CN116464149A - 基于稀疏钢框架-支撑结构的模块化建筑及安装工艺 - Google Patents

Abstract

基于稀疏钢框架‑支撑结构的模块化建筑及安装工艺，该模块化建筑包括两类结构体：稀疏钢框架‑支撑结构、模块单元；所述稀疏钢框架‑支撑结构包括框架柱、框架梁和支撑结构，所述框架梁的梁端与框架柱在现场连接，或者与另一方向框架梁的跨中位置在现场连接，所述支撑结构通过节点板同框架柱、框架梁在其端部连接，所述稀疏钢框架‑支撑结构在其层高范围内安装两层的模块单元。本发明还包括基于稀疏钢框架‑支撑结构的模块化建筑的安装工艺。本发明的稀疏钢框架‑支撑结构作为主要抗侧结构，使得该模块结构体系可以应用于高层建筑中，更大的框架层高相比传统嵌入式模块结构体系减少了框架梁数目，节省了整体用钢量，降低了现场安装难度。

Description

基于稀疏钢框架-支撑结构的模块化建筑及安装工艺

技术领域

本发明涉及模块建筑领域，具体涉及一种基于稀疏钢框架-支撑结构的模块化建筑及安装工艺。

背景技术

模块建筑是一种新型装配式建筑形式，由一系列工厂预制模块单元，运输至现场安装成一个建筑整体。模块单元通常在工厂即完成结构、围护、管线设备等部分的加工和组装，集成程度很高，相比传统装配式钢结构，避免了三板（内墙板、外墙板、楼屋面板）体系及设备管线等的现场工作量，同时工厂环境下的建造方式也有利于提高整体质量。

为了提高模块建筑的适用高度，工程师提出了嵌入式模块结构体系或者箱-框结构体系的形式，采用框架部分作为抗侧力结构，而模块单元主要提供建筑功能，然而，既有箱-框结构体系采用1层钢框架安装1层模块单元的形式，增加了框架梁数量以及现场连接工作量，尤其是在3m的层高范围内实现模块单元的操作空间相对狭小，造成了安装方面的困难，延长了工期，严重削弱了模块单元集成度高带来的优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出一种既满足高层建筑抗侧力要求，又能减少框架梁数量以及现场连接工作量、降低模块单元的安装难度、发挥模块单元自身优势的基于稀疏钢框架-支撑结构的模块化建筑及安装工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于稀疏钢框架-支撑结构的模块化建筑，包括两类结构体：稀疏钢框架-支撑结构、模块单元；

所述稀疏钢框架-支撑结构包括框架柱、框架梁和支撑结构，所述框架梁的梁端与框架柱在现场连接，或者与另一方向框架梁的跨中位置在现场连接，所述支撑结构通过节点板同框架柱、框架梁在其端部连接，所述稀疏钢框架-支撑结构在其层高范围内安装两层的模块单元。

进一步，所述模块单元包括模块柱、模块梁、底角件和顶角件，在工厂安装模块墙板、模块顶板和模块楼板，敷设管线设备，进行室内装修等，得到建筑功能更完整的模块单元。

进一步，所述底角件、顶角件均为由不开孔板、操作孔板、连接孔板组成的空心立方体，所述不开孔板与模块柱、模块梁的端部在工厂焊接连接，所述底角件的连接孔板在其底部，所述顶角件的连接孔板在其顶部。

进一步，所述模块单元的底角件与框架梁的翼缘通过高强螺栓和连接盖板进行连接。

进一步，所述模块单元的相邻顶角件、底角件之间通过高强螺栓和连接盖板进行竖向和水平连接。

一种基于稀疏钢框架-支撑结构的模块化建筑的安装工艺，是：在稀疏钢框架-支撑结构的框架层高范围内，先安装框架柱，然后依次安装两层的模块单元，最后安装本层的框架梁及支撑结构。

