CN109898643A - 一种模块化装配式预应力钢结构房屋体系及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化装配式预应力钢结构房屋体系及其施工方法，其中房屋体系由一组预制模块单元连接组合而成，模块单元包含竖向的钢柱、与钢柱水平连接成框架的钢梁，以及设置在钢柱与钢梁间的墙单元和预制楼板；所述钢柱在上下相邻模块单元间通长对接且钢柱内部连接有通长的预应力束；所述钢柱底端连接有底板。本发明施工时将房屋结构进行模块单元设计，且所有模块单元均可在工厂进行预制生产及组装，避免了现场大量人力物力，减少施工周期，且无任何环境污染；通过模块单元装配与预应力束相结合，减轻了地震和水平荷载对模块单元之间的地震作用和侧向力，也使得模块单元间的连接节点处的能耗大大降低，且利于循环重复施工使用。

Description

一种模块化装配式预应力钢结构房屋体系及其施工方法

技术领域

本发明属于装配式房屋技术领域，特别涉及一种模块化装配式预应力钢结构房屋体系及其施工方法。

背景技术

随着建筑施工的极速发展，装配式房屋以其设计的标准化、管理的信息化以及生产效率的规模化得到了长足的发展，其与原有现场建筑施工不同，可以减少大量的现浇作业，同时能很好的保护环境和节约能源，进而建筑的成本和性价比相对具有很高的竞争优势；而钢结构在众多建筑材料中，因其良好的抗拉、抗弯和抗扭等力学性能，适宜在装配式房屋中进行模块化施工；但是模块化施工时梁柱节点的处理，模块间的连接、局部的加固、尤其是装配式房屋的抗震和水平荷载等问题，需要进行针对性设计，而预应力法是预制构件为满足承载力进行的一种避免结构受到破坏的方法，因此需要提供一种基于预应力法的模块化装配式的钢结构房屋体系及其施工方法。

发明内容

本发明提供了一种模块化装配式预应力钢结构房屋体系及其施工方法，用以解决在装配式房屋体系施工时，梁柱连接节点的处理、对抗地震及水平荷载以及节能降耗等技术问题，采用如下技术方案：

一种模块化装配式预应力钢结构房屋体系，由一组预制模块单元连接组合而成，所述模块单元为长方体，模块单元包含竖向的钢柱、与钢柱水平连接成框架的钢梁，以及设置在钢柱与钢梁间的墙单元和预制楼板；所述钢柱在上下相邻模块单元间通长对接且钢柱内部连接有通长的预应力束。

所述模块单元的高度、宽度和长度根据钢结构房屋设计中划分单元后柱、梁、墙和楼板所需高度、宽度和长度确定，其中竖向模块单元间通过柱帽插入或螺栓连接，横向模块单元间通过平板扦销或螺栓连接。

所述钢梁为T型梁、工形梁或箱梁，钢梁焊接或螺栓于钢柱的外侧面；所述钢柱为矩形管柱，钢柱的横向宽度适应钢梁的截面宽度。

所述钢柱在钢结构房屋角部、长跨度两端点或中部设置，钢柱至少并排设置两个，钢梁对应的钢柱的个数而定。

所述钢柱内部至少设置一股预应力束，所述预应力束为钢筋束或束状合金丝，预应力束穿过模块单元中钢柱两端并穿接有固定板，所述固定板为方形板，固定板的尺寸适应钢柱的横截面尺寸。

所述固定板的上部连接有锚固筒，所述锚固筒个数与预应力束个数相同。

所述固定板下部连接有插件，插件为内插入钢柱内并接触紧密连接，插件上设置有对应预应力束穿过的孔洞。

所述钢柱底端连接有底板，底板为方形板，底板与地面或基础连接，连接方式为预埋锚固连接或自攻螺栓连接，底板与钢柱间连接有加劲肋板，所述加劲肋板在钢柱环向上间隔分布。

所述的一种模块化装配式预应力钢结构房屋体系的施工方法，具体步骤如下：

步骤一、基于房屋结构设计图和受力性能分析，将房屋体系进行模块单元化分割，其中，分割时保证整体模块单元对称；

步骤二、预制模块单元上的钢柱、钢梁、墙单元和预制楼板，并组装成相应的模块单元；

步骤三、预制固定板、锚固筒、插件以及预应力束，在模块单元竖向上采用自下而上的安装顺序进行安装，其中预应力束要预留足够长度，若拼装过程中长度不够可在锚固筒处对接且要保证对接质量，且贯穿整个钢柱的预应力束需满足结构在水平风荷载及地震作用下的水平侧移要求和刚度要求；

