CN113994055A - 模块化结构和连接方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于构造模块化结构的模块化单元。模块化单元包括结构框架，所述结构框架包括至少一个上梁；至少一个下梁；至少一个柱，其在所述上梁与所述下梁之间延伸并连接在所述上梁与所述下梁之间。所述上梁或所述下梁中的至少一个梁被布置成限定至少一个腔室，所述至少一个腔室用于沿所述梁的长度的至少一部分在其中接收建筑材料，所述柱连接到所述梁的所述部分。沿着所述梁的所述部分,所述梁被局部地移除，以限定到所述腔室的至少一个开口。

Description

模块化结构和连接方法
技术领域
本发明涉及使用模块化单元构造的模块化结构。具体而言，本发明涉及模块化单元和连接两个或多个此类模块化单元以构造模块化结构的方法。
背景技术
模块化施工是指使用预制模块化单元构造结构(例如建筑物)的过程。这种结构可以称为模块化结构。模块化单元通常在远离拟对结构进行建造的现场进行制造，并可选择在内部安装，然后交付至现场以组装成最终结构。例如，每个模块化单元可以构成一个或多个房间，构成公寓楼或酒店的一部分。
与诸如在现场从地面开始建造建筑物的传统施工技术相比，模块化施工具有一些优点。由于在模块化单元交付至施工现场之前，大部分工作已经提前完成，并且一旦单元交付，就可以快速组装到最终结构中，因此可以大大减少现场组装结构所需的时间。模块化单元可以在比典型建筑施工场地更受控的环境中制造，因此，与传统现场技术相比，将模块化单元制造到更精细的公差是可行的。然而，传统的模块化构造技术受到许多限制。
模块化单元通常通过螺栓相互连接(即组装)。这可能需要能够到达单个模块化单元的外部和内部的特定部分的通道，以便将它们组装在一起，但在实践中这可能很困难，因为相邻单元或结构的其他部分可能会阻碍到达螺栓紧固点的通道。此外，经常有必要将通常覆盖模块化单元以及由此形成的完整模块化结构的外表面的至少一些外部覆层从单元上移除，直到将其螺栓连接在一起的过程完成，以便为组装提供所需的通道。这延长了组装模块化结构的过程，因为只有在组装并紧固在一起后，覆层才能固定到模块化单元上，因此组装后需要对模块化单元进行“后处理”。
模块化构造的另一个问题在于，为了使模块化结构具有给定的内部楼面空间，模块化结构通常比由传统技术建造的建筑物占用更大的“占地面积”(即结构所覆盖的地面面积)。这是因为每个模块化单元都有自己的外壁(或墙壁)，并且将两个这样的模块化单元彼此相邻地组装在一起会导致单元的内部空间(例如，可以形成住宅建筑中的房间)之间的距离至少是两个单元中每个单元的墙壁厚度的两倍。换句话说，当两个模块化单元组装在一起时，它们的相邻壁的厚度通常大于常规结构中相应壁的厚度。类似地，一个叠在另一个上方的两个模块化单元的内部空间将以与下部单元的上表面(例如天花板)和上部单元的下表面(例如地板)的组合厚度相对应的距离相互隔开。
因此，需要改进组装模块化构造单元的系统和方法，使模块化单元的外壁更薄，同时保持模块化构造中所需的强度，从而允许在给定开发场地上建造由模块化单元构成的模块化结构，所述模块化结构具有与传统结构提供的内部楼面空间基本相同的内部楼面空间。
发明内容
本文描述的是一种用于构造模块化结构的模块化单元，包括：结构框架，所述结构框架包括：至少一个上梁；至少一个下梁；以及至少一个柱，其在所述上梁与所述下梁之间延伸并连接在所述上梁与所述下梁之间，其中，所述上梁或所述下梁中的至少一个梁被布置成限定至少一个腔室，所述至少一个腔室用于沿所述梁的长度的至少一部分在其中接收建筑材料，所述柱连接到所述梁的所述部分，并且其中，沿着所述梁的所述部分,所述梁被局部地移除，以限定到所述腔室的至少一个开口。
优选地，所述梁和柱是中空的，并且所述柱连接在所述梁之间，使得通过所述柱在所述梁之间提供流体连接。
优选地，到(沿所述梁提供的)所述腔室的所述至少一个开口包括间隔开的成对开口，使得(在所述梁的所述部分中)提供位于所述柱的两侧的开口。
优选地，内部限定有所述腔室的所述梁具有由相对的上侧部和下侧部以及相对的内侧部和外侧部限定的大致为矩形的横截面，并且其中，到所述腔室的所述开口至少部分地围绕所述梁的外侧部延伸。
优选地，所述梁是上梁，并且所述开口围绕所述上梁的上侧部和外侧部中的两者延伸。额外地或替代地，所述梁可以是下梁，使得所述开口围绕所述下梁的下侧部和外侧部中的两者延伸。
优选地，至少一个所述腔室限定在所述上梁和所述下梁中的每一个中，以便所述柱将所述上梁中的腔室与所述下梁中的腔室流体连接。
优选地，在所述腔室中提供至少一个元件，所述至少一个元件用于将用于起吊所述模块化单元的装置固定在其上，优选地，其中所述元件延伸出所述梁的上侧部，并且优选地，其中所述元件是固定在上梁上的吊耳。
优选地，在所述上梁的上侧部中提供孔(例如，填充孔)，所述孔与流体连接到上梁的空心的所述柱对齐，从而提供进入所述柱的直接流体通道，以便通过所述孔将建筑材料引入所述梁和/或所述柱中(由此，如果存在的话，引入它们各自的腔室中)。
在优选实施例中，所述柱可包括一组相邻柱，其中，所述一组相邻柱中的至少一个柱是空心的。所述柱优选地沿着结构框架的侧边定位，其中所述侧边旨在定位为与另一这样的模块化单元的结构框架的相应侧边相邻。所述柱可以附加地或替代地定位在结构框架的角部处。
