CN106013452B - 一种柔性悬挂式模块建筑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性悬挂式模块建筑结构，包括竖向设置的核心筒结构，核心筒结构上端设置有转换层，转换层下方悬吊有多个相互之间预留一定空间的模块，竖向相邻模块之间通过一组悬吊杆件连接，各悬吊杆件上端活动连接位于上方模块的天花梁，下端活动连接位于下方模块的天花梁；位于最上方的模块，设置在其上的悬吊杆件与转换层活动连接，各个模块的楼面与核心筒结构之间设有阻尼器。本发明采用悬挂减振技术，显著减小模块向核心筒结构输入的水平荷载，节约核心筒结构材料用量。模块建筑允许次结构层间位移开展，避免非结构构件损伤的同时，放松次结构层间位移的限值，进而提高消能减振的效率。结合限位缓冲装置，控制模块间相对运动，避免碰撞。

Description

一种柔性悬挂式模块建筑结构
技术领域
本发明属于土建技术领域，具体是一种柔性悬挂式模块建筑结构。
背景技术
模块建筑是一种预制装配式三维盒子单元，一个单元里一般是1-3个房间，模块单元一般采用钢结构制造，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，并降低污染排放。制造厂家把外墙、装修、家具、设备等全部整合到这个盒子单元(模块)中，运往现场进行吊装拼接，不仅结构部分施工便捷，还免去了后期的装修等工作。
相对于其他预制装配结构，模块建筑的优点主要有以下几方面：由于高度整合，免去了后续的装修、设备管线安装等工序，进一步缩短建造时间、节省现场人力；每个模块自成结构体系，无论是运输、吊装还是就位，都无须额外的支撑件，可以采用较为便捷的堆放式就位；工厂的流水线式装修、安装设备的方式，进一步提高室内品质，更符合商品住宅的市场要求。
基于以上几方面的优点，模块建筑适用于但不限于以下场合：工期紧迫的工程，例如需要按期住进新生的学校宿舍；人手奇缺的工程，例如边远地区的成规模建设；气候恶劣的工程，例如冬季施工；对装修品质有特殊要求的工程，例如是星级酒店等。
然而，模块内部的构件限于空间要求、连接方便的要求及自重限制，构件尺寸有限，无法达到很高的水平向承载力，因而在目前实际工程应用中，多高层模块建筑需要外加抗水平力结构，以帮助模块建筑承载，可以是混凝土核心筒或其它形式。模块把所受到的水平向荷载通过有效连接传递给核心筒，模块本身仅承受竖向荷载以及极小量的水平荷载。因此，在高层的模块建筑案例中，模块+混凝土核心筒的结构形式被普遍采用，抗水平地震力体系仅有核心筒一道防线，是较为不合理的结构形式。模块给核心筒传递过大的水平荷载，往往造成很大的材料用量。另一方面，在高层的模块建筑案例中，模块的自重直接向下传递，底部的模块承受过大的竖向荷载，增加了模块内部构件尺寸，进而又增加结构自重，影响使用功能。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种柔性悬挂式模块建筑结构。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种柔性悬挂式模块建筑结构，包括竖向设置的混凝土核心筒结构，核心筒结构上端设置有转换层，转换层由钢桁架组成，与混凝土核心筒有效连接，悬挑于核心筒结构之外，转换层下方悬吊有多个相互之间预留一定空间的模块，竖向相邻模块之间通过一组悬吊杆件连接，各悬吊杆件上端活动连接位于上方模块的天花梁，下端活动连接位于下方模块的天花梁；位于最上方的模块，设置在其上的悬吊杆件与转换层活动连接，各个模块的楼面与核心筒结构之间设有阻尼器。活动连接即是“铰接”“柔性连接”或“悬吊杆件内不产生弯矩式的连接。
