CN111997196B - 组合式钢模块结构体系及其建造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种组合式钢模块结构体系及其建造方法，体系包括框柱、节点板和模块单元；节点板包括竖向节点板和水平节点板，节点板与框柱连接；模块单元包括水平梁、立柱和角件，水平梁和立柱呈框架布置、交汇处通过角件相连；模块单元置于水平节点板上，通过角件及水平梁与竖向节点板可拆卸连接，通过立柱与框柱贴合锁紧形成组合柱，上下模块单元通过角件与水平节点板可拆卸组合。框柱与立柱装配成组合式立柱，可有效增强整个体系的竖向承载能力，并且同一框柱与多跟立柱装配，可辅助增强上、下模块单元拉压力的传递能力。另一方面，通过角件、水平梁与节点板组合，形成加强式节点，可分担模块单元内的受力，并能增大模块单元间弯矩的传递能力。

Description

组合式钢模块结构体系及其建造方法
技术领域
本发明属于全预制式钢结构建筑技术领域，特别是涉及一种组合式钢模块结构体系及其建造方法。
背景技术
钢模块结构是一种全预制式钢结构体系，其结构体系是由单个结构稳定的模块框架在现场拼接而成。该结构体系可实现建筑、结构、机电、装修一体化，现场仅需简单装配，建造速度快。
现有钢模块结构大都通过模块单元间连接节点相连，主体结构立柱和横梁均通过模块单元内小尺寸结构件组成，多柱多梁仅在模块单元角部拼接，组合作用较弱。并且小尺寸柱叠合而成的构件，难以发挥组合效应，使得钢模块结构体系抗侧性能通常较弱，难以应用于高层建筑。另外，钢模块单元间节点通常采用螺栓或榫卯式插销连接，其竖向承压能力可通过立柱之间直接挤压传递，而节点的抗弯以及抗拉承载能力则缺乏有效嵌固，导致节点抗弯和抗拉刚度及承载能力通常较低，在地震力作用下在某些边柱位置可能产生拉拔效应导致受拉变形过大。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种抗侧性能好、受拉变形小的组合式钢模块结构体系及其建造方法。
本发明提供的这种组合式钢模块结构体系，它包括框柱、节点板和模块单元；节点板包括竖向节点板和水平节点板，节点板与框柱连接；模块单元包括水平梁、立柱和角件，水平梁和立柱呈框架布置、交汇处通过角件相连；模块单元置于水平节点板上，通过角件及水平梁与竖向节点板可拆卸连接，通过立柱与框柱对应区段贴合锁紧形成组合柱，上下模块单元通过角件与水平节点板可拆卸组合。
所述框柱包括三类，分别为L型框柱、T型框柱及十字型框柱；柱体上沿高度方向设置若干连接孔。
所述水平节点板的中部设有避让槽，实体上开设关于避让槽对称布置的若干装配孔。
所述竖向节点板上均布多组关于其中心对称布置的装配孔组。
所述角件为空心六面体，一端面上开设螺栓孔、另一端端面上开设施工孔，外侧相邻两侧面开设螺栓孔，内侧相邻两侧面开设施工孔；角件以其端面立于所述水平节点板上通过穿过螺栓孔与装配孔的紧固件锁紧，以其外侧面与所述竖向节点板通过穿过螺栓孔与装配孔组的紧固件锁紧。
所述立柱为开口柱，非开口侧两侧边上设螺栓孔；立柱以其非开口侧与所述框柱贴合，通过穿过螺栓孔与连接孔的紧固件锁紧。
所述立柱为冷弯卷边角钢，或采用方钢管剖切。
所述水平梁为角钢或槽钢，其两端开设螺栓孔以与所述节点板锁紧。
本发明还提供了一种组合式钢模块结构体系的建造方法，本方法包括以下步骤：
(1)预制框柱，并在各柱体上开螺栓孔；
(2)预制水平梁、立柱、角件，侧壁开螺栓孔；
(3)将立柱、水平梁、角件呈框架布置，角件设置于交汇处，立柱、水平梁分别与对应角件焊接，形成模块单元；
(4)预制节点板，在水平向节点板上开螺栓孔和避让槽，在竖向节点板上设置装配孔组，将竖向节点板与框柱焊接连；
(5)将框柱、节点板以及模块单元运输至施工现场，安装框柱；
(6)吊装模块单元，底层模块单元就位后，将模块单元的立柱与框柱通过螺栓锁紧形成组合柱；
(7)在该层模块单元的角件顶部放置水平节点板，水平节点板与框柱以及竖向节点板焊接；
(8)吊装上一层模块单元至水平节点板上，就位后将下层模块单元顶部角件和其上的水平节点板以及上一层模块单元底部角件通过紧固件锁紧；
(9)将上层模块单元的立柱与框柱通过螺栓锁紧形成组合柱；
