过可松开的连接件连接至结构壁。
在一个实施例中，所述可松开的连接件包括在竖直方向上延伸的柔性填料的连接件。
在另一方面中，本发明提供了一种彼此上下安装在一起的多个模块的组件，所述模块为如上面任一实施例中所述的结构模块。
在一个实施例中，所述模块的至少一些连接钢筋混凝土芯块并且在竖直平面内邻接。
在一个实施例中，至少一个模块具有带头部的连接件，所述头部接合在芯块中的竖直狭槽后面。
在一个实施例中，所述竖直狭槽位于嵌入芯块内的插件中。
在一个实施例中，所述插件包括平行于面对着模块的外表面的平面的凸缘，以及侧壁，所述侧壁将所述凸缘连接至引入狭槽的前壁。
在一个实施例中，多个模块在相连接的拐角处通过连接板和至少一个定位销连接在一起，所述定位销延伸穿过所述连接板并且进入上面或下面的模块的插孔内。
在另一方面中，本发明提供了一种制造如上面任一实施例中所述的结构模块的方法，所述方法包括制造结构底板、结构壁和结构顶板并且将它们连接在一起，所述方法包括下述步骤：根据结构壁在使用所述模块建造的建筑物中的预期位置和作用为每个结构壁选择混凝土成分和/或密度，并且将所选择的轻型混凝土浇铸到所述壁内。
在一个实施例中，所述混凝土的密度在400kg/m3至600kg/m3的范围内。
在一个实施例中，在将混凝土浇铸到壁结构框架内之前，通过选择混凝土混合物中的材料和发泡剂的比例制备混凝土。
在另一方面中，本发明提供了一种建造建筑物的方法，包括下述步骤：根据如上面任一实施例中所述的方法制造结构模块，将模块运输到具有直立安装的芯块的现场，将至少一些模块放置在邻接芯块的位置，并且将所述模块的至少一些连接到芯块上。
在一个实施例中，通过将连接件接合在芯块中的竖直狭槽内并且通过焊接或紧固件将连接件固定在模块上而连接所述模块。
在一个实施例中，通过将模块上的大体竖直的定位销与上面或下面模块中的大体竖直的插口接合，在相连接的拐角处连接多个所述模块。
附图说明
从下面一些实施例的描述中将更清楚地理解本发明，本发明的实施例参考附图通过示例给出，其中：
图1是本发明的结构模块的结构元件的透视图，并且图2是示出了排列形成建筑物的许多这种模块的透视图，再次只示出了模块的结构框架；
图3是当两个模块并置时穿过连接的结构壁的剖面图；
图4和5是模块拐角处的透视图，示出了它们如何被连接在一起而增强抗震性的；
图6是示出了模块的非承载内壁到承载外壁的连接的平面图；以及
图7和8是用于将模块连接到建筑物芯块上的连接件的透视图；
图9(a)至(c)是示出了用于将模块连接到底板水平的连接件的用法的侧视图，而图10(a)至10(c)是示出了在顶板水平连接的连接件的用法的侧视图。
具体实施方式
参考图1，结构模块1包括底板2，底板2具有外围结构钢框架和钢筋混凝土。结构壁3被支撑在底板2上并且包括箱形截面的结构钢立筋4。顶板5包括跨越壁3的结构钢桁架6。壁3具有足够的结构强度以支撑多层建筑，例如宾馆或公寓楼，中的许多模块，如图2所示。壁立筋4是中心距为600mm的60x60x3的SHS钢，支撑在结构底板2的带凸缘的边缘框架件7上。桁架6具有支撑在壁3上的支撑板8，支撑板8直接覆盖在立筋4上。结构壁、底板和顶板的结构在它们结构框架方面在WO2007080561中描述了。
撑杆(brace)9从端壁10的中央位置向纵向壁3延伸。
图2示出如何在模块1中具有断口(break)的，在本示例中，在模块1高度的2.25倍处具有断口。结构壁3中的这种断口可能是由于一些偶然事件，例如车辆撞击或气体爆炸，中的任一种造成的。底板2，结构壁3和10，以及结构顶板5提供足够的强度，用于在偶然事件中去除了结构壁的最多2.25倍模块高度的一段时防止倒塌。
参考图3，结构壁3包括设计中心距不同的钢立筋4，钢立筋4是空心的方形截面或矩形截面，典型地为60x60x3的SHS钢。在两个模块彼此相邻安置时，具有两个模块壁3和16，对正的两个立筋4通过腔15分开。壁3和16的每一个具有成型在里面(moulded-in)的轻质泡沫混凝土20，泡沫混凝土20用泡沫制成用于提供夹带空气，从而密度非常低。一个示例是市场上销售的NeoporTM并且被称为多孔轻质混凝土。在本实施例中，密度约500kg/m3，然而，密度可以从300kg/m3变化至1200kg/m3。
