CN109079962A - 一种建筑结构模块及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种建筑结构模块及其制备方法，所述建筑结构模块为工厂预制的整体结构，包括至少由底面、顶面、左侧面和右侧面围成的长方腔体；底面、顶面、左侧面和右侧面均为复合面板，所述复合面板包括第一面层、第二面层、以及连接第一面层和第二面层的若干个支撑件，所述第一面层、第二面层、以及第一面层和第二面层之间的支撑件为一体浇筑成型结构；且所述底面、顶面、左侧面和右侧面也为一体浇筑成型结构。本发明的有益效果是，在不降低建筑构件强度的前提下，减轻建筑的自重，方便运输，降低了施工难度，节省了成本，并可以提高建筑的保温、隔热、隔音效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑结构模块及其制备方法，属于装配式建筑技术领域。
背景技术
由预制部件在工地装配而成的建筑，称为装配式建筑。装配式建筑中大量的建筑部件由 工厂车间生产加工完成，构件种类主要有：外墙板，内墙板，叠合板，阳台，空调板，楼 梯，预制梁，预制柱等。
在装配式建筑中，有一类称为盒子建筑。盒子建筑的结构体系是指在工厂中将房间的墙 体与楼板连在一起制成箱型预制整体，同时完成其内部部分或全部设备门窗、卫浴、厨房、 电器、暖通的安装及墙面装修等工作，运至现场施工后，直接组装在一起，或与其他预制构 件及现浇结构相结合，建成的房屋体系。
由于盒子建筑的结构单元是具有一定空间的结构件，现有的盒子建筑存在一个很大的矛 盾：在实际使用时，希望使用空间越大越好；而在这些结构单元在运输时，又存在一定的尺 寸限制。通常来说，这些建筑结构单元需要运输到施工工地。不管什么运输方式，都存在一 定的尺寸限制。比如公路运输限高，一般是4.8米，除去车板高度1.2米，运输物品的高度 尺寸不能超过3.6米；公路运输限宽，一般要求在2.4米以内，对于大件物品，可以扩大至 3.5米左右，但是会大大地提高运输的成本；在长度方向上，最大尺寸一般为12米。比如，利用集装箱进行运输，建筑盒子的尺寸受到集装箱内部空间尺寸的限制，常见的40HC集装箱的内尺寸为12.032m×2.352m×2.69m。
由于受到运输尺寸限制，现有技术的建筑盒子设计成长筒型的结构单元，其结构如图1 所示；将多个长筒型的结构单元连接，其结构如图2所示。大多数的长筒型结构单元中的结 构骨架如图3所示，结构骨架由铝、轻钢等制成整体框架，再进行浇筑得到。可以看出，这 些长筒型结构单元的左、右墙面为承重的结构面，这些结构面的存在使房屋被分割成若干狭 长的空间。这些狭长空间中，房屋的开间很小，进深过长，难以满足实际使用需求。若拆除 这些承重的结构面结构以扩展使用空间，则房屋无法满足承重要求，安全性受到影响。
另外，预制的建筑盒子是建筑中的承重部件，一般来说，这些承重部件的自重也非常 高，从而使得运输成本较高、施工难度较大。
发明内容
本发明解决的技术问题是，建筑结构的承重部件的自重也非常高，运输成本较高、施工 难度较大。
本发明的技术方案是，提供一种建筑结构模块，所述建筑结构模块为工厂预制的整体结 构，包括至少由底面、左侧面、顶面和右侧面依次连接围成的长方腔体；
底面、顶面、左侧面和右侧面均为复合面板，所述复合面板包括第一面层、第二面层、 以及连接第一面层和第二面层的若干个支撑件，所述第一面层、第二面层、以及第一面层和 第二面层之间的支撑件为一体浇筑成型结构；且所述底面、左侧面、顶面和右侧面也为一体 浇筑成型结构。
优选地，所述支撑件为支撑柱。
优选地，所述支撑柱为圆柱、椭圆柱和/或方柱。
优选地，所述第一面层的厚度为10-60mm，第二面层的厚度为10-60mm，支撑柱的高度为50-300mm。