优选地，多个所述柱在所述上梁与下梁之间延伸，并且多个所述腔室限定在所述上梁和/或所述下梁中，多个所述腔室中的每一个布置在所述梁的与柱连接的部分中，其中，所述多个柱沿结构框架的至少一个侧边相互间隔开。因此，如本文所述，结构框架可以包括沿着所述结构框架的一个或多个侧边提供的多个梁和多个柱，以提供用于将两个相邻模块化单元连接在一起的如下文所述的多个点。
另外，本文还描述了模块化结构，包括第一模块化单元和第二模块化单元(如本文所述)，其中所述第一模块化单元和所述第二模块化单元通过建筑材料连接在一起，所述建筑材料被容纳在每个模块化单元的所述上梁和/或所述下梁中的至少一个的相邻对齐腔室中，所述建筑材料通过所述开口在所述梁之间延伸到所述对齐腔室。
优选地，第一模块化单元和第二模块化单元连接在一起，使得所述梁以所述腔室及其开口相互对齐的状态相邻，在每个模块化单元中所述腔室被限定在所述梁中。因此，如本文所述，模块化单元通过在每个结构框架中提供的梁、柱、开口的布置而连接在一起。
优选地，第一模块化单元和第二模块化单元彼此相邻定位，使得两个模块化单元的梁和柱相邻对齐，并且所述梁中的所述腔室及其开口相邻对齐。因此第一模块化单元可以布置在第二模块化单元附近，使得第一模块化单元的上梁中的开口与第二模块化单元的上梁中的相应开口对齐，以便将第一模块化单元的上梁中的空心腔室流体连接到第二个模块化单元的上梁中的相应空心腔室。
优选地，所述相邻对齐的腔室中的每一个都含有建筑材料，所述建筑材料优选地通过所述孔引入所述腔室。因此，建筑材料可以通过所述梁中的对齐开口在第一模块化单元和第二模块化单元的所述梁中的相邻腔室之间延伸，以便连接第一模块化单元和第二模块化单元，例如一旦建筑材料硬化就连接第一模块化单元和第二模块化单元。一个或多个加固构件(例如金属杆、连接件或类似物，优选地是钢制的)可以被包裹在建筑材料内。建筑材料优选地是混凝土，其形式使其能够流动直至硬化。
所述腔室可以限定在每个模块化单元的上梁中。额外地或替代地，所述腔室限定在每个模块化单元的下梁中。
模块化结构还可以包括第三模块化单元，所述第三模块化单元布置在第一模块化单元的附近和上方(例如顶部)，使得在第三模块化单元的下梁中的开口与在第一模块化单元的上梁中的开口对齐。以这种方式，第三模块化单元的下梁中的腔室与第一模块化单元的上梁的相应腔室以及第二模块化单元的上梁的空心腔室流体连接。
模块化结构还可以包括第四模块化单元，所述第四模块化单元布置在第二模块化单元的附近和上方(例如顶部)和第三模块化单元的附近和旁边(例如，近旁)，使得在第四模块化单元的下梁中限定的腔室的开口与在第二模块化单元的上梁中限定的相应腔室的开口和第三模块化单元的下梁中限定的相应腔室的开口中的两者都对齐。这样，第四模块化单元的下梁中的腔室与第一模块化单元的上梁中的腔室、第二模块化单元的上梁中的腔室和第三模块化单元的下梁中的腔室流体连接。
在优选实施例中，第一模块化单元的所述腔室和第二模块化单元的所述腔室设置在第一模块化单元和第二模块化单元的相邻上梁中，并且在每个所述腔室中提供元件，所述元件用于将起吊各自模块化单元的装置固定在其上，结构还包括加固构件，所述加固构件设置在相邻腔室中的两个所述元件周围，以便将所述元件固定在一起。
优选地，相邻的所述梁中的所述相邻对齐腔室中的每一个容纳有(例如，硬化的)建筑材料，所述建筑材料通过所述梁中的对齐开口在相邻腔室之间延伸，以便连接第一模块化单元和第二模块化单元。
可以理解，模块化结构可以包括两个、三个或更多这样的模块化单元，它们彼此相邻以形成单层构造。额外地或替代地，模块化结构可以包括两个、三个或更多这样的模块化单元，它们相互堆叠以形成多层构造。
此外，如上文模块化单元所述，每个模块化单元可以有连接在结构框架的上梁和下梁之间的多个柱，其中上梁和下梁的与柱相连的相应部分可以在其中各自限定有用于容纳建筑材料的腔室。因此，彼此相邻连接的两个或多个此类模块化单元可以具有多个相邻对齐的腔室，所述多个相邻对齐的腔室(例如，在每个柱的顶部或底部)形成连接“节点”，每个节点包括包含建筑材料(例如混凝土)的相邻腔室，所述建筑材料在相邻腔室之间延伸并硬化以形成牢固连接，优选地在每个连接“节点”处包含一个或多个加固元件。
本文还描述了一种将至少两个此类模块连接在一起以构造本文所述的模块化结构的方法，该方法包括：对齐第一模块化单元和第二模块化单元，使得它们以所述梁中的所述腔室和开口相邻对齐的状态相邻；以及将建筑材料引入所述相邻腔室，其中所述建筑材料通过所述开口在相邻腔室之间延伸，以在所述建筑材料硬化时形成连接。
本文还描述了一种构造模块化结构的方法，包括：对齐(例如，如本文所述的)第一模块化单元和第二模块化单元，使得它们以所述梁中的所述腔室和开口相邻对齐的状态相邻；以及将建筑材料(例如混凝土)插入所述腔室中，其中建筑材料可以通过所述开口在相邻腔室之间自由流动，使得建筑材料例如一旦硬化就在所述相邻腔室之间延伸。
本文所述的任何设备特征可以作为方法特征提供，反之亦然。此外，应当理解，本文仅通过示例来描述本发明，并且可以在本发明的范围内进行细节修改。
此外，本领域技术人员将理解，本文描述和限定的各种特征的特定组合可以被单独实施和/或提供和/或使用。
本领域技术人员将认识到，与现有技术相比，本文所公开的发明构思具有许多优点。
附图说明
现在将参考附图，仅以示例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1示出了模块化单元的结构框架。
