CN111287329A - 一种ppvc模块化建筑结构体系及其装配方法 - Google Patents

一种ppvc模块化建筑结构体系及其装配方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于土木工程装配式技术领域，尤其涉及一种PPVC模块化建筑结构体系及其装配方法，本发明所述的结构体系考虑了结构整体的抗震性能，通过剪切键A和剪切键B的设置，增加了模块与模块之间的抗拉、抗剪的性能，通过对立柱和剪切键B周围墙板进行粘钢处理，进一步增加了结构的抗拉、抗弯性能。因为下楼板采用预制板和现浇板齿状结构咬合的结构，增加了下楼板整体稳定性的同时，相比于现有技术整个下楼板采用现浇的方式减少了现场施工对环境的影响，增加了结构体系整体的装配效率，缩短了工期；相对于现有技术下楼板整个是预制的情况，又降低了成本，齿状结构的咬合形式也使得整个下楼板的整体性更好。

Description

一种PPVC模块化建筑结构体系及其装配方法
技术领域
本发明属于土木工程装配式技术领域，尤其涉及一种PPVC模块化建筑结构体系及其装配方法。
背景技术
PPVC(Prefabricated Prefinished Volumetric Construction)，又称预制预装修模块建筑，是将建筑的整间房间为模块单元在预制工厂进行加工，完成结构与装修(包括地面、墙面、窗框、吊顶等)并形成独立模块后，再送往建筑工地进行现场吊装的建筑技术。2016年新加坡开始推行PPVC建筑。目前多个项目数千套住房正在采用PPVC技术施工建造。预计到2020年，建屋局将在40％的建筑项目中强制采用PPVC预制建设技术。据新加坡建屋局统计，采用PPVC技术的工程和传统建筑技术相比，预计可节省40％的人工，可提高效率10％左右，劳动强度下降，作业环境明显改善，进度受天气因素影响较少。
现有技术方案为单个PPVC模块的建造可分为整体现浇和预制单个墙板后现浇楼板两种方式。在结构体系层面上，可分为剪力墙结构体系和梁柱体系(相当于国内的短肢剪力墙结构体系)。
在结构受力方面，上下模块的连接主要通过：
1)下层模块顶部坐浆，与上部模块相连。
2)通过竖向钢筋(D25mm左右)插入水平方向相邻的两个PPVC模块墙内预埋钢丝绳拉环，再进行高强灌浆料灌浆，形成“浆锚搭接连接”。其中，竖向钢筋超出楼层标高，形成一定的搭接长度。该种方式常应用于剪力墙结构体系。
3)在PPVC模块主要竖向构件中预留孔道，将上下两个PPVC模块的孔道对齐后，插入钢筋，并灌浆。左右模块的连接主要通过前述的预埋钢丝绳拉环，通过竖向钢筋和灌浆连接。
然而这种模块的拼装结构的连接点并没有考虑到结构的抗震性能，单个模块之间的抗拉、抗拔、抗剪、抗拔、抗弯考虑较少，并不很好的适用于我国多震的环境，此外PPVC模块化建筑的成本较高，这两方面的缺陷均影响了PPVC模块化建筑在我国内的大范围使用。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明提供了一种PPVC模块化建筑结构体系及其装配方法，通过在模块之间设置剪力键以及在剪力键周围做粘钢处理，并在缝隙处注浆，且下楼板采用预制板和现浇板以齿状结构相互咬合的结构形式，增加了结构体系的抗剪、抗拉、抗震性能，且成本低、施工效率高。
本发明解决的技术问题采用的技术方案为：
