CN112814144A - 钢结构模块化建筑的结构体系 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢结构模块化建筑的结构体系，包括若干模块化建筑的单元模块，单元模块包括由异形立柱和横梁组装而成的钢结构单元框架，异形立柱包括立柱本体和设于立柱本体顶端、端的顶面端板、底面端板；立柱本体包括两块于一侧边处垂直连接的腹板和分别与两块腹板垂直连接的翼缘板，两块翼缘板相互靠近留有间距；相邻异形立柱通过连接板组装；连接板包括三个平面板，平面板之间均相互垂直连接，其中两个平面板形成的直角与第三个平面板构成至少一个直角象限；异形立柱的端部适配放置于连接板的直角象限中，螺栓固定。本发明结构简单、节点受力性能好，实现建筑的100％预制化。

Description

钢结构模块化建筑的结构体系

技术领域

本发明涉及预制装配式建筑技术领域，尤其是涉及一种钢结构模块化建筑的结构体系。

背景技术

模块化建筑是从板材建筑的基础上发展起来的一种装配式建筑，这种模块化建筑工厂预制化程度很高，现场安装快捷。不但可以在工厂完成框架盒子的结构部分，也可以将室内软装和硬装也一并安装齐全，运至现场后将模块吊装完成、接好管线后即可使用。

目前，模块建筑的优势更加明显，但是目前节点的处理难度仍然比较大。模块建筑连接节点交接处存在明显的“八柱十六梁”特征，空间可以分为八个象限，但是八个模块会将整个空间全部占据，没有施工的空间；如果在模块外部操作会很难完成节点的稳固连接；而如果在模块内部操作又会受到内墙的影响；如果不预制安装内墙，先在现场完成节点的连接后再砌筑内墙，就无法实现建筑内部装修的模块化。

因此目前的连接节点方式的模块建筑不能达到“全装修”模块的要求，且仅适合低层建筑，不适用于多、高层建筑。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、节点受力性能好可用于多/高层建筑的全装修、全预制模块的钢结构模块化建筑的结构体系，实现建筑的100％预制化，从主体结构、围护结构到机电、给排水、装修全部在工厂制造为建筑模块，整体运输到现场组装施工。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种钢结构模块化建筑的结构体系，包括若干模块化建筑的单元模块，所述单元模块包括由异形立柱和横梁组装而成的钢结构单元框架，所述异形立柱包括立柱本体和适配设于所述立柱本体顶端、底端的顶面端板、底面端板；所述立柱本体包括两块于一侧边处垂直连接的腹板和分别与两块所述腹板垂直连接两块翼缘板，两块所述翼缘板相互靠近且两者之间留有间距，两块所述腹板和所述顶面端板、底面端板上均开设若干螺栓孔；相邻所述异形立柱通过连接板组装在一起；所述连接板包括三个平面板，所述平面板之间均相互垂直连接，其中两个所述平面板形成的直角与第三个所述平面板构成至少一个直角象限；所述平面板上开设若干螺栓孔；所述异形立柱的端部适配放置于所述连接板的直角象限中，两者的螺栓孔对齐后，旋入螺栓将其组装。

作为优选方式，所述异形立柱的两块所述腹板是于一侧边处垂直连接形成横截面为“┌”形的构件，所述顶面端板和底面端板为正方形板于一直角部切去一个等腰直角三角形后形成的异形板；用于落置所述异形立柱的所述直角象限内的水平方向的平面板的形状与所述异形立柱端面的形状适配相同。

作为优选方式，所述连接板的其中两个所述平面板形成的直角与第三个所述平面板构成竖向相邻或水平相邻两个所述直角象限，两个所述直角象限镜像对称；位于该钢结构模块化建筑的结构体系的边角节点处上下相邻所述异形立柱的端部一一对应地适配固定于两个所述直角象限中，组装固定。

作为优选方式，所述连接板的其中两个所述平面板形成的直角与第三个所述平面板构成四个所述直角象限，相邻两个所述直角象限轴对称；位于该钢结构模块化建筑的结构体系的外侧面中间节点处，相邻四根所述异形立柱的端部一一对应地适配固定于四个所述直角象限中。

作为优选方式，所述连接板的其中两个所述平面板形成的直角与第三个所述平面板构成八个所述直角象限；位于该钢结构模块化建筑的结构体系的各层中心节点处，相邻八根所述异形立柱的端部一一对应地适配固定于八个所述直角象限中。

作为优选方式，位于所述单元模块上部的横梁采用变截面横梁，形成变截面梁的钢结构单元框架。

作为优选方式，所述单元模块还包括安装在所述钢结构单元框架侧面的墙板、安装在所述钢结构单元框架顶部和底部的顶楼板和底楼板；所述顶楼板的边角开设于所述异形立柱的腔体相连通的安装孔。