图2示出了根据本发明的图1所示的模块化单元的上梁和柱的布局。
图3示出了图2所示的布局的穿过梁截取的剖视图。
图4A示出了与附加模块化单元并排布置的图1所示类型的模块化单元。
图4B示出了与另外两个附加模块化单元相邻的图4A的模块化单元。
图4C示出了堆叠在图4B所示四个模块化单元上方的四个附加模块化单元。
图5示出了图4A中所示的相邻模块化单元的上梁和柱的布局。
图6示出了穿过安装有耦合元件的梁而截取的图5中所示布局的剖视图。
图7示出了安装了加固构件的图5所示布局的另一视图。
图8示出了梁中包含建筑材料的图5所示的布局。
图9示出了穿过梁截取的图8所示布局的剖视图，其中显示了包含在梁内的建筑材料，并且安装有另一加固构件。
图10示出了从垂直于图9所示视图的角度沿着穿过其中一个柱的平面截取的图8所示布局的剖视图。
图11示出了图8所示的布局，其中上梁上提供了调平垫片和缓冲材料。
图12示出了图11所示布局的分解图。
图13示出了第三模块化单元的下梁和柱，所述第三模块化单元位于图11所示布局的前两个相邻模块化单元中的一个的顶部。
图14示出了穿过梁截取的图13所示布局的剖视图，其中显示了包含在梁中的建筑材料。
图15示出了第四模块化单元的下梁和柱，所述第四模块化单元在相邻构造中与如图13所示的第三模块化单元并排布置，使得第四模块化单元位于前两个相邻模块化单元中的另一模块化单元的顶部。
图16示出了穿过梁截取的图15所示布局的剖视图，其中显示了在添加额外建筑材料之前，前两个模块化单元中包含的建筑材料以及安装的另一加强构件。
图17示出了图16的剖视图，其中第三模块化单元和第四模块化单元的梁中提供了额外的建筑材料。
图18示出了从垂直于图16和图17所示视图的角度沿着穿过其中一个柱的平面截取的图15所示布局的剖视图。
图19示出了图15布局的外部视图。
具体实施方式
在以下说明和附图中，可以使用相应的附图标记识别单独模块化单元的相应特征。为清楚起见，并非所有特征都在每个图中进行了标记，任何即使未标记的特征当然也可以与示出它们已标记的相应图进行交叉引用。
图1示出了适用于建造模块化建筑的模块化单元100。模块化单元100是仅示出其结构框架的简化表示，这是描述本发明所必需的。因此，术语“模块化单元”和“结构框架”可以在本文中互换使用。在实践中，模块化单元100的外壁通常覆盖在覆层中，以包围在结构框架中限定的内部空间。
模块化单元100包括布置用于限定结构框架的形状的多个上梁101、下梁103和柱113。上梁101和下梁103水平平行地布置。柱113在上梁101和下梁103之间竖直延伸，并围绕结构框架的外围相互间隔开，以为模块化单元100的外壁提供结构。
在模块化单元100的结构框架周围需要柱113的每个位置处可以提供有成组布置的多个柱113。例如，一组柱113可以包括中间柱113a，其中柱113b、113c布置在其两侧。如上所述，类似的一组柱113可以位于与第一组柱113相同的平面上，以限定模块化单元100的外壁。例如，结构框架的角部可以由一组五根柱113提供，所述一组五根柱包括中间柱113a，各有两个柱113b、113c布置在其两侧。
上梁101中设置有一对开口131a、131b，开口131在柱113的两侧间隔开。开口131各自穿过上侧部101a并围绕梁101的边缘而延伸至梁101外侧部101b的向下途中的一点。在两个开口131之间的上梁101的上侧部101a中还提供了上填充孔(例如“孔”)141a。
在结构框架中提供多个横梁121、123，所述多个横梁用于将地板和/或天花板构件连接到其上或者支撑地板和/或天花板构件。多个上横梁121在成对平行的上梁101之间延伸。类似地，多个下横梁123在成对平行的下梁103之间延伸。例如，第一模块化单元100的梁101、103、柱113和横梁121限定了用作住宅建筑或酒店中的一个或多个房间的内部空间。
图1中所示的模块化单元100具有矩形平面图(即，从上方或下方看为矩形形状)。然而，具有其他形状的模块化单元可以通过本文描述的相同构造原理来提供。例如，模块化单元可以有正方形或菱形的平面图。
图2是示出布局的特写图，在所述布局中上梁101与(一组)柱113连接，作为模块化单元100的结构框架的一部分。上梁101具有矩形(例如方形)横截面和中空内部，所述中空内部由上梁101的上侧部101a和下侧部101c、外侧部101b和内侧部101d限定，其中梁101的相邻侧部垂直布置，使得上侧部101a和下侧部101c相互面对，并且外侧部101b和内侧部101d相互面对。虽然在该示例中，梁101的侧部101a、101b、101c、101d的布置使得梁具有基本上方形的横截面，但梁可以形成不同的形状，尽管外侧部101b优选具有平坦表面，并且在使用中最优选为竖直定向。
尽管图2中未详细示出，但下梁103具有类似于上梁101的结构，使得下梁103基本上与上梁101成镜像，如图1所示在柱113的两侧上提供了相应成对的开口133a、133b。因此，下梁103可以想象为上梁101旋转180度，柱113连接在两者之间。
因此，尽管在图2中不可见，但在上梁101的下侧部101c上设置了下填充孔141b，下填充孔141b位于中间柱113a正上方，为所述柱113a提供流体路径。理想情况下，上填充孔141a位于下填充孔141b正上方，从而位于中间柱113a正上方，以提供从上梁101上方进入中间柱113a的直接流体路径。
