CN108360682A - 一种三维建筑模块和三维建筑模块的建筑方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维建筑模块，包括模块框架和墙体，该模块框架的顶面和底面分别由多根次梁垂直连接于互相平行的两根主梁之间构成的，多根角柱的两端分别与模块框架的顶面和底面上的主梁的端部连接固定，以构成模块框架的侧面，且该模块框架的一个或多个侧面上安装有墙体，提高了三维建筑模块的结构多样性，也更符合建筑模块的功能要求。本发明还提供了一种三维建筑模块的建筑方法，该方法包括：根据功能要求组合各个三维建筑模块，并处理各建筑模块之间的连接节点和拼缝节点，提高了模块化建筑的舒适性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及模块化建筑领域，尤其涉及一种三维建筑模块和三维建筑模块的建筑方法。
背景技术
三维模块化建筑是一种新的建筑技术，是通过在工厂将建筑模块单元加工完成后，发运到现场进行单元之间的组装拼接。由于三维建筑模块是在工厂进行加工制作的，保证了建筑的施工质量，建筑模块在施工现场大部分都是干作业施工，减少了对周围的噪音和环境污染，并加快施工进度，同时，建筑模块均为现场组装拼接，后期也便于拆卸和循环利用，是一种响应可持续发展理念的建筑形式。例如，三维模块化的学校建筑等，并且，由于学校的建筑性质特殊，目前国内部分地区采用集装箱进行学校的建设。
然而，目前的三维建筑模块的结构单一，且模块之间的连接方式不稳定，限制了模块化建筑的形式选择，不符合现代生活对多功能建筑的需求。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种三维建筑模块和三维建筑模块的建筑方法，可用于解决现有技术中三维建筑模块的结构单一，且模块之间的连接方式不稳定的问题。
为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种三维建筑模块，其特征在于，所述建筑模块包括模块框架和墙体；
其中，所述模块框架包括：主梁、次梁、角柱和竖向龙骨；
多根所述次梁垂直连接于互相平行的两根所述主梁之间，分别构成所述模块框架的顶面和底面；
多根所述角柱的两端分别与所述模块框架的顶面和底面上的所述主梁的端部连接固定，以构成所述模块框架的侧面；
所述模块框架的一个或多个所述侧面上安装有所述墙体，并且，与所述墙体对应的所述主梁通过间隔分布的所述竖向龙骨连接。
本发明第二方面提供了一种三维建筑模块的建筑方法，该方法包括：
按功能要求组装上述的各个三维建筑模块；
处理各所述三维建筑模块之间的连接节点；
处理各所述三维建筑模块之间的拼缝节点。
本发明提供的建筑模块中，通过在该模块框架的一个或多个侧面上设置墙体，以使建筑模块的结构与其功能对应，不仅提高了三维建筑模块的结构多样性，也更符合建筑模块的功能要求。
本发明提供的三维建筑模块的建筑方法中，通过不同的三维建筑模块的组合丰富了模块化建筑的结构形式，并且，对模块之间的连接节点和拼缝节点的处理，提高了建筑整体的舒适性和安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例提供的三维建筑模块的结构图；
图2为本发明第二实施例提供的三维建筑模块的结构图；
图3为本发明第三实施例提供的三维建筑模块的建筑方法的流程图；
图4为本发明第四实施例提供的三维建筑模块的连接节点的俯视图；
图5为图4中的连接节点的A-A剖面图；
图6为图4中的连接节点的B-B剖面图；
图7为本发明第五实施例提供的三维建筑模块的拼缝节点的示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在建筑的初级规划阶段，整个建筑可以划分为多个不同的三维建筑模块，对于每个建筑模块，其结构可以根据模块的功能要求进行相应的模数化设计，再由工厂制作得到。