优选地，所述填充材料为泡沫材料。与现有结构相比，多个支撑柱的设计大大地降低了 该结构面的传热系数。不论是填充泡沫材料还是不填充材料，
优选地，所述建筑结构模块均由超高性能混凝土制成。
所述第一面层的厚度为10-60mm，优选15-35mm；第二面层的厚度为10-60mm，优选15-35mm，支撑柱的高度为50-300mm。
优选地，柱为直径10-80mm的圆柱，优选25-40mm，或边长10-80mm的方柱，优选边长25-40mm。
优选地，长方腔体相邻的两个面的连接处设有若干连接块，连接块与底面、顶面、左侧 面和右侧面也为一体浇筑成型结构。
优选地，在长方腔体的内部设置与左侧面和右侧面平行的竖直面，竖直面的上、下两边 分别与顶面、底面连接形成一体结构。
优选地，第一面层与第二面层相互平行，且与所述支撑件垂直。
优选地，建筑结构模块的角边预埋连接螺栓和/或连接套筒。接螺栓和/或连接套筒不但 可以作为连接件，还可以作为起吊时的承力部件，在吊装时还可以用于定位。
本发明中的建筑结构模块中的底面、顶面，左侧面和右侧面仅表示两两相对的面，在该 建筑结构模块用于建筑时，根据其使用情况，分别称为底面、顶面，左侧面和右侧面。
所述建筑结构模块沿左右方向的尺寸为长度、沿前后方向的尺寸为宽度、沿上下方向的 尺寸为高度，建筑结构模块的长度大于宽度。
优选地，所述建筑结构模块用于建造房屋，建筑结构模块的宽度为：将房屋设计进深按 不超过运输宽度限定尺寸分割成若干单元，所述建筑结构模块的宽度尺寸则为该分割后的单 元的宽度尺寸。
优选地，所述运输宽度限定尺寸为3.5m。
优选地，建筑结构模块的宽度为1.2-2.5m。
与现有的结构单元不同的是，本发明的建筑结构模块在拼接的同时实现了扩展使用空间 的目的。其中，建筑结构模块的底面、顶面、左侧面和右侧面均为一体浇筑预制成型的承重 结构面。通常情况下，建筑结构模块的前、后侧面为非承重结构面，一般不填充。此时，可 以将多个建筑结构模块沿其前后方向进行拼接(组合)，这样就不再受到空间尺寸的限制。
这种建筑结构模块拼接得到的房屋可以非常容易地得到30平方、60平方甚至100平方 以上的整体空间，且可以保证房间的进深与开间均较大，避免了长筒状的房屋结构。
例如，建筑结构模块的长度设计成12m，宽度设计为2.4m；将3个此种建筑结构模块拼接，就可以得到12m×(2.4m×3)＝86.4m2的大空间；将5个此种建筑结构模块拼接，就 可以得到12m×(2.4m×5)＝144m2的超大空间。这些大空间均具有超大开间12m，不会影 响进深的采光，具有较高的舒适性。
当建筑结构模块的长度跨度较大时，可在其内部设承重结构件以增强该建筑结构模块的 整体强度。所述承重结构体与建筑结构模块的底面、顶面、左侧面和右侧面一体浇筑预制成 型。
所述承重结构件可以为承重柱、承重梁或承重墙面等。承重柱、承重梁基本不会影响整 体空间的大小。即使设置承重墙面，还可以在该承重墙面上设门，将承重墙面两侧的空间进 行连通。比如，当建筑结构模块的长度为12m时，在建筑结构模块内设1块承重墙面，将 长度分为7m和5m，即得到7m和5m的大开间，此时，将3个宽2.4m的建筑结构模块相 互拼接时，就可以得到7m×(2.4m×3)＝50.4m2的空间和5m×(2.4m×3)＝36m2的空 间，这两个空间也均较大，也已经可以满足绝大多数大户型房屋的设计尺寸。
可以看出，在该建筑结构模块的内部设置承重墙和/或非承重墙，可以将这些大空间进 行灵活的分割，得到不同设计的房屋。
本发明还提供一种建筑结构模块的制备方法，包括以下步骤：