一方面，本发明提供一种PPVC模块化建筑结构体系，所述结构体系由若干相同的模块拼接组成，每个模块包括上楼板、下楼板、若干墙板和若干立柱，所述墙板间隔设置，相邻所述墙板之间均设置有立柱，所述墙板的侧边与立柱的侧壁之间固定连接，所述上楼板覆盖在模块的顶部，所述下楼板包括相互配合于一起的预制板和现浇板，所述预制板和现浇板的接口处为相互咬合的齿状结构，这种齿状的咬合机构，增加了下楼板的自锁的能力，提高了整体性；所述立柱的顶部和底部均突出于模块的上楼板的顶部和下楼板的底部，所述立柱的突出于墙板的部分上开设有若干孔洞A，所述结构体系中的上下相邻模块的立柱一一对正，两相抵的所述立柱通过剪切键A相连，所述剪切键A包括两块钢板A以及若干钢柱A，所述钢柱A分别贯穿立柱的孔洞A并从立柱的侧壁突出，突出于所述立柱的钢柱两端端部均与钢板A焊接连接或者螺栓锚固连接；所述剪切键A的钢板A均与立柱的侧壁相抵，剪切键A用于上下模块的立柱之间的连接，有效增加了不同模块的立柱之间的抗剪和结构体系的整体稳定性；每块所述墙板的四周靠近立柱处均开设有若干孔洞B，水平向相邻的两所述模块的墙板位于同一平面，相邻两所述模块的墙板之间通过剪切键B相连，所述剪切键B包括钢板B、钢板C、钢板D以及若干钢柱B，所述钢板B和钢板C分别位于两个相邻模块内，所述钢板D横跨于两个模块的墙板外侧用于连接相邻的两个模块，所述钢柱B贯穿孔洞B，突出于所述墙板外侧的钢柱B的端部与钢板D焊接连接或者螺栓锚固连接，突出于所述墙板内侧的钢柱B的端部与钢板B或者钢板C焊接连接或螺栓锚固连接；所述立柱上除剪力键A和剪力键B覆盖之处外的侧壁上以及墙板上剪力键B的周围做粘钢加固；相邻所述模块之间均做注浆处理。
通过剪切键A和剪切键B的设置，增加了模块与模块之间的抗拉、抗剪的性能，通过对立柱和剪切键B周围墙板进行粘钢处理，进一步增加了结构的抗拉、抗弯性能。
在上下模块之间，因为立柱突出于模块的表面，所以模块和模块之间会有较大缝隙，对缝隙做注浆处理，能够保证模块之间的连接和整体性，对缝隙进行注浆后，上下两个模块之间注浆裸露部分的外表面，可以通过粘钢进行覆盖，目的为是表面平整。水平模块之间以及拼装过程中的缝隙均做注浆处理，以达到整体性、抗震效果好效果。
进一步地，每个模块中的墙板数量为四个，每个所述模块的四个墙板构成的形状为矩形。
进一步地，所述上楼板和下楼板均为钢筋混凝土结构的剪力墙结构体系。
进一步地，所述上楼板为叠合板。叠合楼板是由预制板和现浇钢筋混凝土层叠合而成的装配整体式楼板，因为叠合楼板具有良好的整体性和连续性，有利于增强建筑物的抗震性能，所以采用叠合板能够有效提高结构整体的抗震性能。
进一步地，所述粘钢的厚度与剪力键A、剪力键B的钢板厚度相同。增强了模块之间的连接性以及整体的稳定且使结构的抗震性能大幅提升。
进一步地，每个所述立柱的顶端和底端的孔洞A的数量均为两个，每个所述墙板的每个角处的孔洞B的数量均为两个。
另一方面，本发明提供一种PPVC模块化建筑结构体系的装配方法，利用权利要求中的立柱、墙板、剪切键A和剪切键B，包括如下步骤：
步骤(1)立柱、墙板、上楼板、下楼板的预制板在工厂预制好运到施工现场；
步骤(2)下楼板采取半预制半现浇的施工方法，将预制好的预制板与现浇板模具组装在一起，浇筑现浇板。
步骤(3)对单个模块进行组装，墙板的左右两侧通过墙内预埋钢丝绳拉环与立柱固定，上楼板与墙板通过墙内预埋钢丝绳拉环固定，下楼板与墙板通过角部连接构件固定；