请参阅图1，为本发明第一实施例提供的三维建筑模块的结构图，该三维建筑模块包括模块框架和墙体。
其中，模块框架包括：主梁1、次梁2、角柱3和竖向龙骨4；
多根次梁2垂直连接于互相平行的两根主梁1之间，以构成该模块框架的一顶面和一底面，且多根角柱3的两端分别与模块框架的顶面和底面上的主梁1的端部连接固定，以构成该模块框架的若干个侧面。
如图1所示的模块框架的顶面和底面分别包括4根主梁1，且较长的2根主梁1为顶面和底面的长边，较短的2根主梁1为顶面和底面的宽边。角柱3的数量为4根，长边主梁1和角柱3共同构成该模块框架的四个侧面。
较佳地，主梁1和角柱3均采用箱型钢柱，箱型钢柱强度高，偏心受力强，且钢柱的尺寸与建筑模块的结构受力荷载的大小有关，保证了三维建筑模块的结构稳定。次梁2采用C型槽钢，以相同的间距分布在平行的两根长边主梁1之间，主梁1与次梁2构成的楼板骨架也便于后期安装楼板，以得到稳定的模块框架的顶面和底面。
需要注意的是，该模块框架的一个或多个侧面上安装有墙体，并且，与墙体对应的主梁1通过间隔分布的竖向龙骨4连接。
在本实施例中，依托三维建筑模块的功能选择性地设置侧面墙体，且该侧面墙体采用的是组合墙体的承重形式，墙体内分布有轻钢型龙骨4与主梁1构成的金属骨架；而其他没有设置墙体的侧面则不布设龙骨4，该侧面通过模块框架端部的角柱3承重。在实际应用中，建筑的室内空间被分割为多个建筑模块时，该多个模块的拼接面设承重墙体；将三维建筑模块拼接成室内大空间的建筑时，拼接面一般不设墙体，通过角柱3承重。
需要说明的是，图1所示的模块框架为长方体框架，框架的宽高面上未显示龙骨，以避免与长宽面上的龙骨4重叠，对观图效果造成干扰。并且，若该模块框架的侧面宽度小于预设的龙骨分布的间距，则无需在该宽高面上布设龙骨，充分发挥钢材的强度特性，且在一定程度上节约钢材成本。
进一步地，三维建筑模块还包括顶板和底板，顶板和底板分别安装在模块框架的顶面和底面上。并且，该顶板和底板可以采用压型钢板混凝土楼板或现浇混凝土楼板。
进一步地，图1所示的三维建筑模块可以为封闭式的箱体结构，即模块框架的四个侧面上均设置有主梁1与龙骨4构成金属骨架的墙体，该建筑模块的顶板、底板及四面墙体共同构成一个封闭式的箱体。
在本发明实施例中，通过在该模块框架的预设侧面上设置墙体，以使建筑模块的结构与其功能对应，不仅提高了建筑模块的结构多样性，也更符合建筑模块的功能要求，并且，合理分布建筑模块侧面的承重结构形式，保证了模块的结构稳定。
请参阅图2，为本发明第二实施例提供的三维建筑模块的结构图。与图1所示的第一实施例不同的是，本实施例提供了建筑模块的另一种结构形式，即该模块框架的顶板、底板及三面墙体构成有一个缺面的不封闭式的箱体结构。图1中的三维建筑模块的三个侧面上设置有主梁1与龙骨4构成金属骨架的墙体(包括未显示龙骨的宽高面)。
可选地，还可以选择在建筑模块的两个或一个侧面上设置墙体，以构成有两个缺面或三个缺面的不封闭式的箱体。
需要说明的是，本发明实施例只给出了模块框架为长方体这一种形状，以及由此提出的建筑模块的多种可行的箱体结构，但是在实际应用中应当不限于本发明实施例给出的方案，建筑模块还可以设计成其他的多边体或不规则多边体的结构，进一步丰富建筑模块的多样性。
进一步地，顶板、底板和墙体中预埋有水、电和气管线，且墙体上安装有门和窗。
工厂流水线上生产该三维建筑模块时，将模块框架、楼板、墙体等进行专业集成加工形成整体模块，仅预留必要的接口以供现场安装，还可以预先对建筑模块内部进行装修，包括：地板铺设、墙面粉刷以及水、电和气管线路安排等，并且，墙壁结构上还安装有门和窗。通过建筑模块成型前的准备工作，可以加快模块化建筑的施工进度，节省人力物力，提高经济效益。
进一步地，三维建筑模块的平面尺寸和立面尺寸均为预设的标准尺寸的倍数。