模块壁3和16的结构强度由钢立筋4提供，浇铸在里面的混凝土20起辅助作用。泡沫混凝土20充满立筋4和内表面上的MgO外层板21之间的空隙。在立筋4和MgO板21之间具有MgO板的条状体23。
这种材料与它们的物理结构的结合提供了下述特性：
-耐火性。MgO板21具有极好的耐火性能。泡沫混凝土20降低了热量到钢上的传递，并且具有比传统的混凝土低得多的导热率，这是改善其耐火性能起作用的因素。钢的温度延迟升高至约500℃的临界水平对于多层建筑的防火安全是非常有利的。在EN1365-1支承部件的防火试验中，获得了120分钟的耐火性，尽管壁相对较薄，在本示例中为82mm。
-高强度重量比。利用低密度的泡沫混凝土，可以获得与WO2007080561的模块相比类似的结构自重，这样可以比传统的建筑物轻约15％。
-极好的隔音性能。由于壁的组成，模块的隔音性能被大大改善了，因为壁被设计用于应对更宽的声音频率范围。由两个模块的壁形成的间隔壁已经在实验室中进行了测试并且获得了62dB的Rw和57dB的Rw+Ctr。这比爱尔兰当前的建筑物规定低约9dB并且比英国当前的建筑物规定低12dB。
-坚固性。
-与传统的混凝土相比改善了绝热效果。密度约500kg/m3的轻型泡沫混凝土(CLC)的绝热效果平均比传统的混凝土好14倍。这降低了对外壁的绝缘要求。
-稳定性。不需要合成或人造的聚合体。混合中使用的发泡剂由天然成分制成并且是可生物降解的并且不污染水源。生态水泥(Eco-cement)也可以与本产品一起使用。这降低了对额外制造绝缘层的要求。
应了解壁结构对提供结构模块在其制造方面、在建造建筑物的用途方面以及对于居住和商业目的的其它用途方面的所需性能贡献非常大。
根据模块1的预期的使用特性，壁的性能在工厂内可能不同。这是通过在模块1的非工地(工厂)制造过程中调整泡沫混凝土20的密度而实现的。在一个实施例中，泡沫混凝土的制备如下：
-在机械转鼓式混合机中，首先，将正确等级的河道流砂与水泥以所需的比例混合。可选地，可以混入聚丙烯纤维以减少收缩。然后，将水添加到所需体积并且混合均匀。一旦到达所需的体积，添加泡沫以生成具有预期的湿密度的混合物。
-在容纳水、压缩空气和生物发泡剂的机器中生成泡沫，生物发泡剂生成封装小气泡的轻型泡沫。这使得泡沫能够被混合到砂-水泥-水的灰浆中，而气泡不会塌陷，从而，将混合物保持于稳定的密度。在泡沫完全结合到混合物中之后，在浇铸到水平床上的壁板上之前转移至料斗内，并且刮成水平(screed off level)。
这对于壁的建造，在由模块建造建筑物的方面以及制造模块的方法方面，具有许多优势。最重要的优势之一是本模块解决了通常与模块式结构相关联的特有的隔音问题。
还应了解，由于避免了手动填实绝缘层，轻型混凝土由机器浇铸，所以本制造方法效率更高。在工厂中，浇铸机自动浇铸、找平(level)并且刮平(screed)填实的混凝土。
参考图4和5，拐角处的接合处由带有四个拐角孔31的连接板30、插孔32和定位销33形成。这些构件在拐角处互相连接八个模块1，下面四个和上面四个。连接板30在对接处37被焊接至下面的模块1的拐角构件32。被斜切了的连接板30的顶部边缘34有助于所需量的焊缝，以将板30直接固定到相连接的模块1的顶板桁架6的支撑板8上。这将板固定到下面的四个模块1上，并且这些边缘可从上面触及。在图中这些焊缝用数字36表示。
上面相邻的模块1在焊缝37处围绕着上面模块的底板2的拐角被焊接到连接板30。连接板30有四个孔31，每个拐角一个。然后，以类似的方式放置并且固定相邻的两个上面模块1。通过将定位销33插入板30中的孔31而将最后一个上面模块固定到位。定位销33延伸穿过下面直接紧邻的插孔32并且被充填非收缩性和高强度薄浆。插孔的深度和定位销的长度通过其需要提供的力确定。在一些情况下，此薄浆还可要求是快速硬化型的，以尽可能快地获得连接中的预期强度。对于高层建筑尤其是这样的，在这些建筑物中，在建造完成之前其结构需要承受风和其它最终载荷。在一个实施例中，薄浆是Sikadur-42HE高性能环氧薄浆，例如。此定位销的连接与在上面模块和连接板之间焊接具有相同的能力，以应对所有有关的力。