步骤(4)将每一个单独的模块连接在一起，组成整体模块，上下立柱一一对正，相邻墙板在同一平面上
步骤(5)立柱之间通过剪切键A进行固定，剪切键A所在处的立柱的外表面进行粘钢处理；
步骤(6)相邻墙板之间通过剪切键B固定，剪切键B的周围的墙板表面做粘钢处理；
步骤(7)对水平模块、竖向模块之间的缝隙进行注浆处理；
步骤(8)对整体结构外表面不平整的地方及部分强度较低的位置灌浆补平。
本发明具有以下有益效果：本发明所述的结构体系考虑了结构整体的抗震性能，通过剪切键A和剪切键B的设置，增加了模块与模块之间的抗拉、抗剪的性能，通过对立柱和剪切键B周围墙板进行粘钢处理，进一步增加了结构的抗拉、抗弯性能。因为下楼板采用预制板和现浇板齿状结构咬合的结构，增加了下楼板整体稳定性的同时，相比于现有技术整个下楼板采用现浇的方式减少了现场施工对环境的影响，增加了结构体系整体的装配效率，缩短了工期；相对于现有技术下楼板整个是预制的情况，又降低了成本，齿状结构的咬合形式也使得整个下楼板的整体性更好。本发明的结构体系非常适用于我国地震多发的环境，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明所提供实施例的结构体系部分模块装配示意图；
图2是图1中A部分的放大结构示意图；
图3是图1中B部分的放大结构示意图；
图4是本发明所提供实施例中单个模块(未包括上楼板)的立体结构示意图；
图5是图4中单个模块的横截面俯视示意图；
图6是本发明所示实施例中两个相邻立柱之间通过剪切键A相连接的连接结构示意图；
图7是本发明所提供实施例中剪切键A的结构爆裂示意图；
图8是本发明所提供实施例中剪切键B的结构爆裂示意图；
图9是图1中B部分斜向上视角的结构放大示意图；
图10是本发明所提供实施例中角部连接构件的具体结构示意图；
图中：1、模块 11、上楼板 12、下楼板 121、预制板 122、现浇板 123、角部连接构件 13、墙板 131、孔洞B 14、立柱 141、孔洞A 2、剪切键A 21、钢板A 22、钢柱A 3、剪切键B31、钢板B 32、钢板C 33、钢板D 34、钢柱B。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
模块化结构是将建筑分成若干个空间模块，并在工厂生产阶段就完成大部分精装修和清洁工作，然后运输到工地进行拼接搭建。它的核心理念也是与传统装配式建筑最大的区别在于预制装配的对象不是梁单元、板单元、柱单元这种单元构件，而是盒子形状的空间模块。模块化结构体现了工业化的高度发展，是在建筑理念和手段上的一项重要突破。其装配化程度可高达85％以上，自重较轻，施工周期可缩短60％-70％甚至更高。更为重要的是，模块式建筑技术将设计、生产、施工和验收等合为一体，更加注重设计标准化、建筑生产工厂化、施工机械化和项目组织管理科学化，建筑工业化的程度较高。
所以通过改进目前的模块化建筑结构体系，使之更加符合我国多震的地域形式，以及降低其原有的施工成本，将会对其在我国的普及使用发挥巨大的影响，对其在防震和经济上的改进技术方案，也将会有广阔的应用前景。接下来通过实施例对本发明的改进做详细的阐述。
实施例一：