在本示例中，两个开口131a、131b形成于柱113a的两侧。然而，腔室160所在的梁101部分也可以仅有一个开口131(最好布置在柱113a的正上方)，或多个开口131，例如，其中有一个开口131布置在柱113a正上方，另外两个开口131布置在柱113a两侧。开口131优选为矩形，尽管其形状可以不同，例如具有圆形边缘。
包括一个或多个柱113的上梁101的内部部分由盲板161隔开。盲板161安装(例如焊接)在上梁101内部与柱113的两侧间隔开的位置处。由盲板形成的上梁101的内部部分由此在上梁101内限定腔室160(即限定空间)。盲板161位于上梁101内部的开口131远端(即相对于立柱113的远端)边缘处，使得开口131保留在腔室160内。因此，填充孔141a、141b也保留在腔室160内。
与梁101、103一样，连接在梁与梁之间的每个柱113中的一个或多个也具有中空内部。如上所述，中间柱113a连接到上梁101，使得柱113a和梁101的中空内部通过填充孔141a、141b流体连接。在此示例中，与中间柱113a相邻的柱113b、113c未与梁101、103流体连接。然而，在其他实施例中，相邻柱113b、113c中的一个或两个可以流体连接到梁，从而取代柱113a的流体连接，或者提供除了柱113a之外的额外流体连接。相邻柱113b、113c为模块化单元100提供额外的强度和刚度。
提供吊耳135(例如，环或支架)用于起吊该结构，例如通过起重机起吊该结构。吊耳135附接(最好焊接)在梁101上。理想情况下，吊耳135布置在开口131内，并从开口131中竖直向上延伸。吊耳135可以用于起吊模块化单元100，例如在运输模块化单元100时或在模块化建筑施工期间定位模块化单元100时起吊模块化单元。如下文所述，在组装两个此类模块化单元100期间以形成模块化结构的期间，吊耳135会被进一步利用。
定位销151a、151b布置在上梁101的上侧部101a上。定位销151a、151b被布置成，当另一模块化单元堆叠在所述模块化单元100的顶部以形成多层模块化结构时，通过在另一这种模块化单元(未示出)的下梁103的下侧部103c上形成的相应定位孔来接收定位销151a、151b。
如前所述，如图2所示，多个横梁121在相互面对的上梁101之间延伸，为模块化单元100提供刚度和强度。
图3是腔室160内的图2所示的上梁101和柱113的布局的剖视图。吊耳135各包括基座部分137，基座部分137在腔室160内附接(优选焊接)至梁101的下侧部101c。可以看出，吊耳135竖直向上伸出腔室160，并远离上梁101的上侧部101a，以允许例如附接至起重机吊钩。
图4A示出了(例如，第一)模块化单元100定位为紧靠(例如，相邻于)另一(例如，第二)模块化单元200，其中两个模块化单元100、200均以结构框架的形式表示。如上所述，第二模块化单元200的结构框架具有与第一模块化单元100相似的构造，因此包括多个水平上梁201和下梁203，其中多个间隔开的(多组)立柱213在它们之间延伸。类似于第一模块化单元100的上梁101的开口131的开口231形成在第二模块化单元200的上梁201中，这在图4A中可见。
如图4A所示，当两个模块化单元100、200并排彼此相邻地放置在一起时，它们各自的上梁101、201因此相互接触并平行放置。类似地，它们各自的下梁103、203彼此接触并平行放置。梁101的外侧部101b、梁201的外侧部201b、梁103的外侧部103b、梁203的外侧部203b的表面在模块化单元100、200之间的界面处布置为基本平坦，以便使它们能够彼此齐平地布置。
图4B示出了第一模块化单元100和第二模块化单元200，它们与两个额外的模块化单元100、200相邻。四个模块化单元100、200可以在此构造中(通过稍后描述的方法)连接以形成例如单层建筑或多层建筑的一层。
在一个实施例中，(例如，如上文参考图4A和图4B所述的)一个或多个模块化单元100、200可以用于建造单层建筑。例如，单层建筑物的基础可以提供有类似于吊耳135,235的突出构件。因此，模块化单元100可以在下梁103中具有开口133，所述开口适于接收基础中的突出构件，随后可以通过流体连接的柱113将合适的建筑材料(例如混凝土)引入到下梁103中，例如，因此将所接收的突出构件嵌入在下梁103中形成的腔室内(类似于上文所述)，从而将模块化单元100固定到基础。
如下文所述，额外的模块化单元也可以分别竖直堆叠在第一模块化单元100和第二模块化单元200上方，并与其连接，以形成模块化结构的一部分或整体。在其最简单的形式中，多层建筑可以通过单个模块化单元(例如第一模块化单元100)与堆叠在其顶部的另一个这种模块化单元相互堆叠而形成。
图4C示出了图4B中的模块化单元100、200以及堆叠在其上的四个额外模块化单元100、200。此图中所示的模块化单元100、200可以连接(稍后将详细描述)以形成一个两层建筑。下层的模块化单元也可以连接到如上所述的基础。可以理解的是，可以在图4C所示的模块化单元附近和/或顶部提供任意数量的额外模块化单元，以形成具有额外楼层和/或不同楼层平面的建筑物。
图5示出了图4A所示的两个相邻模块化单元100、200的上梁101、201和柱113、213的布局。如上所述，第二模块化单元200包含与第一模块化单元100的特征对应的特征集合。第一模块化单元100未在图5中详细标记，因为其特征在图2中已经清楚标记。