其中，竖向相邻模块之间设有限位缓冲装置，限位缓冲装置用于避免竖向相邻模块在水平相对位移较大时发生竖向碰撞。
其中，限位缓冲装置包括两个相互连接的杆件，各杆件的自由端分别连接竖向相邻模块，其中一根杆件连接位于上方模块的底角，另一根杆件连接位于下方模块与上方模块竖向相邻的顶角，两个杆件之间设有钢丝绳，在杆件之间的位置处于初始状态时，钢丝绳是松弛的状态。
其中，各个模块天花梁在梁柱节点之外设置一段外延段，悬吊杆件的端部连接一个万向接头，万向接头连接T形连接钢板的腹板，T形连接钢板的翼缘与模块天花梁的外延段焊接。
其中，各个模块与核心筒结构之间设有可滑动的预制楼板，预制楼板一端与模块楼面处的梁柱节点连接，另一端置于核心筒结构的楼板上。
其中，预制楼板内预埋槽钢，槽钢与连接钢板螺栓连接，连接钢板跟模块楼面处的梁柱节点焊接，预制楼板另一端搁放在核心筒结构楼板的凹槽上，搁放接触面的两侧均设有预埋接触钢板；在凹槽的竖向端面设置预埋防碰撞钢板，接触钢板与防碰撞钢板焊接在预制楼板的预埋锚筋上。
其中，在竖向相邻两模块之间设有模块层间阻尼器，模块层间阻尼器两端分别连接上方模块的楼面梁柱节点与下方模块的天花梁柱节点。设置层间阻尼器的目的在于，在罕遇地震下，当其他阻尼器因超出行程而破坏，退出工作后，模块层间阻尼器因其相对运动较小，仍在工作行程之内，为结构继续提供必要的耗能途径。
其中，在设置核心筒结构的地面基础上设有自下而上堆放的多个模块组成的模块组，堆放的多个模块之间以及位于地面基础的模块与地面基础之间相互连接，堆放的模块不多于4层。
有益效果：本发明的一种柔性悬挂式模块建筑结构，具有以下有益效果：
1、采用悬挂减振技术，显著减小模块向核心筒结构输入的水平荷载，节约核心筒结构材料用量。
2、模块建筑允许次结构层间位移开展，避免非结构构件损伤的同时，放松次结构层间位移的限值，进而提高消能减振的效率。
3、采用万向接头式的柔性悬挂方案，仅由阻尼器和悬挂件轴力提供水平刚度，水平向位移开展时悬挂件仅受轴力，保持弹性；相对于其他柔性悬挂方案，本方案在竖向地震时，竖向具有一定钢性，不至于过分放大竖向响应。
4、结合创新的限位缓冲装置，合理控制模块间相对运动，避免碰撞。
附图说明
图1为本发明柔性悬挂式模块建筑结构的整体立面布局示意图；
图2为图1所示结构的模块层间构造示意图；
图3为图2所示层间构造中的限位缓冲装置示意图；
图4为图1所示结构的悬吊杆件连接结构示意图；
图5为图2所示层间构造的带可滑动预制楼板以及模块层间阻尼器的优选方案示意图；
图6为图5所示优选方案的可滑动预制楼板设置示意图；
图7为图1所示结构的部分模块堆放式优选方案示意图；
图8为图1所示结构的错位堆放式就位实施方案示意图；
图9为图1所示结构的悬挑式就位实施方案示意图。
图中：1-核心筒结构，2-转换层，3-模块，4-悬吊杆件，5-阻尼器，6-对角支撑件，7-限位缓冲装置，8-杆件，9-钢丝绳，10-天花梁，11-模块柱，12-加劲肋，13-万向接头，14-T形连接钢板，15-预制楼板，16-模块层间阻尼器，17-核心筒楼板，18-高强螺栓，19-连接钢板，20-预埋槽钢，21-预埋接触钢板，22-预埋防碰撞钢板，23-预埋锚筋，24-模块组，25-可顶升的平台，26-预埋连接件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1至图3所示的一种柔性悬挂式模块建筑结构，包括竖向设置的核心筒结构1，核心筒结构1是关键受力体系，承受整个结构的全部水平荷载以及竖向荷载，核心筒结构1上端设置有转换层2，转换层2下方悬吊有多个相互之间预留一定空间的模块3，竖向相邻模块3之间通过一组悬吊杆件4连接，各悬吊杆件4上端活动连接位于上方模块3的天花梁10，下端活动连接位于下方模块3的天花梁10，天花梁10即位于模块3顶面的横梁；位于最上方的模块3，设置在其上的悬吊杆件4与转换层2活动连接，各个模块3的楼面与核心筒结构1之间设置阻尼器5，各个阻尼器5在模块3与核心筒结构1相对运动时起到耗能作用，阻尼器5还具有一定的弹性刚度，以提供模块3结构的水平方向刚度。