如图1～图8所示，本发明所述的一种PPVC模块化建筑结构体系，所述结构体系由若干相同的模块1拼接组成，每个模块1包括上楼板11、下楼板12、若干墙板13和若干立柱14，所述墙板13间隔设置，相邻所述墙板13之间均设置有立柱14，所述墙板13的侧边与立柱14的侧壁之间固定连接(可以是螺栓连接或者榫式连接)，所述上楼板11覆盖在模块1的顶部，下楼板12覆盖在模块1的底部，所述下楼板12包括相互配合于一起的预制板121和现浇板122，所述预制板121和现浇板122的接口处为相互咬合的齿状结构，所述预制板121和现浇板122面积可以是各占一半；下楼板12采用半预制、半现浇的方式，相比于现有技术中全现浇式，更加提高了施工效率，同时也相较于现有技术中全预制式，更加降低了成本。因为预制板和现浇板的结合处是齿状结构，齿可以是矩形齿如拉链一般相互咬合，齿也可以是锐角，如齿条一样相互咬合，这种齿状的咬合机构，增加了下楼板12的自锁的能力，提高了整体性。
所述立柱14的顶部和底部均突出于模块1的上楼板11的顶部和下楼板12的底部，所述立柱14的突出于墙板13的部分上开设有若干孔洞A141，所述结构体系中的上下相邻模块1的立柱14一一对正，两相抵的所述立柱14通过剪切键A2相连，所述剪切键A2包括两块钢板以及若干钢柱A22，所述钢柱A22分别贯穿立柱14的孔洞A141并从立柱14的侧壁突出，突出于所述立柱14的钢柱A22两端端部均与钢板A21焊接连接；所述剪切键A2的钢板A21均与立柱14的侧壁相抵；剪切键A2用于上下模块1的立柱14之间的连接，有效增加了不同模块1的立柱14之间的抗剪和结构体系的整体稳定性。
每块所述墙板13的四周靠近立柱14处均开设有若干孔洞B131，水平向相邻的两所述模块1的墙板13位于同一平面，相邻两所述模块1的墙板13之间通过剪切键B3相连，所述剪切键B3包括钢板B31、钢板C32、钢板D33以及若干钢柱B34，所述钢板B31和钢板C32分别位于两个相邻模块1内，所述钢板D33横跨于两个模块1的墙板13外侧用于连接相邻的两个模块1，所述钢柱B34贯穿孔洞B131，突出于所述墙板13外侧的钢柱B34的端部与钢板D33焊接连接,突出于所述墙板13内侧的钢柱B34的端部与钢板B31或者钢板C32焊接连接墙板；水平相邻的模块1之间立柱14是相互靠近的，相邻的模块1的墙板13通过剪力键B3紧固在一起，效果是增强模块之间水平方向的整体性以及抗拉、抗剪性能。
所述立柱14上除剪力键A2和剪力键B3覆盖之处外的侧壁上以及墙板13上剪力键B3的周围做粘钢加固；粘贴钢板(也就是粘钢)的处理方式增加了单个模块整体的强度(抗拉、抗弯等)，从而保证了整体的强度。
相邻所述模块1之间均做注浆处理。在上下模块1之间，因为立柱14突出于模块1的表面，所以模块和模块之间会有较大缝隙，对缝隙做注浆处理，能够保证模块之间的连接和整体性，对缝隙进行注浆后，上下两个模块之间注浆裸露部分的外表面，可以通过粘钢进行覆盖，目的为是表面平整。水平模块之间以及拼装过程中的缝隙均做注浆处理，以达到整体性、抗震效果好效果(此处粘钢处理图中并未示出)。
进一步地，每个模块1中的墙板13数量为四个，每个所述模块1的四个墙板13构成的形状为矩形。
进一步地，所述上楼板11和下楼板12均为钢筋混凝土结构的剪力墙，提高了模块的抗风、抗震性能。
进一步地，所述上楼板11为叠合板。叠合楼板是由预制板和现浇钢筋混凝土层叠合而成的装配整体式楼板，因为叠合楼板具有良好的整体性和连续性，有利于增强建筑物的抗震性能，所以采用叠合板能够有效提高结构整体的抗震性能。