在模块化单元100、200并排布置的情况下，各模块化单元100、200的上梁101、201中提供的成对开口131、231对齐在一起，以使每个上梁101、201内部限定的腔室160、260通过开口131、231彼此流体连通。
图6示出了垂直穿过图5所示相邻上梁101、201截取的剖视图。剖视图是在盲板161和吊耳135、235之间的位置处穿过腔室160截取。在相邻上梁101、201的外侧部101b、201b的较低部分上放置耦合元件601，耦合元件的形式为“U”形支架，最好为钢制“U”形支架。较低部分当然由围绕上梁101的外侧部101b延伸的开口131、以及围绕上梁201的外侧部201b延伸的开口231形成。耦合元件601延伸穿过两个开口131、231之间的界面，以防止引入腔室160、260的建筑材料(稍后将详细描述)在相邻梁101、201之间溢流出去。类似的耦合元件(未示出)可以类似地在开口131、231之间界面处固定在上梁101的外侧部101b、以及上梁201的外侧部201b上。
如图7所示，大体形状为环的加固构件703布置在组合开口131、231内，使其包围两个相邻吊耳135、235。加固构件703支撑在耦合元件601上，使得其低于上梁101的上侧部101a、以及上梁201的上侧部201a的水平。类似地，加固构件703包围另一对相邻吊耳135、235。加固构件703理想地由钢制成。如下文所述，加固构件703有助于将模块化单元100、200耦合在一起，并且当其被封装在建筑材料中时能够提供进一步的加固。可能需要在吊耳135、235周围提供多个加固构件703，以便为完成的模块化结构提供进一步的加固。
如图7所示，一旦两个相邻的模块化单元100、200就位，并且最好如上所述进行耦合，则可以在组合开口131、231周围以及在上梁101、201中相应的上填充孔141a、241a周围涂抹密封剂701(例如，胶泥密封剂)。如稍后将更详细地讨论的，密封剂701有助于在开口131、231周围形成流体连接的密封，以防止建筑材料从腔室160、260溢流出来。
为了在上述两个相邻的模块化单元100、200之间形成牢固的连接，将建筑材料(理想情况下为混凝土)引入结构框架的内部。在图8所示的示例中，已通过上梁101中的上填充孔141a、以及上梁201中的上填充孔241a将液态混凝土引入梁101、201的中空内部。混凝土在溢出之前填充与上梁101流体连接的柱113a、以及与上梁201流体连接的柱213a，然后在柱113a、213a被填满后填充腔室160、260。
尽管图中未显示，但模块化单元的下梁103、203具有类似的相应腔室，所述腔室形成在每个(组)柱113周围并与至少中间柱113a流体连接，因此在模块化单元的上梁103的腔室160与下梁101中的腔室260之间提供流体通路。因此，通过上梁101中的上填充孔141a引入柱113的混凝土在填充上梁101中的腔室160之前，首先填充下梁103中的下腔室，然后填充柱113。
如前所述，在下梁103中形成的下腔室最好提供有类似的开口133，所述开口的尺寸和位置与在上梁101上设置的开口131相对应。然而，下梁103上的开口133设置在下梁103的下侧部103c中。想象这一点的一种方法是将模块化单元倒置。例如，在图13所示的第三模块化单元300上也可以看到这种布局。然而，下梁103中的开口不具有布置在其中的吊耳。
理想情况下，建筑材料通过中空插入管(未示出)引入下梁103中的下腔室，中空插入管通过上填充孔141a、241a插入每个柱113a、213a。可以将建筑材料倒入中空插入管中，然后将中空插入管缓慢向上撤回并从柱113a、213a中取出，以便将建筑材料释放到下梁103和柱113a、213a中。已发现该方法可减少梁101、103、201、203和柱113a、213a内建筑材料中的空隙形成，并(尤其是当建筑材料为混凝土时)减少骨料从建筑材料中的分离。
混凝土(或其他合适的建筑材料)最终硬化，从而形成实心混凝土的连续砌块800，所述连续砌块在相邻模块化单元100、200的上梁101、201的组合室160、260之间延伸，并在它们之间提供弹性连接。如上所述，混凝土进一步在(优选钢制的)加固构件703周围硬化，这加强了混凝土的强度。当混凝土在柱113中硬化时，它进一步为模块化单元的结构框架提供刚度和强度。
设置在被直接置于地面上或待组装的结构的基础上的模块化单元的下梁103,203的下腔室中的混凝土通过与地面(或基础)的紧密接触来防止通过下梁103,203中的开口从下腔室漏出并且会相应地硬化。替代地，这种开口可以不设置在“基部的”模块化单元的下梁中，或可以使用例如焊接至下梁的盲板来密封这种开口。
通过这种方式，无需外部固定件(例如螺栓)将模块化单元100、200固定在一起，因为建筑材料可以通过上模块化单元100、200的上梁101、201中的上填充孔141a、241a而被插入每个模块化单元100、200的梁和柱中。因此，一旦模块化单元被定位并固定在一起，模块化单元就不需要表面处理(例如，添加或固定外部覆层)。
图9示出了由相邻上梁101、201形成的连接“节点”的剖视图，因此清楚地展示了硬化混凝土如何形成砌块800，所述砌块在腔室160、260之间穿过开口131、231之间的界面延伸。耦合元件601有助于防止混凝土通过开口131、231的下侧部101b、201b泄漏。