竖向相邻模块3之间设置限位缓冲装置7，限位缓冲装置7用于避免竖向相邻模块3在水平相对位移较大时发生竖向碰撞。具体地，如图3所示，限位缓冲装置7包括两个相互连接的杆件8，各杆件8的自由端分别连接竖向相邻模块3，其中一根杆件8连接位于上方模块3的底角，另一根杆件8连接位于下方模块3与上方模块3竖向相邻的顶角。两个杆件8之间设置钢丝绳9，在杆件8之间的位置处于初始状态时，钢丝绳9是松弛的状态，两杆件与初状态是松弛的钢丝绳9组成的一个“A”型装置，这种A型杆件组起到杠杆作用，目的是按比例缩小钢丝绳伸长量，避免过早拉断。各个模块3的楼面通过阻尼器5与核心筒结构1相连，阻尼器5在模块3与核心筒结构1相对运动时起到主要的耗能作用，阻尼器5具有一定的弹性刚度，以提供模块3结构的水平方向刚度。此外，当仅有风荷载作用时，由于阻尼器5起滑荷载效应，阻尼器5不产生滑动，可以把风荷载直接传递到核心筒结构1。如图4所示，模块的天花梁10在梁柱节点之外设置一段外延段，天花梁在相应位置设置加劲肋12，悬吊杆件4一般为空心圆钢管，其端部连接一个万向接头13，万向接头13通过螺栓连接T形连接钢板14的腹板，T形连接钢板14的翼缘与模块天花梁10的外延段焊接，焊接按刚接的要求进行。模块的天花梁外延段起到了允许悬吊杆件4在一定范围内摆动而不产生碰撞的作用。在各个模块3内还设置有对角支撑件6，对角支撑件6从内部加强模块的结构。如图5所示，各个模块3与核心筒结构1之间设置可滑动的预制楼板15，使两者相对运动的同时，可保持人员通行。预制楼板15内预埋槽钢20，预埋之前槽钢20与连接钢板19已采用高强螺栓18连接，连接钢板19跟模块楼面处的梁柱节点进行现场焊接，预制楼板15另一端搁放在核心筒楼板17的凹槽上，搁放接触面的两侧均设置有预埋接触钢板21，可以形成摩擦滑动。在凹槽的竖向端面设置预埋防碰撞钢板22，以上预埋件均带有焊接在其上的预埋锚筋23。在竖向相邻两模块3之间还设置模块层间阻尼器16，模块层间阻尼器16两端分别连接上方模块3的楼面梁柱节点与下方模块3的天花梁10柱节点。
如图6所示，作为另一种优选的实施方式，主要出于调整悬挂质量比的目的，在设置核心筒结构的地面基础上设有自下而上堆放的模块组24，堆放的多个模块之间以及位于地面基础的模块与地面基础之间相互连接，堆放的模块不多于4层。
为提供示例性的实施方式，以下阐述三种悬挂段模块安装就位的方法：
方法一，对正堆放式就位：
1、底层平台的安装就位，此平台的作用是承受其上模块的临时竖向荷载。如结构的底层设计有堆放性的模块，则直接安装底层模块。
2、下方一层的模块或平台安装完毕后，安装临时垫块，垫块的作用是预留竖向空间，使最后成型的体系里，模块竖向不接触；并在垫块安装找平后，吊装就位本层的模块。
3、各层的模块依次就位完毕后，安装悬吊杆件和限位缓冲装置，安装核心筒结构与模块之间的阻尼器，连接其他管线。
4、从上到下地撤去临时垫块，最后拆除底部平台。
方法二，错位堆放式就位，如图7所示：
1、可顶升的平台25的安装就位，此平台带有顶升装置，能平稳地整体顶升，所需行程较小。可顶升的平台25与悬挂转换层的距离，稍大于整个悬挂段的高度减去模块之间的竖向空间之和。也就是说，按照模块沿竖向紧密堆放、不设垫块的方案，并预留与转换层之间的一点距离，作为操作空间。
2、下方一层的模块或平台安装完毕后，吊装就位本层的模块，并连接悬吊杆件。两层模块竖向紧密堆放，水平向形成一定的错位，错位的距离大小按能够准确连接悬吊杆件的标准来确定。