进一步地，所述粘钢的厚度与剪力键A2、剪力键B3的钢板厚度相同。优点是增强了模块1之间的连接性以及整体的稳定且使结构的抗震性能大幅提升。
进一步地，每个所述立柱14的顶端和底端的孔洞A141的数量均为两个，每个所述墙板13的每个角处的孔洞B131的数量均为两个。
一种PPVC模块化建筑结构体系的装配方法，利用立柱14、墙板13、剪切键A2和剪切键B3，包括如下步骤：
步骤(1)立柱14、墙板13、上楼板11、下楼板12的预制板121在工厂预制好运到施工现场；
步骤(2)下楼板12采取半预制半现浇的施工方法，将预制好的预制板121与现浇板122模具组装在一起，浇筑现浇板122。
步骤(3)对单个模块1进行组装，墙板13的左右两侧通过墙内预埋钢丝绳拉环与立柱14固定，上楼板11与墙板13通过墙内预埋钢丝绳拉环固定，下楼板12与墙板13通过角部连接构件123固定，如图9，所述角部连接构件123可以是一个带有垂直两臂的异形钢板，所述角部连接构板123的两个臂端上开设有孔洞，设置在墙板13的底部以及下楼板12的顶部之间，然后通过高强螺栓依次穿过下楼板12、角部连接构件123和墙板13将三者固定，角部连接构件123的结构见图10；
步骤(4)将每一个单独的模块1连接在一起，组成整体模块，上下立柱14一一对正，相邻墙板13在同一平面上
步骤(5)立柱14之间通过剪切键A2进行固定，剪切键A2所在处的立柱14的外表面进行粘钢处理；
步骤(6)相邻墙板13之间通过剪切键B3固定，剪切键B3的周围的墙板13表面做粘钢处理；
步骤(7)对水平模块1、竖向模块1之间的缝隙进行注浆处理；步骤(8)对整体结构外表面不平整的地方及部分强度较低的位置灌浆补平。
进一步地，所述预制板121和现浇板122的接口处为相互咬合的齿状结构。
进一步地，上下所述模块1之间的缝隙外侧采用粘钢的方式覆盖注浆处。
采用PPVC技术的工程和传统建筑技术相比，预计可节省40％的人工，可提高效率10％左右，劳动强度下降，作业环境明显改善，进度受天气因素影响较少。虽然建造成本PPVC估计比PC建筑项目的成本略高，但大量减少了施工现场作业和人工。本发明因为下楼板12采用半预制半现浇的方式，在一定程度上也降低了PPVC建造成本。
本发明所述的结构体系考虑了结构整体的抗震性能，通过剪切键A2和剪切键B3的设置，增加了模块1与模块1之间的抗拉、抗剪的性能，通过对立柱14和剪切键B3周围墙板13进行粘钢处理，进一步增加了结构的抗拉、抗弯性能。
因为下楼板12采用预制板121和现浇板122齿状结构咬合的结构，增加了下楼板12整体稳定性的同时，相比于现有技术整个下楼板12采用现浇的方式减少了现场施工对环境的影响，增加了结构体系整体的装配效率，缩短了工期，且现浇板122和预制板121之间的接口处采用齿状结构，增加了下楼板12的整体性和自锁能力；相对于现有技术下楼板12整个是预制的情况，又降低了成本。本发明的结构体系非常适用于我国地震多发的环境，具有良好的应用前景。
以上所述为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书以及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种PPVC模块化建筑结构体系，其特征在于：所述结构体系由若干相同的模块拼接组成，每个模块包括上楼板、下楼板、若干墙板和若干立柱，所述墙板间隔设置，相邻所述墙板之间均设置有立柱，所述墙板的侧边与立柱的侧壁之间固