这种结构允许第四个模块1被连接进去，即使在上面三个模块放置到位之后不可能触及到板30上的焊接。而且，其允许在每个拐角处结合进行焊接和定位销接合。通过提供板上的四个孔31，可以现场选择哪个上面模块最后降低入位。
这种结构被设计成承受地震发生时的静态和动态力。压缩载荷主要由竖直立筋4承担。竖直拉伸载荷通过拐角连接件40抵抗，连接件40特别为此载荷设计。通过蒙皮作用，利用底板板材和拐角连接，水平力被传递到钢筋混凝土建筑物芯块上。这些拐角模块连接使用焊接和/或用薄泥浆填塞的销实现结构设计要求。
参考图6，通过紧固结构元件，模块1的非承载内壁50被连接到结构底板2和顶板5上。内壁50到结构壁3的连接是通过槽形横截面的导轨52实现的，导轨52通过螺钉53紧固到壁3上。石膏板的条状体54被固定到导轨52上。然后，内壁50被移动到其侧边缘抵接石膏板54的位置。固定到槽上的石膏板54靠在内壁板的第一立筋上，但不机械固定到其上面。挠性材料的连接件55被设置于石膏板条状体54和内壁50的石膏板56之间。
在剧烈地震活动导致结构壁3移动时，由于连接件的特性，所以内壁50不会被迫与结构壁3一起移动。连接件可以断开或被破坏，但所有破坏都是表面上的并且容易修复。主要优点是内壁50将保持其自己的稳定性和完整性并且不会产生可能对性能产生进一步破坏或对居民造成严重伤害的力。
图7至10是示出了模块1到钢筋混凝土芯块61上的连接的视图，钢筋混凝土芯块61先前已经直立安装在位。典型地，芯块61包括建筑物的电梯和楼梯间。带狭槽的插件60被以精确的竖直定向并且在与模块底板和顶板水平相符的位置嵌入到芯块61内。插件的数目由所计算的力的大小确定。带狭槽的插件60包括侧凸缘62，汇合到带有竖直狭槽64的前壁63的倾斜侧壁67。
连接件65包括扁平板，其一端带有凹口以提供头部66，头部66被配置成适配带狭槽的插件60。连接件65被以竖直的定向接合至带狭槽的插件60，然后转动90°直到连接件65处于水平定向中。然后竖直滑动连接件65直到其接合模块的底板2(图9(a)至9(c))或模块1的顶部(图10(a)至10(c))。然后将连接件65焊接到模块上并且在带狭槽的插件60内只在竖直方向上自由滑动。这使其能够抵抗剪切和拉伸力，但迎合模块和芯块之间的任何沉降差(differential settlement)，尤其是在多层建筑物中。它还允许水平力被从模块1传递至芯块结构61上。此细节对于在发生地震时迎合静态和动态力也是至关重要的。由于建筑物芯块的混凝土收缩，25层建筑物中沉降差的范围可在8mm至15mm的区域内，但由于钢承载负载，所以模块1的收缩不太明显。
如图9和10所示，连接件65的焊接可以包括首先焊接缓冲板(图10(a)至10(c))以使连接件65的顶表面被带至支撑板8的顶表面的水平。可选地，本方法可以包括去除板的一部分以为连接板制造空间(图9(a)至9(c))。后面的连接设置在倒U形槽钢提供的底板的横向延伸部之间，如图所示。
还应了解模块壁3中的泡沫混凝土大大增加了它的总刚度。这继而改善了壁3抵抗横斜歪变力的能力。在飓风或地震区域这是尤其有利地，在这些区域也会需要加撑的框架和/或剪力壁抵抗这些力。
还应了解模块适于避免在偶然事件中可能发生的不相称的塌陷。模块具有承受在一个水平高度上在模块的长壁的长度上去除最多2.25h(单位为米)的能力，而上面的模块没有塌陷的危险(h＝模块高度)。类似地，模块的整个短壁可以在一个水平高度上被去除，而上面的那些模块没有塌陷的危险。这从图2可以意识到。
本发明并不限制于这里描述的实施例，而是在结构和细节上可以变化。例如，浇铸轻型泡沫混凝土的壁建造技术可以还可以用于顶板、屋顶和底板。而且，在所描述的实施例中，两个相连接的模块的壁之间有腔，但是，设想壁例如单一模块的内壁可以引入腔。这样的话，在腔的两侧可以具有结构框架。而且，用于将模块连接到芯块上的连接结构可以相反，芯块具有接合模块中的狭槽的连接件。