作为优选方式，所述单元模块落置安装于地基上的基础结构上；所述基础结构包括下部结构或浇筑在地基上的混凝土结构和钢结构底架。

作为优选方式，所述钢结构底架包括若干底架模块，每个所述底架模块是由横梁和带栓钉的钢柱焊接组成的钢结构框架，所述带栓钉的钢柱与混凝土结构浇筑于一体，形成劲性钢-混凝土组合柱。

本发明涉及一种钢结构模块化建筑的结构体系，与现有设计相比，其优点在于：本发明的模块建筑体系能够满足多、高层的建筑要求，节点采用刚性连接，在顶楼板处开设可拆装的安装孔，该模块的节点连接可以在模块内部进行操作，不受墙体和楼板的影响，也基本不影响模块的内部装修，解决了全装修、全预制模块的安装问题，安装方法简单、安装效率高。本发明的模块建筑可以实现100％工厂化生产，建筑施工的大部分工作转移到工厂实施，质量可控，现场施工只有安装工作，现场的工程量减少，工期大幅缩短，降低房建开发企业的开发成本；建筑模块的工厂制造可以通过机械化的生产线更可以提高效率、降低成本。同时改善工人的作业环境，施工现场的噪音、粉尘等污染减少，不产生建筑垃圾，改善建筑对生态环境和生活环境的影响，促进行业的健康可持续发展。同时，由于该结构体系中异形立柱是实腹型柱，可以有效地隐置于墙体内部，不占用模块内的建筑空间，提高得房率。

附图说明

图1为本发明钢结构模块化建筑的结构体系的分解示意图。

图2为本发明钢结构模块化建筑的结构体系的底架模块的示意图。

图3为本发明钢结构模块化建筑的结构体系的基础结构的示意图。

图4为本发明钢结构模块化建筑的结构体系的单元模块的示意图一。

图5为本发明钢结构模块化建筑的结构体系的单元模块的示意图二。

图6为本发明钢结构模块化建筑的结构体系的钢结构单元框架的示意图一。

图7为本发明钢结构模块化建筑的结构体系的钢结构单元框架的示意图二。

图8为本发明钢结构模块化建筑的结构体系的安装过程的示意图一。

图9为本发明钢结构模块化建筑的结构体系的安装过程的示意图二。

图10为本发明钢结构模块化建筑的结构体系的安装过程的示意图三。

图11为本发明钢结构模块化建筑的结构体系的安装过程的示意图四。

图12为本发明钢结构模块化建筑的结构体系的立体示意图。

图13为本发明钢结构模块化建筑的结构体系的异形立柱的示意图。

图14为本发明钢结构模块化建筑的结构体系的V号连接板20e的示意图。

图15为本发明钢结构模块化建筑的结构体系的边角部节点连接结构的示意图。

图16为本发明钢结构模块化建筑的结构体系的III号连接板20c的示意图。

图17为本发明钢结构模块化建筑的结构体系的侧边中间节点连接结构的示意图。

图18为本发明钢结构模块化建筑的结构体系的I号连接板20a的示意图。

图19为本发明钢结构模块化建筑的结构体系的中心节点连接结构的示意图。

图20为本发明钢结构模块化建筑的结构体系的安装口示意图。

具体实施方式

下文结合说明书附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明涉及一种钢结构模块化建筑的结构体系，包括若干模块化建筑的单元模块100。本具体实施例中，如图1-20所示，以八个钢结构单元框架101(标准单元模块结构)为例进行详细说明。

如图1-3所示，八个单元模块100分为两层落置安装于地基上的基础结构200上。所述基础结构200是上部的单元模块100与下部混凝土结构201的转接，以地基为混凝土结构为例，包括下部结构或浇筑在地基上的混凝土结构201和钢结构底架，钢结构底架包括四个底架模块202组成，每个底架模块202是由四根横梁和四根带栓钉的钢柱2021焊接组成的钢结构框架，底架模块带栓钉的钢柱本体可以看作是标准单元模块的异形立柱从中间横向截断所得部分，该带栓钉的钢柱2021与混凝土结构201浇筑于一体，形成劲性钢-混凝土组合柱203。

如图4-6所示，所述单元模块100包括立方体状的钢结构单元框架101、安装在钢结构单元框架101四个侧面的墙板102、安装在钢结构单元框架101顶部和底部的顶楼板103和底楼板104。钢结构单元框架101包括四根异形立柱10和八根横梁30构成；相邻异形立柱10通过连接板20组装在一起。根据具体情况钢结构单元框架可以进行优化，如图7所示，位于单元模块100上部的横梁30采用变截面横梁31，形成变截面梁的钢结构单元框架111a；所述变截面横梁31的下端面设有凹口，形成竖直方向两端宽、中部窄的异形结构。