(1)根据建筑结构模块的结构和尺寸制作浇筑该建筑结构模块的模具，所述模具包括 外模和内模，外模包括第一外模和第二外模，第二外模位于第一外模的内部，在第一外模和 第二外模围成的模腔内设置内模，使内模与第一外模之间形成第一空隙，用于浇筑形成第一 面层；使内模与第二外模之间形成第二空隙，用于浇筑形成第二面层；所述内模中还具有若 干用于浇筑形成支撑件的穿孔，所述穿孔与第一空隙、第二空隙相互连通；
(2)向模具内的穿孔、第一空隙和第二空隙中浇筑胶凝材料，使胶凝材料包裹内模；
(3)待胶凝材料固化后，脱去第一外模和第二外模，得到建筑结构模块。
优选地，将填充材料作为内模。
优选地，将钢模板、竹模板、木模板和/或塑料模板作为外模(第一外模和第二外模)。
该建筑结构模块的容重很低，可低至500Kg/m3。由于一体成型的整体结构，可以形成 较高的强度，维持结构的稳定。
本发明中，建筑结构模块底面和顶面为建筑的楼板，左侧面和右侧面为建筑的墙板，本 发明将楼板与墙板一体成型，得到整体的结构，具有较好的结构强度。在材料不变的情况下 可使局部结构强度提高5倍，容重降低30％。
本发明的有益效果是，在不降低建筑构件强度的前提下，减轻建筑的自重，方便运输， 降低了施工难度，节省了成本，并可以提高建筑的保温、隔热、隔音效果。
附图说明
图1表示建筑结构模块的一种立体结构示意图。
图2表示图1中建筑结构模块的剖面A-A示意图。
图3表示图1中去除第一面层和泡沫材料的立体结构示意图。
图4表示模具的剖面示意图。
图5表示本发明建筑结构模块的另一种立体结构示意图。
图6表示三个本发明建筑结构模块沿前后方向拼接后的结构示意图。
图7表示多个本发明建筑结构模块沿前后方向拼接后的结构示意图。
图8表示多个本发明建筑结构模块沿左右方向拼接后的结构示意图。
图9表示多个本发明建筑结构模块沿上下方向拼接后的结构示意图。
图10表示本发明设计的待建的三层小楼的结构示意图。
图11表示本发明设计的待建的三层小楼每一层的结构示意图。
图12表示本发明设计的待建的三层小楼的每一层的每个户型分割成的多个建筑结构模 块的结构示意图。
图13表示图12中的多个建筑结构模块的连接成一层的结构示意图。
图14表示图13中的每一层结构连接成房屋整体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
作为本发明的一个实施方式，其提供了一种建筑结构模块，所述建筑结构模块包括由底 面1、顶面2、左侧面3和右侧面4围成的长方腔体；其结构示意图如图1所示。
底面1、顶面2、左侧面3和右侧面4均为复合面板，复合面板的结构如图2所示，图 2为图1沿A-A面的剖视图，所述复合面板包括第一面层51、第二面层52、以及连接第一 面层51和第二面层52的若干个支撑柱53，第一面层51、第二面层52、以及第一面层51 和第二面层52之间的柱53为一体浇筑成型结构。第一面层51和第二面层52之间还填充泡 沫材料54(为便于区分，在图2中泡沫材料54填充处用剖面线标记)，泡沫材料位于支撑 柱53与支撑柱53之间。建筑结构模块由混凝土制成。第一面层51的厚度为25mm，第二 面层52的厚度为25mm，柱53为圆柱形，直径30mm，高度为150mm，间隙中填充泡沫材 料54。
可以看出，除了填充的泡沫材料54之外，其余的结构部件均为一体浇筑成型得到。泡 沫材料54可以作为浇筑时的内模具。
为更清楚的示意该建筑结构模块的内部结构，将建筑结构模块的第一面层51以及填充 泡沫材料54去除后，得到的立体示意图如图3所示，在每个面的转角处设有连接块6，这 些连接块6与建筑结构模块的其他部件也是一体成型得到的。
制备方法：
(1)根据建筑结构模块的结构和尺寸制作浇筑该建筑结构模块的模具，按图1所示的 建筑结构模块制备模具，同样地，沿图1中A-A剖面的位置对模具进行剖视，得到图4， 所述模具包括外模和内模，以建筑用的钢模板作为建筑结构模块的外模，外模包括第一外模71和第二外模72，在第一外模71和第二外模72围成的模腔内设置泡沫材料54作为内模， 使内模与第一外模之间形成第一空隙，用于浇筑形成第一面层；使内模与第二外模之间形成第二空隙，用于浇筑形成第二面层；所述内模中还具有若干用于浇筑形成支撑件的穿孔，所述穿孔与第一空隙、第二空隙相互连通；