(10)重复步骤(7)—(9)即可完成整个体系的建造。
本发明框柱与模块单元连接时均采用螺栓紧固，现场施工仅需要少量焊接，施工速度快。装配完成后，框柱与模块单元中的立柱相互组合构成组合式立柱，可有效增强整个体系的竖向承载能力，并且在同一竖向上同一框柱与多个上下设置的立柱相连，可辅助增强上、下模块单元拉压力的传递能力。另一方面，通过角件、水平梁与节点板组合，形成加强式节点，可分担模块单元内的受力，并且增大模块单元间弯矩的传递能力。
附图说明
图1为本发明一个优选实施例中组合式钢模块结构体系的布置示意图。
图2为本优选实施中模块单元的装配放大示意图。
图3为本优选实施中立柱的放大示意图。
图4为本优选实施中顶角件的放大示意图。
图5为本优选实施中底角件的放大示意图。
图6为本优选实施中框柱与立柱装配成的组合式立柱的立体放大示意图。
图7为本优选实施中框柱与立柱装配成的组合式立柱的俯视放大示意图。
图8为本优选实施中加强式节点的放大示意图。
图示序号：
1—框柱；
2—竖向节点板；
3—水平节点板；
4—模块单元，41—水平梁，42—立柱，
43—顶角件、431—螺栓孔、432—施工孔，
44—底角件。
具体实施方式
如图1所示，本实施例公开的这种组合式钢模块结构体系，由框柱1、竖向节点板2、水平节点板3和模块单元4四部分通过紧固件装配而成。
框柱1可设计为三种结构形式，分别为L型框柱、T型框柱和十字型框柱。在边柱位置采用T型截面，角部或中间位置可采用L型及十字形截面。并在柱体上沿高度方向设置若干连接孔用以与模块单元4内的立柱锁紧。
竖向节点板2为扩大式端板，其实体上均布多组关于其中心对称布置的装配孔组用以装配模块单元4。各竖向节点板2沿高度方向均匀焊接于框柱1的侧边外。
水平节点板3的中部设有避让槽，实体上开设关于避让槽对称布置的若干装配孔。安装时，水平节点板以其避让槽卡于框柱内侧的凸起外，然后焊接，水平节点板用以支撑模块单元，并通过装配孔与模块单元4对应部件锁紧。
如图2所示，模块单元4由水平梁41、立柱42、顶角件43和底角件44安装而成。其中水平梁41选用角钢或槽钢，选用槽钢时，在槽钢上切槽留出操作空间，并在其长度方向两端开设螺栓孔。如图3所示，立柱42为开口柱，非开口侧两侧边上设螺栓孔；立柱可采用冷弯卷边角钢，或采用方钢管剖切而成。如图4所示，顶角件43为空心六面体，顶面上开设螺栓孔431、底面上开设施工孔432，外侧相邻两侧面开设螺栓孔，内侧相邻两侧面开设施工孔。如图5所示，底角件44与顶角件的区别在于，顶面上开设施工孔、底面上开设螺栓孔。模块单元装配时，将各水平梁和立柱呈方形框架设置，将顶角件设置于框架顶点处与对应的水平梁和立柱焊接，将底角件设置于框架底点处与对应的水平梁和立柱焊接即可。
模块单元装配完成后将框柱、竖向节点板、水平节点板以及模块单元运输至施工现场进行组装。组装时，先将竖向节点板焊接于框柱的侧边外形成扩大式端板结构，然后将该装配件布置于基础上；其次吊装模块单元，底层模块单元就位后，将模块单元的立柱与框柱通过螺栓锁紧形成组合柱；在该层模块单元的角件顶部放置水平节点板，水平节点板与框柱以及竖向节点板焊接；吊装上一层模块单元至水平节点板上，就位后将下层模块单元顶部角件和其上的水平节点板以及上一层模块单元底部角件通过紧固件锁紧；将上层模块单元的立柱与框柱通过螺栓锁紧形成组合柱；使两个上、下两层模块单元与框柱和中间的水平节点板装配成整体。
本实施例还公开了这种组合式钢模块结构体系的建造方法，其具体步骤为：
(1)预制框柱，框柱的截面有三种，分别为L型、T型以及十字型，并在各柱体上开螺栓孔；
(2)预制水平梁、立柱、角件，侧壁开螺栓孔；
(3)将立柱、水平梁、角件呈框架布置，角件设置于交汇处，立柱、水平梁分别与对应角件焊接，形成模块单元；
(4)预制节点板，在水平向节点板上开螺栓孔和避让槽，在竖向节点板上设置装配孔组，将竖向节点板与框柱焊接连；
(5)将框柱、节点板以及模块单元运输至施工现场，安装框柱；
(6)吊装模块单元，最底层模块单元就位后，将模块单元的立柱与框柱通过螺栓锁紧形成组合柱；
(7)在该层模块单元的角件顶部放置水平节点板，水平节点板与框柱以及竖向节点板焊接；