步骤四、在模块单元横向上进行平板扦销或螺栓连接，由此完成模块化装配式预应力钢结构房屋体系的整体安装。

本发明的有益效果体现在：

1）本发明通过将房屋结构进行模块单元设计，且所有模块单元均可在工厂进行预制生产及组装，避免现场大量人力物力，减少施工周期，且无任何环境污染；

2）本发明体系将模块单元装配与预应力束相结合，减轻了地震和水平荷载对模块单元之间的地震作用和侧向力，既保证了结构受力，又节省了材料并且没有占用多余空间，因预应力束的柔性特点，可发生较小的位移滑动，也使得模块单元间的连接节点处的能耗大大降低；

3）本发明的模块单元为长方体框架，构件简单，传力明确，结构安全性及使用性好；且梁柱可根据具体受力进行并排设计，可保证局部受力的需求，进一步提高结构稳定性；

4）因本发明可在工厂进行统一规格的加工和装修，便于装配式钢结构的模块单元的每个施工步骤，由相同或不同的施工队伍进行，使得建筑施工专业化程度大幅提高，施工效率和施工质量大幅提高，同时令突发性工程事故或错误的发生概率大幅降低；

综上，本发明在房屋体系施工中，将模块装配化和预应力相结合，实现了工厂化生产，现场快速装配，在保证施工质量及结构安全的条件下，保护了环境且降低了能耗，提高了施工速度，减少了施工工期，无任何环境污染，并能够实现循环利用；本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解；本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。

附图说明

图1是模块化装配式预应力钢结构房屋体系立体示意图；

图2是模块化装配式预应力钢结构房屋体系平面示意图；

图3是模块单元立体示意图；

图4是模块单元间连接立体示意图；

图5是并排式梁柱节点及预应力束连接示意图；

图6是单排式梁柱节点及预应力束连接示意图；

图7是钢柱底部连接示意图。

附图标记：1-模块单元、2-预应力束、3-钢柱、4-钢梁、5-墙单元、6-预制楼板、7-固定板、8-锚固筒、9-插件、10-底板、11-加劲肋板。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种模块化装配式预应力钢结构房屋体系共3层，由一组预制模块单元1连接组合而成，所述模块单元1为长方体，所述模块单元1的高度、宽度和长度根据钢结构房屋设计划分单元，其中柱、梁、墙和楼板所需高度、宽度和长度的确定，根据使用需要将两侧房间单元的宽度、长度和高度定为3.5m×6m×3m，模块间的水平柱净距取5mm，中间走廊由三个走廊单元构成，走廊单元内设置楼梯，走廊单元宽度、长度和高度为2m×7.2m×3m，其走廊单元长度对应两侧两个房间单元并列宽度。

如图3和图4所示，模块单元1包含竖向的钢柱3、与钢柱3水平连接成框架的钢梁4，以及设置在钢柱3与钢梁4间的墙单元5和预制楼板6；所述钢柱3在上下相邻模块单元1间通长对接且钢柱3内部连接有通长的预应力束2。

本实施例中，钢梁4采用200×200×8/12mm工字梁，钢梁4焊接于钢柱3的外侧面；所述钢柱3为200×8mm箱型柱，钢柱3的横向宽度适应钢梁4的截面宽度；如图5所示，钢柱3在钢结构房屋角部、长跨度两端点及中部并排设置两个，钢梁4对应的钢柱3也并排焊接有两个；如图6所示，在非乘力处也可将钢柱3和钢梁4单排设置。

本实施例中，在并排设置的钢柱3内安装有呈方形布置的四股预应力束2，在单排设置的钢柱3内安装有两股并排设置的预应力束2；所述预应力束2为钢筋束，预应力束2穿过模块单元1中钢柱3两端并穿接有固定板7，所述固定板7为方形钢板，固定板7的尺寸适应钢柱3的横截面尺寸；固定板7上部焊接有钢制锚固筒8，所述锚固筒8个数与预应力束2相同；其中，锚固筒8对应预应力束2间隔排列分布；所述固定板7下部焊接有钢制插件，插件9的四个侧边插入钢柱3内并接触紧密连接，其中，插件9上设置有对应预应力束2穿过的孔洞。

如图7所示，钢柱3底端连接有钢制方形底板，与基础采用预埋方式的螺栓连接，底板10与钢柱3间连接有加劲肋板11，所述加劲肋板11在钢柱3环向上间隔分布，其中，在钢柱3的长向一面设置有两个并排的加劲肋板11，在钢柱3的短向一侧设置有一个加劲肋板11。

结合图1至图7，进一步说明所述的一种模块化装配式预应力钢结构房屋体系的施工方法，具体步骤如下：

步骤一、基于房屋结构设计图和受力性能分析，将房屋体系进行模块单元1化分割，其中，分割时要保证整体模块单元1的对称性，模块单元1间大小相对一致性，并保证每个模块单元1均由钢柱3、钢梁4、墙单元5和预制楼板6联合构成；