图10示出了沿着穿过模块化单元100的柱113的平面截取的第一模块化单元100的剖视图，所述平面大体垂直于图9所示的连接“节点”的剖视图所在平面。可以看到硬化混凝土砌块800通过形成于上梁101的下侧部101c中的下填充孔141b从梁101的腔室160延伸至柱113a的内部，所述填充孔141b在柱113与上梁101连接的点处位于中间柱113a的正上方。
如前所述，梁101、201不必恰好配置有两个开口113、213，开口113、213也不必沿梁101、201从相应模块化单元100、200的柱113a、213a偏移。然而，该示例中所示的布局是优选的，因为梁101的上侧部101a将抵抗砌块800沿平行于柱113a、213a的方向的移动。这提高了所连接的模块化单元100、200、300、400之间的连接刚度。开口113相对于柱113a偏移、以及开口213相对于柱213a沿梁偏移的优点在于，其允许诸如吊耳135的特征布置在远离填充孔141a、241a的位置，这改善了将建筑材料引入柱113a以及上梁101和下梁103内部的容易程度。
图11示出了如图8所示连接的模块化单元100、200。弹性材料1101的层布置在上梁101的上侧部101a、以及上梁201的上侧部201a上并位于上梁101的上侧部101a和上梁201的上侧部201a的表面暴露在外的位置处。弹性材料1101(例如耐火纺织材料)的层放置在连接的模块化单元100的上梁101和模块化单元200的上梁201上，以便使得由连接的模块化单元100、200形成的结构准备好接收分别堆叠在第一模块化单元100和第二模块化单元200的顶部的这样的第三模块化单元300以及可选的第四模块化单元400(如下文所述，并在图13至图19中所示)。弹性材料1101的层与堆叠在其上的进一步的此类模块化单元300的下梁303的下侧部303c以及模块化单元400的下梁403的下侧部403c接触，以便将由附加单元的重量引起的荷载均匀分布在梁101、201上，并防止相邻金属梁的间断性接触。由于梁101、201可能由于在整个过程中承受变化的应力而发生偏转，因此在组装模块化结构期间(以及一旦组装，在其日常使用过程中)特别可能发生这种间断性接触。因此，提供弹性材料1101以保护上梁101、201免受另一模块化单元300、400的冲击，该模块化单元300、400在其被放下至第一模块化单元100或第二模块化单元200上时与上梁101、201碰撞。弹性材料1101可能包含不易燃或优选阻燃的材料，所述材料可以提供改善使用本文所述类型的模块化单元100构造的模块化结构的耐火性能的进一步益处。
图11中还示出了四个垫片153，所述四个垫片在上梁101的上侧部101a以及上梁201的上侧部201a上位于靠近柱113、213的位置。每个垫片153具有形成在其中的通孔，所述通孔允许将一个或多个此类垫片153放置在每个定位销151、251上(如适用)。垫片153可以用于补偿模块化单元100、200、300、400的不完全调平。例如，在上述过程中形成混凝土砌块800之后，将要堆叠第三模块化单元300于其上的梁101可能被确定为不水平。在模块化单元的每一层(或“楼层”)放置完毕后，使用激光调平技术进行测量，以获得与单元的水平程度相关的非常精确的测量值。然后将适当数量的垫片153放置在第一模块化单元100的定位销151上，以确保模块化单元的下一层(或楼层)被水平放置。以这种方式使用垫片153允许校正模块化结构中模块化单元的调平误差，从而减轻此类误差(尤其是此类误差累积的影响)对完整模块化结构的不利影响。
图12示出了图11中所示两个模块化单元100、200的相邻的柱113、213和上梁101、201的布局的分解图。分解图示出了耦合元件601和盲板161、261，所述盲板161、261位于上梁101、201的内部，以在上梁101、201的中空内部限定腔室160。
当然，应了解，上述和本文所述的梁和柱的布局可以在结构框架周围的柱所位于的多个位置重复，以形成多个连接，将相邻模块化单元连接在一起。
图13示出了如何能够将第三模块化单元300堆叠在图11所示布局的第一模块化单元100的顶部，以及它们之间形成的连接。第三模块化单元300优选地与第一模块化单元100相同，具有围绕其下梁303的下侧部303c和外侧部303b延伸的开口331(如上所述)，所述开口的尺寸和形状对应于围绕第一模块化单元100的上梁101的上侧部101a和外侧部101b延伸的开口131。第三模块化单元300还可以具有开口331，所述开口围绕其上梁301的上侧部301a和外侧部301b延伸，类似于第一模块化单元100的开口131。因此，第一模块化单元100和第三模块化单元300在构造原理上可以基本相同。然而，根据本发明的模块化单元可以以各种形状和尺寸形成，并且仍然可以如本文所述组装在一起。
定位孔(未示出)形成在第三模块化单元300的下梁303的下侧部303c中与第一模块化单元100的上梁101的上侧部101a上设置的定位销151的位置相对应的位置处。下梁303的定位孔适于容纳定位销151，以帮助确保第三模块化单元300相对于第一模块化单元100正确对齐，并且还限制第三模块化单元300的横向运动，以允许下梁303平行于上梁101放置并与弹性材料1101齐平。