(8)吊装上一层模块单元至水平节点板上，就位后将下层模块单元顶部角件和其上的水平节点板以及上一层模块单元底部角件通过紧固件锁紧；
(9)将上层模块单元的立柱与框柱通过螺栓锁紧形成组合柱；
(10)重复步骤(7)—(9)即可完成整个体系的建造。
本发明相较于现有体系而言具有以下优点：
1、框柱与模块单元的立柱相互组合构成组合式立柱，如图6、图7所示；可有效增强钢模块结构体系的竖向承载能力；并且同一框柱与上、下不同模块单元的多跟立柱相连，可辅助增强上、下模块单元拉压力的传递能力。
2、模块单元的角件、水平梁、竖向节点板以及水平节点板组合，形成加强式节点，如图8所示；可分担钢模块单元内节点的受力，并且增大模块单元间弯矩的传递能力。
3、立柱和水平梁均采用开口式截面，并且在角件上开设施工孔，可为螺栓的紧固连接提供操作空间，提高了装配的便捷度。
4、该体系构造简单，施工时，框柱与模块单元连接时均采用螺栓紧固，现场施工仅需要少量焊接，施工速度快。

Claims (8)

1.一种组合式钢模块结构体系的建造方法，其特征在于：其组合式钢模块结构体系包括框柱、节点板和模块单元；
节点板包括竖向节点板和水平节点板，节点板与框柱连接；
模块单元包括水平梁、立柱和角件，水平梁和立柱呈框架布置、交汇处通过角件相连；
模块单元置于水平节点板上，通过角件及水平梁与竖向节点板可拆卸连接，通过立柱与框柱对应区段贴合锁紧形成组合柱，上下模块单元通过角件与水平节点板可拆卸组合；
体系建造包括以下步骤：
（1）预制框柱，并在各柱体上开螺栓孔；
（2）预制水平梁、立柱、角件，侧壁开螺栓孔；
（3）将立柱、水平梁、角件呈框架布置，角件设置于交汇处，立柱、水平梁分别与对应角件焊接，形成模块单元；
（4）预制节点板，在水平向节点板上开螺栓孔和避让槽，在竖向节点板上设置装配孔组，将竖向节点板与框柱焊接连；
（5）将框柱、节点板以及模块单元运输至施工现场，安装框柱；
（6）吊装模块单元，底层模块单元就位后，将模块单元的立柱与框柱通过螺栓锁紧形成组合柱；
（7）在该层模块单元的角件顶部放置水平节点板，水平节点板与框柱以及竖向节点板焊接；
（8）吊装上一层模块单元至水平节点板上，就位后将下层模块单元顶部角件和其上的水平节点板以及上一层模块单元底部角件通过紧固件锁紧；
（9）将上层模块单元的立柱与框柱通过螺栓锁紧形成组合柱；
（10）重复步骤（7）—（9）即可完成整个体系的建造。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述框柱包括三类，分别为L型框柱、T型框柱及十字型框柱；柱体上沿高度方向设置若干连接孔。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述水平节点板的中部设置所述避让槽，水平节点板上开设关于避让槽对称布置的若干装配孔。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述竖向节点板上均布多组关于其中心对称布置的装配孔组。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述角件为空心六面体，一端面上开设螺栓孔、另一端端面上开设施工孔，外侧相邻两侧面开设螺栓孔，内侧相邻两侧面开设施工孔；角件以其端面立于所述水平节点板上通过穿过螺栓孔与装配孔的紧固件锁紧，以其外侧面与所述竖向节点板通过穿过螺栓孔与装配孔组的紧固件锁紧。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述立柱为开口柱，非开口侧两侧边上设螺栓孔；立柱以其非开口侧与所述框柱贴合，通过穿过螺栓孔与连接孔的紧固件锁紧。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述立柱为冷弯卷边角钢，或采用方钢管剖切。
8.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述水平梁为角钢或槽钢，其两端开设螺栓孔以与所述节点板锁紧。
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