由于三维建筑模块是工厂流水制造的产品，其尺寸种类越少，越有利于工厂化生产，体现出建筑模块的结构形式的优越性。并且，三维建筑模块是由整体建筑依功能特性划分后得到的，根据建筑在设计阶段的布局尺寸，将该建筑模块的平面尺寸和立面尺寸均设置为标准尺寸的倍数，可以方便地将各建筑模块在平面和立面方向上直接拼接，有利于提高三维建筑模块的装配化率。
例如，三维建筑模块1(平面尺寸为1G×2G)和三维建筑模块2(平面尺寸为1G×3G)，其中，G为预设的尺寸标准，通过三维建筑模块1和三维建筑模块2的组合可以拼接出该尺寸标准G的整数倍的平面尺寸，即：4G＝2×2G，5G＝2G+3G，6G＝2×3G，7G＝2×2G+3G，8G＝4×2G，9G＝3×3G，10G＝2×2G+2×3G......依此类推，不同的各建筑模块可以在长、宽、高方向上拼接出任意该尺寸标准G的倍数尺寸的模块化建筑。
在实际应用中，多个三维建筑模块拼接的结构可用于教室、会议室等大容纳空间，由于模块的尺寸规范，单个建筑模块易嵌入建筑结构内部，用于楼梯间、卫生间等小容纳空间，不会造成空间的浪费。因此，本发明实施例提供的组合方案灵活性和适应范围更大，丰富了模块化建筑的结构多样性。
优选地，建筑模块拼接后的尺寸匹配集装箱的尺寸，可以直接使用卡车等运输工具运输至施工现场，节省运输成本。
在本发明实施例中，第一方面，三维建筑模块的结构可多样化，且建筑模块的结构形式对应于其功能需求；第二方面，通过流水线加工，预先在建筑模块内部适当装修，可加快模块化建筑的施工进度，节省人力物力，提高经济效益；第三方面，为三维建筑模块设置标准尺寸，可方便地实现各建筑模块在平面和立面方向上直接拼接，建筑模块的多种组合方案提高了模块化建筑的结构多样性。
请参阅图3，为本发明第三实施例提供的三维建筑模块的建筑方法的流程图。该方法包括：
步骤101、按功能要求组装各个三维建筑模块。
通过在建筑的初级规划阶段，将整个建筑划分为多个不同的三维建筑模块，并且，对于每个模块，其结构是根据功能进行相应的模数化设计，再由工厂制作得到的。因此在进行三维模块化建筑施工时，可以按照图纸将各个所需的建筑模块组合成整体建筑。
在实际应用中，多个建筑模块拼接的结构可用于教室、会议室等大容纳空间，由于三维建筑模块的尺寸规范，单个建筑模块易嵌入建筑结构内部，用于楼梯间、卫生间等小容纳空间，不会造成空间的浪费。因此，本发明实施例提供的多种结构的建筑模块可互相组合，且组合方案灵活性和适应范围大，丰富了模块化建筑的结构多样性。且优选地，建筑模块拼接后的尺寸匹配集装箱的尺寸，可以直接使用卡车等运输工具运输至施工现场，节省运输成本。
步骤102、处理各三维建筑模块之间的连接节点。
请参阅图4至图6，图4为本发明第四实施例提供的三维建筑模块的连接节点的俯视图；图5为图4中的连接节点的A-A剖面图；图6为图4中的连接节点的B-B剖面图。
如图4所示，各三维建筑模块组合后的连接面上，模块与模块的主梁1之间的接触点以及角柱3之间的接触点分别构成连接节点。因此，对建筑模块之间的连接节点的处理主要包括：连接节点处的主梁1之间的连接和角柱3之间的连接，处理方法是：
如图4所示，在三维建筑模块的连接节点处设置连接板5，并在连接板5上开设与主梁1和角柱3对应的若干螺栓孔6，使用高强螺栓7分别将连接板5两端的主梁1及角柱3连接起来。
如图5所示，在建筑模块100和建筑模块200的主梁1以及角柱3的连接节点处，高强螺栓7分别穿过连接板5上的与主梁1和角柱3对应的螺栓孔后与螺母配合，将连接板5两端的主梁1之间及角柱3之间分别固定，以使建筑模块100与建筑模块200的节点连接起来，这种可拆卸的连接方式不仅易于施工，而且便于后期对建筑的维护和模块重组。
进一步地，在连接板5两端的主梁1和角柱3上分别焊接加劲板8，以强化连接节点。
如图5和图6所示，加劲板8成对设置在连接板5两侧的建筑模块的主梁1上，可保证连接节点的局部稳定。在本实施例中，加劲板8可以为条状加强件，通过均匀传递节点的集中力以提高主梁1和角柱3的稳定性和抗扭性能。