如图20所示，单元模块100的顶楼板103靠近异形立柱10的四个角部预留可拆装、可开合的安装孔1031，安装孔1031与异形立柱10的腔体相连通，施工人员可以通过该安装孔1031完成单元模块100之间的连接。

如图13所示，所述异形立柱10大致为一个中空的正方形柱体于朝向单元模块内部的一个直角部自上而下竖直切去一个横截面为直角等腰三角形的三棱柱后形成的异形状，包括两块宽度相同的腹板111和两块翼缘板112围成的立柱本体11，以及适配焊接设于立柱本体11顶面和底面的顶面端板12和底面端板13。两块腹板111是于一侧边处垂直连接形成横截面为“┌”形的构件，两块翼缘板112分别与两块腹板111垂直连接，两块翼缘板112相互靠近且两者之间留有间距，以在立柱本体11侧部和内部形成满足施工安装要求的操作口和操作空间，同时，可将异形立柱10隐藏于模块建筑墙体内，不占用建筑套内实际使用面积。顶面端板12与底面端板13为正方形板于一直角部切去一个等腰直角三角形后形成的异形板。该异形立柱10的两块腹板11和顶面端板12、底面端板13上均开设若干螺栓孔。立柱本体11的腔体内部内靠近顶面端板12的上部和靠近底面端板13的下部平行设有加劲板15，以提高异形立柱10的整体强度。

每根所述横梁30的两端焊接于对应两根异形立柱10顶部和底部的相对面的翼缘板112上。位于首层的钢结构单元框架101与基础结构200的钢结构底架、以及上下左右相邻的钢结构单元框架101的通过连接板20连接。所述连接板20包括I号连接板20a、III号连接板20c、V号连接板20e。

本发明钢结构模块化建筑的结构体系中的四个边角部节点，即位于首层的钢结构单元框架101与基础结构的钢结构底架、以及竖直方向上下相邻的钢结构单元框架101的边角部节点通过V号连接板20e实现连接。如图4所示，所述V号连接板20e包括三个方形平面板21，其中两个竖直方向的平面板21以L型垂直连接形成一个直角再与水平方向的平面板21垂直连接，构成竖直方向镜像相对的两个直角象限U。每个直角象限U的每块平面板21上均开设若干螺栓孔。该两个直角象限U中水平方向的所述平面板21的形状与异形立柱10顶面和底面形状适配相同。如图8-12、15所示，底架连接件和位于首层单元模块中异形立柱10的底端、位于首层单元模块100中异形立柱10的顶端和位于第二层单元模块100中异形立柱10的底端一一对应地适配放置于两个所述V号连接板20e中对应的两个直角象限U中，使相对应构件的螺栓孔对齐后，旋入螺栓，实现将异形立柱10安装在基础结构200上、及位于第二层异形立柱10安装在位于首层异形立柱10上。

本发明钢结构模块化建筑的结构体系中四个外侧面的中间节点，即位于首层的水平相邻钢结构单元框架101与基础结构的钢结构底架、以及位于第二层水平相邻与位于首层的水平相邻的钢结构单元框架101均一同通过III号连接板20c实现连接。如图16所示，所述III号连接板20c包括三个方形平面板21，其中一个竖直方向和一个水平方向的平面板21以十字型垂直交叉形成四个直角再垂直连接于另一竖直方向的平面板21的侧面，构成立体空间中四个直角象限U。每个直角象限U的每块平面板21上均开设若干螺栓孔。该四个直角象限U中水平方向的所述平面板21的形状与异形立柱10顶面和底面形状适配相同。如图8-12、17所示，混凝土组合柱201上两个底架连接件和位于首层单元模块中两根异形立柱10的底端、位于首层单元模块100中两根异形立柱10的顶端和位于第二层单元模块100中两根异形立柱10的底端一一对应地适配放置于对应的III号连接板20c的四个直角象限U中，使相对应构件的螺栓孔对齐后，旋入螺栓，实现将异形立柱10安装在基础结构200上、及位于第二层异形立柱10安装在位于首层异形立柱10上。

本发明钢结构模块化建筑的结构体系中的各层中心节点，即位于首层的水平相邻的四个钢结构单元框架101与基础结构的钢结构底架、以及位于首层水平相邻的四个钢结构单元框架101与位于第二层水平方向相邻的四个钢结构单元框架101均一同通过I号连接板20a实现连接。如图18所示，所述I号连接板20a包括三个方形平面板21，其中两个竖直方向的平面板21以十字型垂直交叉形成四个直角再与水平方向的平面板21垂直交叉，构成立体空间中的八个直角象限U；三个平面板21垂直连接后边缘相平齐，相邻两个直角象限U相对作为两者之间隔板的平面板21镜像对称。每个直角象限U的每块平面板21上均开设若干螺栓孔；每个直角象限U的水平方向的平面板21的形状与异形立柱10顶面和底面形状适配相同。如图6-12、19所示，混凝土组合柱201上四个底架连接件和位于首层单元模块中四根异形立柱10的底端、位于首层单元模块100中四根异形立柱10的顶端和位于第二层单元模块100中四根异形立柱10的底端一一对应地适配放置于I号连接板20a的八个直角象限U中，使相对应构件的螺栓孔对齐后，旋入螺栓，实现将异形立柱10安装在基础结构上、及位于第二层异形立柱10安装在位于首层异形立柱10上。