步骤二、预制模块单元1上的钢柱3、钢梁4、墙单元5和预制楼板6，并组装成相应的模块1单元，其中，钢柱3与墙单元5等厚度，使得使钢柱3包在墙单元5中，每层铺设的预制楼板6可采用拼接或一体设置；

步骤三、预制固定板7、锚固筒8、插件9以及预应力束2，在模块单元1竖向上采用自下而上的安装顺序进行安装，其中预应力束2要预留足够长度，若拼装过程中长度不够可在锚固筒8处对接且要保证对接质量，在每根钢柱3中插入预应力束2并锚固，进而施加预应力，且贯穿整个钢柱3的预应力束2需满足结构在水平风荷载及地震作用下的水平侧移要求和刚度要求；

步骤四、在模块单元1横向上进行平板扦销或螺栓连接，由此完成模块化装配式预应力钢结构房屋体系的整体安装。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种模块化装配式预应力钢结构房屋体系，其特征在于，由一组预制模块单元（1）连接组合而成，所述模块单元（1）为长方体，模块单元（1）包含竖向的钢柱（3）、与钢柱（3）水平连接成框架的钢梁（4），以及设置在钢柱（3）与钢梁（4）间的墙单元（5）和预制楼板（6）；所述钢柱（3）在上下相邻模块单元（1）间通长对接且钢柱（3）内部连接有通长的预应力束（2）。

2.如权利要求1所述的一种模块化装配式预应力钢结构房屋体系，其特征在于，所述模块单元（1）的高度、宽度和长度根据钢结构房屋设计中划分单元后柱、梁、墙和楼板所需高度、宽度和长度确定，其中竖向模块单元（1）间通过柱帽插入或螺栓连接，横向模块单元（1）间通过平板扦销或螺栓连接。

3.如权利要求1所述的一种模块化装配式预应力钢结构房屋体系，其特征在于，所述钢梁（4）为T型梁、工形梁或箱梁，钢梁（4）焊接或螺栓于钢柱（3）的外侧面；所述钢柱（3）为矩形管柱，钢柱（3）的横向宽度适应钢梁（4）的截面宽度。

4.如权利要求3所述的一种模块化装配式预应力钢结构房屋体系，其特征在于，所述钢柱（3）在钢结构房屋角部、长跨度两端点或中部设置，钢柱（3）至少并排设置两个，钢梁（4）对应的钢柱（3）的个数而定。

5.如权利要求3或4所述的一种模块化装配式预应力钢结构房屋体系，其特征在于，所述钢柱（3）内部至少设置一股预应力束（2），所述预应力束（2）为钢筋束或束状合金丝，预应力束（2）穿过模块单元（1）中钢柱（3）两端并穿接有固定板（7），所述固定板（7）为方形板，固定板（7）的尺寸适应钢柱（3）的横截面尺寸。

6.如权利要求5所述的一种模块化装配式预应力钢结构房屋体系，其特征在于，所述固定板（7）的上部连接有锚固筒（8），所述锚固筒（8）个数与预应力束（2）个数相同。

7.如权利要求5所述的一种模块化装配式预应力钢结构房屋体系，其特征在于，所述固定板（7）下部连接有插件（9），插件（9）为内插入钢柱（3）内并接触紧密连接，插件（9）上设置有对应预应力束（2）穿过的孔洞。

8.如权利要求1所述的一种模块化装配式预应力钢结构房屋体系，其特征在于，所述钢柱（3）底端连接有底板（10），底板（10）为方形板，底板（10）与地面或基础连接，连接方式为预埋锚固连接或自攻螺栓连接，底板（10）与钢柱（3）间连接有加劲肋板（11），所述加劲肋板（11）在钢柱（3）环向上间隔分布。

9.如权利要求1所述的一种模块化装配式预应力钢结构房屋体系的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、基于房屋结构设计图和受力性能分析，将房屋体系进行模块单元（1）化分割，其中，分割时保证整体模块单元（1）对称；

步骤二、预制模块单元（1）上的钢柱（3）、钢梁（4）、墙单元（5）和预制楼板（6），并组装成相应的模块（1）单元；

步骤三、预制固定板（7）、锚固筒（8）、插件（9）以及预应力束（2），在模块单元（1）竖向上采用自下而上的安装顺序进行安装，其中预应力束（2）要预留足够长度，若拼装过程中长度不够可在锚固筒（8）处对接且要保证对接质量，且贯穿整个钢柱（3）的预应力束（2）需满足结构在水平风荷载及地震作用下的水平侧移要求和刚度要求；

步骤四、在模块单元（1）横向上进行平板扦销或螺栓连接，由此完成模块化装配式预应力钢结构房屋体系的整体安装。