3、各层的模块依次就位完毕后，安装顶层悬吊杆件，然后利用底层平台的顶升装置，平稳地使平台下降，直到悬挂端模块自然悬垂。撤去平台。
4、安装限位缓冲装置，安装核心筒结构与模块之间的阻尼器，连接其他管线。
方法三，悬挑式就位，如图8所示：
1、核心筒结构相应位置应设有预埋件26，能跟模块有效连接，使模块临时性地悬挑在核心筒之外。顶层预埋件位置按能够准确地与转换层连接悬吊杆件的标准来确定，并从上到下按此标准依次计算确定预埋件位置。
2、利用转换层起吊模块，先吊装顶层模块并与预埋件连接，并安装悬吊杆，形成临时固定。
3、从上到下依次重复步骤“2”。
4、解除最上面两层悬吊模块与预埋件的临时固定，让其形成机构，在重力作用下自动就位，即水平摆动到相应的位置。就位后安装顶层模块的限位缓冲装置和阻尼器。
5、从上到下，逐步解除一层模块的临时固定，让其就位后，安装其上面一层模块的限位缓冲装置和阻尼器。
6、安装底层模块的限位缓冲装置和阻尼器，连接其他管线。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种柔性悬挂式模块建筑结构，其特征在于：包括竖向设置的混凝土核心筒结构，核心筒结构上端设置有转换层，转换层由钢桁架组成，并与混凝土核心筒有效连接，悬挑于核心筒结构之外，转换层下方悬吊有多个相互之间预留一定空间的模块，竖向相邻模块之间通过一组悬吊杆件连接，各悬吊杆件上端活动连接位于上方模块的天花梁，下端活动连接位于下方模块的天花梁；位于最上方的模块，设置在其上的悬吊杆件与转换层活动连接，各个模块的楼面与核心筒结构之间设有阻尼器。
2.根据权利要求1所述的一种柔性悬挂式模块建筑结构，其特征在于：其中，竖向相邻模块之间设有限位缓冲装置，限位缓冲装置用于避免竖向相邻模块在水平相对位移较大时发生竖向碰撞。
3.根据权利要求2所述的一种柔性悬挂式模块建筑结构，其特征在于：其中，限位缓冲装置包括两个相互连接的杆件，各杆件的自由端分别连接竖向相邻模块，其中一根杆件连接位于上方模块的底角，另一根杆件连接位于下方模块与上方模块竖向相邻的顶角，两个杆件之间设有钢丝绳，在杆件之间的位置处于初始状态时，钢丝绳是松弛的状态。
4.根据权利要求1所述的一种柔性悬挂式模块建筑结构，其特征在于：其中，各个模块天花梁在梁柱节点之外设置一段外延段，悬吊杆件的端部连接一个万向接头，万向接头连接T形连接钢板的腹板，T形连接钢板的翼缘与模块天花梁的外延段焊接。
5.根据权利要求1所述的一种柔性悬挂式模块建筑结构，其特征在于：其中，各个模块与核心筒结构之间设有可滑动的预制楼板，预制楼板一端与模块楼面处的梁柱节点连接，另一端置于核心筒结构的楼板上。
6.根据权利要求5所述的一种柔性悬挂式模块建筑结构，其特征在于：其中，预制楼板内预埋槽钢，槽钢与连接钢板螺栓连接，连接钢板跟模块楼面处的梁柱节点焊接，预制楼板另一端搁放在核心筒结构楼板的凹槽上，搁放接触面的两侧均设有预埋接触钢板；在凹槽的竖向端面设置预埋防碰撞钢板，接触钢板与防碰撞钢板焊接在预制楼板的预埋锚筋上。
7.根据权利要求1所述的一种柔性悬挂式模块建筑结构，其特征在于：其中，在竖向相邻两模块之间设有模块层间阻尼器，模块层间阻尼器两端分别连接上方模块的楼面梁柱节点与下方模块的天花梁柱节点。
8.根据权利要求1所述的一种柔性悬挂式模块建筑结构，其特征在于：其中，在设置核心筒结构的地面基础上设有自下而上堆放的多个模块组成的模块组，堆放的多个模块之间以及位于地面基础的模块与地面基础之间相互连接，堆放的模块不多于4层。
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