(2)向模腔内的穿孔与第一空隙、第二空隙中浇筑混凝土，使胶凝材料包裹内模；
(3)待混凝土固化后，脱去第一外模71和第一外模72，得到建筑结构模块。
混凝土材料配方：
| PO42.5 | SAC(硫铝水泥) | 石膏 | 石屑 | 外加剂 | 消泡剂 | 葡萄糖酸钠 | 酒石酸 | 水 |
| 350kg | 50kg | 25kg | 572kg | 2kg | 1kg | 0.1kg | 0.2kg | 130kg |
其中，PO42.5表示标号42.5的普通硅酸盐水泥。
按上述配方配制的混凝土，测试的初始流动度为295mm，30min流动度为260mm，1天强度为23MPa，28天强度为72MPa。将上述混凝土材料用于制备建筑结构模块，建筑结 构模块内不设钢筋，可节省大量的混凝土材料并减轻自重，得到的建筑结构模块的容重为620Kg/m3，远低于其他建筑结构，该建筑结构模块的局部强度也远高于国家标准。
作为本发明的另一个实施方式，其提供了一种建筑结构模块，如图5所示，本发明建筑 结构模块包括底面1、顶面2、左侧面3和右侧面4，所述底面1、顶面2、左侧面3和右侧面4围成长方腔体。该长方腔体的每个面均为长方形。建筑结构模块的长度即为底面1或顶面2的长度，建筑结构模块的宽度即为底面1或顶面2的宽度，也是左侧面3和右侧面4的 宽度。建筑结构模块的高度为左侧面3和右侧面4的高度。
建筑结构模块的长度12米，宽度2.4米，高度2.9米；由于长边的跨度较大，在建筑结 构模块的内部每间隔一段距离设置两块承重墙面8。建筑结构模块的底面1、顶面2、左侧面3和右侧面4，以及两块承重墙面8均为一体浇筑预制成型的承重结构面。
该建筑结构模块没有前、后侧面，或者说建筑结构模块的前侧面和右侧面未填充物体。 因此，将可将建筑结构模块再前后方向进行拼接以拓展使用空间的面积，拼接后的结构示意 图如图6、7所示。
在某些建筑结构模块的前侧面或后侧面可设置非承重结构面，门、窗等非承重部件可以 设置在此处。
本发明的建筑结构模块不仅可以通过前后方向进行拼接，还可以通过左右方向以及上下 方向进行拼接，左右方向拼接的结构示意图如图8所示，上下方向拼接的结构示意图如图9 所示。每个建筑结构模块的具体连接方式为现有技术，比如可以在建筑结构模块的每个角布 置钢结构螺杆和连接盒进行相互固定连接。
一栋房屋可以分割成多个堆积、拼接的建筑结构模块，而这些建筑结构模块均可以在工 厂完成预制，并且安装水、电、门窗等所有装修，运输到现场后只需要进行吊装，对接管线 即可入住。
作为本发明的另一个实施方式，下面根据具体的房屋对本发明房屋设计及分割、拼接方 法进行详细说明。
图10所示为一栋待建三层小楼，每层分为A，B两个户型。该小楼设计尺寸为长21米(A户长12米，B户长9米)，最大宽度6.9米，在房屋的前后方向设置窗户，用于采光。 那么可以根据该具体的建筑设计对该三层小楼进行分割：首先，按层分割，得到三曾同样的 单层结构，每一层的示意图如图11所示；再将每一层的A，B两户分割，再对每个户型分 别进行分割，分别得到三个建筑结构模块(如图12所示)：A户型具体分割为2.3m×12m， 2.3m×12m和2.3m×10m的三个建筑结构模块，B户型具体分割为2.3m×9m，2.3m×9m 和2.3m×7m三个建筑结构模块。
分别在工厂制造图12中的这些建筑结构模块，再进行连接，连接后的每一层结构如图 13所示，再连接每一层，得到如图14所示的房屋，将建筑结构模块之间的管线连接后即可 完成房屋的建造。