如上所述，开口331形成在下梁303的下侧部303c中。开口331与上梁101中的开口131相对应，因此每个开口围绕下梁303的边缘延伸，并穿过下梁303的下侧部301c以及外侧部301b的一部分。开口331的尺寸与梁101中形成的开口131的尺寸相对应，并且开口331定位为与梁101的开口131对齐。如下文所述，第一模块化单元100的吊耳135、235分别由开口331接收，并进一步用于加固引入下梁303中的腔室360(图14和图18中最佳示出)中的建筑材料。
图14示出了图13所示的第一模块化单元100、第二模块化单元200和第三模块化单元300的布局以形成连接“节点”的剖视图。建筑材料(这里也是混凝土)填充第一模块化单元100的上梁101中的腔室160和第二模块化单元200的上梁201中的腔室260，形成硬化混凝土砌块800。可以看到吊耳135通过下梁303中设置的一个开口331延伸到下梁303的下腔室360中。另一加固构件703位于相邻的第一模块化单元100和第二模块化单元200的吊耳135、235周围，位于先前已引入上梁101的上腔室160、以及上梁201的上腔室260的混凝土顶部，以将它们固定在一起。如下文所述，所述另一加固构件703还用于加固引入下梁303中的腔室360的进一步建筑材料。
图15示出了与第三模块化单元300相邻的第四模块化单元400如何能够堆叠在第二模块化单元200的顶部。这里，第四模块化单元400基本上与第二模块化单元200相同。与第三模块化单元300类似，第四模块化单元400包括下梁403，所述下梁在其下侧部403c和外侧部403b上具有与第二模块化单元200的下梁201的上侧部201a上的开口231对应的成套开口(未示出)。还提供了定位孔(未示出)，用于接收上梁201上的定位销251。下梁403中的开口被布置成接收第二模块化单元200的吊耳233，其方式与第三模块化单元300的下梁303的下侧部中的开口接收第一模块化单元100的吊耳135的方式相同。
与图9类似，在四个模块化单元100、200、300、400的连接处形成的连接“节点”的剖视图如图16所示，模块化单元的布置如图14和图15所示。可以清楚地看到，第一模块化单元100的上梁101的吊耳135和第二模块化单元200的上梁201的吊耳235如何分别延伸到第三模块化单元300的下梁303的下腔室360和第四模块化单元400的下梁403的下腔室460中。
如上所述，在所示示例中，第三模块化单元300和第四模块化单元400分别与第一模块化单元100和第二模块化单元200基本相同。因此，下梁403的下腔室460与中间柱413a处于流体连通中，以及类似地，下梁303的下腔室360与柱313a处于流体连通中。与第一模块化单元100和第二模块化单元200一样，第三模块化单元300的中间柱313a和第四模块化单元400的中间柱413a在下梁303、403与上梁(未显示)之间提供流体连接。
为了将模块化单元固定在一起，通过第三模块化单元300和第四模块化单元400的上梁(未显示)中设置的填充孔，将更多的建筑材料(在本例中为混凝土)引入柱313、413中，建筑材料从所述柱流入下腔室360、460。当混凝土填充下腔室360、460时，其包围第一模块化单元100的吊耳135和第二模块化单元200的吊耳235以及在吊耳135、235周围设置的任何其他加固构件703。引入第三模块化单元300的下腔室360和第四模块化400的下腔室460的更多混凝土与第一模块化单元100的上梁101的上腔室160和第二模块化单元200的上梁201的上腔室260中包含的现有混凝土结合，所述现有混凝土至少部分硬化。
如图17所示，一旦硬化，混凝土形成将模块化单元相互连接的连续砌块1700，混凝土1700由布置在第三模块化单元300和第四模块化400的下腔室中的吊耳135、235以及加固构件703加固。在第一模块化单元100的上梁101中的开口131和上填充孔141a周围以及第二模块化单元200的上梁201中的开口231和上填充孔241a周围提供的密封剂701用于防止混凝土泄漏。
与图10类似，图18示出了穿过第一模块化单元100的柱113和第三模块化300的柱313截取的剖视图。与上腔室160、260一样，下腔室360、460由固定在上梁303中的盲板361限定，以限定柱313周围的分区空间。
如上所述，连接四个结构单元的连接“节点”的外部视图如图19所示。当然，应当理解，可以沿相邻模块化单元的侧边提供多个这样的节点，以将它们连接在一起。有利的是，根据本发明不需要外部固定件将模块化单元固定在一起，因为，正如附图中清楚可见的，建筑材料可以通过上模块化单元300的柱313、以及上模块化单元400的柱413而被插入(每个模块化单元100、200、300、400)的结构框架的梁和柱中，例如，通过位于上模块化单元300的上梁301(未显示)中的上填充孔341a(未显示)、以及位于上模块化单元400的上梁401(未显示)中的上填充孔441a(未显示)，类似于上文所述的图8中的两个模块化单元100、300的连接。
尽管前述内容是针对本发明的示例性实施例，但本领域技术人员从本说明书的考虑将清楚了解本发明的其他和进一步实施例，并且可以在不偏离其基本范围的情况下设计本发明的实施例，其基本范围由随附的权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种用于构造模块化结构的模块化单元，所述模块化单元包括：
结构框架，所述结构框架包括：
至少一个上梁；
至少一个下梁；以及