Claims (14)

1.一种彼此上下安装在一起的多个结构模块的组件，其中所述结构模块分别包括：结构底板(2)，承载壁(3)和顶板(5)，其被设置成支撑多层建筑中的多个其它的结构模块(1)，其中，至少一个承载壁(3)包括结构框架(4)和位于所述结构框架的框架构件之间的轻型混凝土(20)，所述轻型混凝土(20)具有300kg/m3和1200kg/m3范围内的密度，并且
其中，所述结构模块中的至少一些连接混凝土芯块(61)并且在竖直平面内邻接所述混凝土芯块，所述结构模块中的所述至少一些只在竖直方向上相对于所述混凝土芯块(61)自由滑动。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述轻型混凝土(20)是多孔的，包括夹带空气。
3.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述轻型混凝土(20)被成型于所述框架构件之间，沿着承载壁的平面充填所述框架构件之间的空隙。
4.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述承载壁(3)通过板材至少在一侧对齐，轻型混凝土和板材提供至少两个小时的耐火性。
5.根据权利要求4所述的组件，其中，所述轻型混凝土(20)被浇铸在钢框架和板材上。
6.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述顶板(5)的至少一部分包括桁架中的结构构件之间的轻型混凝土(20)。
7.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述结构底板(2)包括外围结构钢框架并且包括带有钢筋的轻型混凝土(20)。
8.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述结构模块(1)包括内壁(50)，所述内壁(50)通过可松开的连接件(54，55)连接至承载壁(3)。
9.根据权利要求8所述的组件，其中，所述可松开的连接件包括在竖直方向上延伸的柔性填料的连接件(55)。
10.根据权利要求1或2所述的组件，其中，至少一个结构模块具有带头部(66)的连接件(65)，所述头部接合在混凝土芯块中的竖直狭槽(64)后面。
11.根据权利要求10所述的组件，其中，所述竖直狭槽位于嵌入混凝土芯块内的插件(60)中。
12.根据权利要求11所述的组件，其中，所述插件(60)包括平行于面对着结构模块的混凝土芯块外表面的平面的凸缘(62)，以及侧壁(67)，所述侧壁(67)将所述凸缘连接至引入竖直狭槽(64)的前壁(63)。
13.一种利用结构模块建造建筑物的方法，所述结构模块包括：结构底板(2)，承载壁(3)和顶板(5)，其被设置成支撑建筑物中的多个其它的结构模块(1)，其中，至少一个承载壁(3)包括结构框架(4)和位于所述结构框架的框架构件之间的轻型混凝土(20)，所述轻型混凝土具有300kg/m3和1200kg/m3范围内的密度，所述方法：
通过下述方法制造结构模块：制造结构底板、承载壁和顶板并且将它们连接在一起；和根据承载壁在使用所述结构模块建造的建筑物中的预期位置和作用为每个承载壁选择轻型混凝土的成分和/或密度，并且将所选择的轻型混凝土浇铸到所述承载壁内；和
将结构模块运输到具有直立安装的混凝土芯块的现场，将至少一些结构模块放置在邻接混凝土芯块(61)的位置，并且将所述结构模块的至少一些连接到混凝土芯块上，使所述结构模块中的所述至少一些只在竖直方向上相对于所述混凝土芯块(61)自由滑动。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，通过将连接件接合在混凝土芯块中的竖直狭槽(64)内并且通过焊接或紧固件将连接件固定在结构模块上而连接所述结构模块。
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