Claims (9)

1.一种钢结构模块化建筑的结构体系，其特征在于：包括若干模块化建筑的单元模块(100)，所述单元模块(100)包括由异形立柱(10)和横梁(30)组装而成的钢结构单元框架(101)，所述异形立柱(10)包括立柱本体(11)和适配设于所述立柱本体(11)顶端、底端的顶面端板(12)、底面端板(13)；所述立柱本体(11)包括两块于一侧边处垂直连接的腹板(111)和分别与两块所述腹板(111)垂直连接两块翼缘板(112)，两块所述翼缘板(112)相互靠近且两者之间留有间距，两块所述腹板(11)和所述顶面端板(12)、底面端板(13)上均开设若干螺栓孔；相邻所述异形立柱(10)通过连接板(20)组装在一起；所述连接板(20)包括三个平面板(21)，所述平面板(21)之间均相互垂直连接，其中两个所述平面板(21)形成的直角与第三个所述平面板(21)构成至少一个直角象限(U)；所述平面板(21)上开设若干螺栓孔；所述异形立柱的端部适配放置于所述连接板的直角象限(U)中，两者的螺栓孔对齐后，旋入螺栓将其组装。

2.根据权利要求1所述的一种钢结构模块化建筑的结构体系，其特征在于：所述异形立柱(10)的两块所述腹板(111)是于一侧边处垂直连接形成横截面为“┌”形的构件，所述顶面端板(12)和底面端板(13)为正方形板于一直角部切去一个等腰直角三角形后形成的异形板；用于落置所述异形立柱(10)的所述直角象限(U)内的水平方向的平面板(21)的形状与所述异形立柱(10)端面的形状适配相同。

3.根据权利要求2所述的一种钢结构模块化建筑的结构体系，其特征在于：所述连接板(20)的其中两个所述平面板(21)形成的直角与第三个所述平面板(21)构成竖向相邻或水平相邻两个所述直角象限(U)，两个所述直角象限(U)镜像对称；位于该钢结构模块化建筑的结构体系的边角节点处上下相邻所述异形立柱(10)的端部一一对应地适配固定于两个所述直角象限(U)中，组装固定。

4.根据权利要求2所述的一种钢结构模块化建筑的结构体系，其特征在于：所述连接板(20)的其中两个所述平面板(21)形成的直角与第三个所述平面板(21)构成四个所述直角象限(U)，相邻两个所述直角象限(U)轴对称；位于该钢结构模块化建筑的结构体系的外侧面中间节点处，相邻四根所述异形立柱(10)的端部一一对应地适配固定于四个所述直角象限(U)中。

5.根据权利要求2所述的一种钢结构模块化建筑的结构体系，其特征在于：所述连接板(20)的其中两个所述平面板(21)形成的直角与第三个所述平面板(21)构成八个所述直角象限(U)；位于该钢结构模块化建筑的结构体系的各层中心节点处，相邻八根所述异形立柱(10)的端部一一对应地适配固定于八个所述直角象限(U)中。

6.根据权利要求1所述的一种钢结构模块化建筑的结构体系，其特征在于：位于所述单元模块(100)上部的横梁(30)采用变截面横梁(31)，形成变截面梁的钢结构单元框架(111a)。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种钢结构模块化建筑的结构体系，其特征在于：所述单元模块(100)还包括安装在所述钢结构单元框架(101)侧面的墙板(102)、安装在所述钢结构单元框架(101)顶部和底部的顶楼板(103)和底楼板(104)；所述顶楼板(103)的边角开设于所述异形立柱(10)的腔体相连通的安装孔(1031)。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的一种钢结构模块化建筑的结构体系，其特征在于：所述单元模块落置安装于地基上的基础结构(200)上；所述基础结构(200)包括下部结构或浇筑在地基上的混凝土结构(201)和钢结构底架。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的一种钢结构模块化建筑的结构体系，其特征在于：所述钢结构底架包括若干底架模块(202)，每个所述底架模块(202)是由横梁和带栓钉的钢柱(2021)焊接组成的钢结构框架，所述带栓钉的钢柱(2021)与混凝土结构(201)浇筑于一体，形成劲性钢-混凝土组合柱(203)。

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