Claims (20)
1.一种建筑结构模块，其特征在于，所述建筑结构模块为工厂预制的整体结构，包括至少由底面、左侧面、顶面和右侧面依次连接围成的长方腔体；
底面、顶面、左侧面和右侧面均为复合面板，所述复合面板包括第一面层、第二面层、以及连接第一面层和第二面层的若干个支撑件，所述第一面层、第二面层、以及第一面层和第二面层之间的支撑件为一体浇筑成型结构；且所述底面、左侧面、顶面和右侧面也为一体浇筑成型结构。
2.如权利要求1所述的建筑结构模块，其特征在于，所述支撑件为支撑柱。
3.如权利要求2所述的建筑结构模块，其特征在于，所述支撑柱为圆柱、椭圆柱和/或方柱。
4.如权利要求3所述的建筑结构模块，其特征在于，所述圆柱的直径为10-80mm。
5.如权利要求3所述的建筑结构模块，其特征在于，所述方柱的边长10-80mm。
6.如权利要求1所述的建筑结构模块，其特征在于，所述第一面层的厚度为10-60mm，第二面层的厚度为10-60mm，支撑柱的高度为50-300mm。
7.如权利要求1所述的建筑结构模块，其特征在于，所述建筑结构模块由超高性能混凝土制成。
8.如权利要求1所述的建筑结构模块，其特征在于，在复合面板的第一面层和第二面层之间还设有填充材料。
9.如权利要求8所述的建筑结构模块，其特征在于，所述填充材料为泡沫材料。
10.如权利要求1所述的建筑结构模块，其特征在于，建筑结构模块相邻的两个面的转角连接处设有若干连接块，连接块与底面、顶面、左侧面和右侧面也为一体浇筑成型结构。
11.如权利要求1所述的建筑结构模块，其特征在于，在建筑结构模块的内部设置与左侧面和右侧面平行的竖直面，竖直面的上、下两边分别与顶面、底面连接形成一体结构。
12.如权利要求1所述的建筑结构模块，其特征在于，建筑结构模块的角边预埋连接螺栓和/或连接盒。
13.如权利要求1所述的建筑结构模块，其特征在于，第一面层与第二面层相互平行，且与所述支撑件垂直。
14.如权利要求1所述的建筑结构模块，其特征在于，所述建筑结构模块沿左右方向的尺寸为长度、沿前后方向的尺寸为宽度、沿上下方向的尺寸为高度，建筑结构模块的长度大于宽度。
15.如权利要求14所述的建筑结构模块，其特征在于，所述建筑结构模块用于建造房屋，建筑结构模块的宽度为：将房屋设计进深按不超过运输宽度限定尺寸分割成若干单元，所述建筑结构模块的宽度尺寸则为该分割后的单元的宽度尺寸。
16.如权利要求15所述的建筑结构模块，其特征在于，所述运输宽度限定尺寸为3.5m。
17.如权利要求15所述的建筑结构模块，其特征在于，建筑结构模块的宽度为1.2-2.5m。
18.一种如权利要求1-17任一项所述的建筑结构模块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据建筑结构模块的结构和尺寸制作浇筑该建筑结构模块的模具，所述模具包括外模和内模，外模包括第一外模和第二外模，第二外模位于第一外模的内部，在第一外模和第二外模围成的模腔内设置内模，使内模与第一外模之间形成第一空隙，用于浇筑形成第一面层；使内模与第二外模之间形成第二空隙，用于浇筑形成第二面层；所述内模中还具有若干用于浇筑形成支撑件的穿孔，所述穿孔与第一空隙、第二空隙相互连通；
(2)向模具内的穿孔、第一空隙和第二空隙中浇筑胶凝材料，使胶凝材料包裹内模；
(3)待胶凝材料固化后，脱去第一外模和第二外模，得到建筑结构模块。
19.如权利要求18所述的制备方法，其特征在于，将填充材料作为内模。
20.如权利要求18所述的制备方法，其特征在于，将钢模板、竹模板、木模板和/或塑料模板作为第一外模和第二外模。
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