可选地，根据构件的规格和现场施工的要求选择加劲板8的尺寸，因此，可以在模块化建筑后期的施工现场，安装好连接板5后再焊接该加劲板8，也可以选择建筑模块的加工过程中，事先在主梁1和角柱3上焊接该加劲板8。
步骤103、处理各三维建筑模块之间的拼缝节点。
请参阅图7，为本发明第五实施例提供的三维建筑模块的拼缝节点的示意图。
本实施例中处理各三维建筑模块之间的拼缝节点的方法是：
在各三维建筑模块的拼缝处从外墙到内墙，依次设置：盖缝胶条9、防火棉10、水泥纤维板11、边龙骨12、保温棉13以及纸面石膏板14。
由于三维模块化结构的建筑，其整体性和功能性很大程度上受制于模块之间的拼缝节点，对于三维建筑模块互相拼接后的墙壁拼缝节点，本实施例采用多道防护材料处理，使得模块无缝拼接形成整体建筑，该多道防护措施还能满足相应的模块功能要求，如美观、防火、防水、隔音和保温等。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上为对本发明实施例提供的一种三维建筑模块和三维建筑模块的建筑方法的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种三维建筑模块，其特征在于，所述三维建筑模块包括模块框架和墙体；
其中，所述模块框架包括：主梁、次梁、角柱和竖向龙骨；
多根所述次梁垂直连接于互相平行的两根所述主梁之间，分别构成所述模块框架的顶面和底面；
多根所述角柱的两端分别与所述模块框架的顶面和底面上的所述主梁的端部连接固定，以构成所述模块框架的侧面；
所述模块框架的一个或多个所述侧面上安装有所述墙体，并且，与所述墙体对应的所述主梁通过间隔分布的所述竖向龙骨连接。
2.根据权利要求1所述的三维建筑模块，其特征在于，所述主梁和所述角柱均为箱型钢柱；
所述次梁为C型槽钢。
3.根据权利要求1所述的三维建筑模块，其特征在于，所述三维建筑模块还包括顶板和底板，且所述顶板和所述底板分别安装在所述模块框架的所述顶面和所述底面上；
所述顶板和所述底板为压型钢板混凝土楼板或现浇混凝土楼板。
4.根据权利要求3所述的三维建筑模块，其特征在于，所述顶板、所述底板和所述墙体共同构成封闭式或不封闭式的箱体结构。
5.根据权利要求4所述的三维建筑模块，其特征在于，所述顶板、所述底板和所述墙体中预埋有水、电和气管线，且所述墙体上安装有门和窗。
6.根据权利要求1所述的三维建筑模块，其特征在于，所述三维建筑模块的平面尺寸和立面尺寸均为预设的标准尺寸的倍数。
7.一种三维建筑模块的建筑方法，其特征在于，所述方法包括：
按功能要求组装如权利要求1至6任一项所述的各个三维建筑模块；
处理各所述三维建筑模块之间的连接节点；
处理各所述三维建筑模块之间的拼缝节点。
8.根据权利要求7所述的建筑方法，其特征在于，所述处理各所述三维建筑模块之间的连接节点包括：
在各所述三维建筑模块的连接节点处设置连接板，并在所述连接板上开设与所述主梁和所述角柱对应的若干螺栓孔，使用高强螺栓分别将所述连接板两端的所述主梁及所述角柱连接起来。
9.根据权利要求8所述的建筑方法，其特征在于，在所述连接板两端的所述主梁和所述角柱上分别焊接加劲板，以强化所述连接节点。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述处理各所述三维建筑模块之间的拼缝节点包括：
在各所述三维建筑模块的拼缝处从外墙到内墙依次设置：盖缝胶条、防火棉、水泥纤维板、边龙骨、保温棉以及纸面石膏板。
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- 2018-01-02 CN CN201810002373.0A patent/CN108360682A/zh active Pending
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