至少一个柱，其在所述上梁与所述下梁之间延伸并连接在所述上梁与所述下梁之间，
其中，所述上梁或所述下梁中的至少一个梁被布置成限定至少一个腔室，所述至少一个腔室用于沿所述梁的长度的至少一部分在其中接收建筑材料，所述柱连接到所述梁的所述部分，并且
其中，沿着所述梁的所述部分,所述梁被局部地移除，以限定到所述腔室的至少一个开口。
2.根据权利要求1所述的模块化单元，其中，所述梁和所述柱是中空的，并且所述柱连接在所述梁之间，使得通过所述柱在所述梁之间提供流体连接。
3.根据权利要求1或2所述的模块化单元，其中，到所述腔室的所述至少一个开口包括间隔开的成对开口，使得在所述梁的所述部分中提供位于所述柱的两侧的开口。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的模块化单元，其中，内部限定有所述腔室的所述梁具有由相对的上侧部和下侧部以及相对的内侧部和外侧部限定的大致为矩形的横截面，并且其中，到所述腔室的所述开口至少部分地围绕所述梁的外侧部延伸。
5.根据权利要求4所述的模块化单元，其中，所述至少一个梁是上梁，并且所述开口围绕所述上梁的上侧部和外侧部中的两者延伸，并且/或者其中所述至少一个梁是下梁，并且所述开口围绕所述下梁的下侧部和外侧部中的两者延伸。
6.根据前述权利要求中任一项所述的模块化单元，其中，至少一个所述腔室限定在所述上梁和所述下梁中的每一个中，以便所述柱将所述上梁中的腔室与所述下梁中的腔室流体连接。
7.根据权利要求5或6所述的模块化单元，其中，在上梁的所述腔室中提供至少一个元件，所述至少一个元件用于将用于起吊所述模块化单元的装置固定在其上，优选地，其中所述元件延伸出所述梁的上侧部，并且优选地，其中所述元件是固定在上梁上的吊耳。
8.根据权利要求7所述的模块化单元，其中，在所述上梁的上侧部中提供孔，所述孔与流体连接到上梁的空心的所述柱对齐，从而提供进入所述柱的直接流体通道，以便通过所述孔将建筑材料引入所述梁和/或所述柱中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的模块化单元，其中，所述柱定位在所述结构框架的侧边处或角部处。
10.根据前述权利要求中任一项所述的模块化单元，还包括在所述上梁与所述下梁之间延伸的多个所述柱，并且多个所述腔室限定在所述上梁和/或所述下梁中，多个所述腔室中的每一个布置在所述梁的与柱连接的部分中，其中所述多个柱沿所述结构框架的至少一个侧边相互间隔开。
11.一种模块化结构，包括根据前述权利要求中任一项所述的第一模块化单元和第二模块化单元，其中所述第一模块化单元和所述第二模块化单元通过建筑材料连接在一起，所述建筑材料被容纳在每个模块化单元的上梁和/或下梁中的至少一个的相邻对齐腔室中，所述建筑材料通过所述开口在所述梁之间延伸到所述对齐腔室。
12.根据权利要求11所述的模块化结构，其中，第一模块化单元和第二模块化单元连接在一起，使得所述梁以所述腔室及其开口相互对齐的状态相邻，在每个模块化单元中所述腔室被限定在所述梁中。
13.根据权利要求11或12所述的模块化结构，其中，所述腔室限定在每个模块化单元的上梁中。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的模块化结构，其中，所述腔室限定在每个模块化单元的下梁中。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的模块化结构，还包括第三模块化单元，所述第三模块化单元布置在第一模块化单元的顶部，使得在第三模块单元的下梁中限定的腔室的开口与在第一模块化单元的上梁中限定的腔室的开口对齐。
16.根据权利要求15所述的模块化结构，还包括第四模块化单元，所述第四模块化单元布置在第二模块化单元的顶部，使得在第四模块单元的下梁中限定的腔室的开口与在第二模块化单元的上梁中限定的腔室的开口和第三模块化单元的下梁中限定的腔室的开口中的两者都对齐。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的模块化结构，其中，所述第一模块化单元的腔室和所述第二模块化单元的腔室限定在第一模块化单元和第二模块化单元的上梁中，并且其中，在每个所述腔室中提供元件，所述元件用于将用于起吊各自模块化单元的装置固定在其上，所述模块化结构还包括加固构件，所述加固构件设置在相邻腔室中的两个所述元件周围，以便将所述元件固定在一起。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的模块化结构，其中，相邻的所述梁中的所述相邻对齐腔室中的每一个容纳有建筑材料，所述建筑材料通过所述梁中的对齐开口在相邻腔室之间延伸，以便连接第一模块化单元和第二模块化单元。
19.一种将至少两个根据权利要求1至10中任一项所述的模块化单元连接在一起以构造根据权利要求11至18中任一项所述的模块化结构的方法，所述方法包括：
对齐第一模块化单元和第二模块化单元，使得它们以所述梁中的所述腔室和开口相邻对齐的状态相邻；和
将建筑材料引入相邻的所述腔室，
其中，所述建筑材料通过所述开口在相邻腔室之间延伸，以在建筑材料硬化时形成连接。
20.一种根据前述权利要求中任一项所述的模块化单元、模块化结构或方法，其中，建筑材料是混凝土。
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