定连接，所述上楼板覆盖在模块的顶部，下楼板覆盖在模块的底部，所述下楼板包括相互配合于一起的预制板和现浇板，所述预制板和现浇板的接口处为相互咬合的齿状结构；所述立柱的顶部和底部均突出于模块的上楼板的顶部和下楼板的底部，所述立柱的突出于墙板的部分上开设有若干孔洞A，所述结构体系中的上下相邻模块的立柱一一对正，两相抵的所述立柱通过剪切键A相连，所述剪切键A包括两块钢板A以及若干钢柱A，所述钢柱A分别贯穿立柱的孔洞A并从立柱的侧壁突出，突出于所述立柱的钢柱两端端部均与钢板A焊接连接或者螺栓锚固连接；所述剪切键A的钢板A均与立柱的侧壁相抵；每块所述墙板的四周靠近立柱处均开设有若干孔洞B，水平向相邻的两所述模块的墙板位于同一平面，相邻两所述模块的墙板之间通过剪切键B相连，所述剪切键B包括钢板B、钢板C、钢板D以及若干钢柱B，所述钢板B和钢板C分别位于两个相邻模块内，所述钢板D横跨于两个模块的墙板外侧用于连接相邻的两个模块，所述钢柱B贯穿孔洞B，突出于所述墙板外侧的钢柱B的端部与钢板D焊接连接或者螺栓锚固连接，突出于所述墙板内侧的钢柱B的端部与钢板B或者钢板C焊接连接或螺栓锚固连接；所述立柱上除剪力键A和剪力键B覆盖之处外的侧壁上以及墙板上剪力键B的周围做粘钢加固；相邻所述模块之间均做注浆处理。
2.根据权利要求1所述的PPVC模块化建筑结构体系，其特征在于：每个模块中的墙板数量为四个，每个所述模块的四个墙板构成的形状为矩形。
3.根据权利要求1或2所述的PPVC模块化建筑结构体系，其特征在于：所述上楼板和下楼板均为钢筋混凝土结构的剪力墙结构体系。
4.根据权利要求1～3任一权利要求所述的PPVC模块化建筑结构体系，其特征在于：所述上楼板为叠合板。
5.根据权利要求1所述的PPVC模块化建筑结构体系，其特征在于：所述粘钢的厚度与剪力键A、剪力键B的钢板厚度相同。
6.根据权利要求1所述的PPVC模块化建筑结构体系，其特征在于：每个所述立柱的顶端和底端的孔洞A的数量均为两个，每个所述墙板的每个角处的孔洞B的数量均为两个。
7.一种PPVC模块化建筑结构体系的装配方法，其特征在于，利用立柱、墙板、剪切键A和剪切键B，包括如下步骤：
步骤(1)立柱、墙板、上楼板、下楼板的预制板在工厂预制好运到施工现场；
步骤(2)下楼板采取半预制半现浇的施工方法，将预制好的预制板与现浇板模具组装在一起，浇筑现浇板；
步骤(3)对单个模块进行组装，墙板的左右两侧通过墙内预埋钢丝绳拉环与立柱固定，上楼板与墙板通过墙内预埋钢丝绳拉环固定，下楼板与墙板通过角部连接构件固定；
步骤(4)将每一个单独的模块连接在一起，组成整体模块，上下立柱一一对正，相邻墙板在同一平面上；
步骤(5)立柱之间通过剪切键A进行固定，剪切键A所在处的立柱的外表面进行粘钢处理；
步骤(6)相邻墙板之间通过剪切键B固定，剪切键B的周围的墙板表面做粘钢处理；
步骤(7)对水平模块、竖向模块之间的缝隙进行注浆处理；
步骤(8)对整体结构外表面不平整的地方及部分强度较低的位置灌浆补平。
8.如权利要求7所述的PPVC模块化建筑结构体系的装配方法，其特征在于：所述预制板和现浇板的接口处为相互咬合的齿状结构。
9.如权利要求7所述的PPVC模块化建筑结构体系的装配方法，其特征在于：上下所述模块之间的缝隙外侧采用粘钢的方式覆盖注浆处。
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