进一步，现场安装稀疏钢框架-支撑结构的模块化建筑的一个标准层时，具体步骤如下：

（1）安装本层稀疏钢框架-支撑结构的框架柱；

（2）安装该框架层高范围内的第1层单元，模块单元的底角件与下部稀疏钢框架-支撑结构的框架梁上翼缘通过高强螺栓和连接盖板进行连接；

（3）安装该框架层高范围内的第2层单元，模块单元的相邻底角件和顶角件之间通过高强螺栓和连接盖板进行竖向和水平连接；

（4）依次安装本层稀疏钢框架-支撑结构的框架梁以及支撑结构。

进一步，所述稀疏钢框架-支撑结构中不安装模块单元的平面位置可安装公共区域楼板后，满足建筑的大开间布局。

本发明的技术原理及优点：

本发明采用稀疏钢框架-支撑结构取代了原有箱-框结构中的普通钢框架，以稀疏钢框架-支撑结构作为主要抗侧结构，使得模块结构体系可以应用于高层建筑中，更大的框架层高容纳2层模块单元，相比既有箱-框结构体系减少了框架梁数目，增大了模块单元的安装空间，进而带来了以下的优势：

①相比既有箱-框结构体系，节省了整体用钢量；②减少了现场框架梁与框架柱的连接工作量以及模块单元与稀疏钢框架之间的连接工作量，降低了现场安装难度；③不安装模块单元时的平面位置可以提供额外的大开间建筑布局；④强弱电及给排水管的主线路可以在模块单元以外敷设，然后水平连接至各模块单元，便于线路检修，避免单元内敷设水管导致的渗漏问题。

附图说明

图1是本发明稀疏钢框架-支撑结构示意图；

图2是本发明模块单元的结构示意图；

图3是安装墙板、顶板和楼板后的模块单元示意图；

图4是模块单元底角件拆分示意图；

图5是模块单元顶角件拆分示意图；

图6是稀疏钢框架-支撑结构与模块单元的角部节点拆分图；

图7是稀疏钢框架-支撑结构与模块单元的中部节点拆分图；

图8是模块单元与框架梁连接完成图；

图9是模块单元相邻角件间拼接示意图；

图10是第2层钢支撑框架的框架柱安装示意图；

图11是第2层框架层高范围内安装第1层模块单元示意图；

图12是第2层框架层高范围内安装第2层模块单元示意图；

图13是第2层钢支撑框架的框架梁、次梁及支撑结构安装示意图；

图14是第3层钢支撑框架及其结构层内模块单元安装完成示意图；

图中：1、框架柱；2、框架梁；3、支撑结构；4、模块柱；5、模块梁；6、底角件；7、顶角件；8、模块墙板；9、模块顶板；10、模块楼板；11、不开孔板；12、操作孔板；13、连接孔板；14、高强螺栓；16、公共区域楼板。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例对本发明作进一步说明。

参照图1-图14，基于稀疏钢框架-支撑结构的模块化建筑，包括两类结构体：稀疏钢框架-支撑结构、模块单元；

所述稀疏钢框架-支撑结构包括框架柱1、框架梁2和支撑结构3，所述框架梁2的梁端与框架柱1在现场连接，或者与另一方向框架梁2的跨中位置在现场连接，所述支撑结构3采用开口截面杆件通过节点板同框架柱1、框架梁2在其端部连接，用于提高稀疏钢框架的抗侧刚度，如图1所示；所述稀疏钢框架-支撑结构在其层高范围内安装两层的模块单元。

所述框架柱1、框架梁2的间距应满足建筑使用及模块单元安装的要求，所述框架柱1、框架梁2、支撑结构3的截面尺寸应满足结构的承载力及刚度等设计要求。其中，框架梁2可根据是否同模块单元连接，分为同模块单元连接的框架梁2-1、不同模块单元连接的框架梁2-2。所述支撑结构3也可以根据结构抗侧的要求，在另外一个方向进行布置。

所述模块单元包括模块柱4、模块梁5、底角件6和顶角件7，如图2所示，在工厂安装模块墙板8、模块顶板9和模块楼板10，敷设管线设备，进行室内装修等，得到建筑功能更完整的模块单元，如图3所示。模块单元的层高通常在3m左右，其最大值应满足公路运输对于限高的要求。

所述底角件6、顶角件7均为由不开孔板11、操作孔板12、连接孔板13组成的空心立方体，如图4、图5所示，所述不开孔板11与模块柱4、模块梁5的端部在工厂焊接连接，所述底角件6的连接孔板13在其底部，所述顶角件7的连接孔板13在其顶部。

所述模块单元的底角件6与框架梁2（同模块单元连接的框架梁2-1）的翼缘通过高强螺栓14和连接盖板进行连接，如图6、图7所示；其中，连接盖板中心设有同高强螺栓14对应大小的螺栓孔，根据模块单元底角件6的平面位置，可分为角部的连接盖板15-1（详见图6）和中部的连接盖板15-2（详见图7）；框架梁2的翼缘在底角件6安装对应位置预留同高强螺栓14对应大小的螺栓孔；为避免剪力和压力等导致框架梁板件屈曲，框架梁的端部通常设置一定数量的加劲肋。图8为模块单元与框架梁2拼接后的示意图。

所述模块单元的相邻顶角件7、底角件6之间通过高强螺栓14和连接盖板进行竖向和水平连接，如图9所示。

所述底角件6、顶角件7中连接孔板13的厚度及螺栓孔径，高强螺栓14的直径，连接盖板的板厚及螺栓孔径等应满足模块单元之间的传力要求以及模块单元向稀疏钢框架-支撑结构传递荷载的要求。

一种基于稀疏钢框架-支撑结构的模块化建筑的安装工艺，是：在稀疏钢框架-支撑结构的层高范围内，先安装框架柱1，然后依次安装两层的模块单元，最后安装本层的框架梁2及支撑结构3。

以3层稀疏钢框架-支撑结构的模块建筑为例，该结构体系的安装顺序如图10-图14所示，具体步骤如下：

（1）安装首层的稀疏钢框架-支撑结构，此层不安装模块单元，直接用作大厅及其他公共建筑空间；

（2）安装第2层稀疏钢框架-支撑结构的框架柱1，最终如图10所示，首先安装框架柱1，然后安装模块单元，是为了框架柱1的安装具有操作空间；

（3）安装第2层稀疏钢框架-支撑结构层高范围内的第1层单元，底角件6与下层钢支撑框架的框架梁2翼缘通过高强螺栓14、连接盖板进行连接，最终如图11所示；

（4）安装第2层稀疏钢框架-支撑结构层高范围内的第2层单元，模块单元相邻底角件6和顶角件7之间通过高强螺栓14、连接盖板进行竖向和水平连接，最终如图12所示；

（5）安装第2层稀疏钢框架-支撑结构的框架梁2及支撑结构3；不安装上层模块单元的平面位置安装公共区域楼板16，满足建筑大开间布局，最终如图13所示；

（6）参照步骤（2）-（5），继续完成第3层稀疏钢框架-支撑结构及其框架层高范围内模块单元的安装，如图14所示。

对于层数更多的模块建筑，参照步骤（2）-（5）的步骤进行后续各层稀疏钢框架-支撑结构及其层高范围内模块单元的安装。

本发明以稀疏钢框架-支撑结构作为主要抗侧结构，使得模块结构体系可以应用于高层建筑中，更大的框架层高能容纳2层模块单元，相比既有箱-框结构体系减少了框架梁数目，节省了整体用钢量；减少了现场框架梁与框架柱的连接工作量以及模块单元与稀疏钢框架之间的连接工作量，降低了现场安装难度；框架层高范围内不安装模块单元时，可以提供额外的大开间建筑布局；强弱电及给排水管的主线路可以在模块单元以外敷设，然后水平连接至各模块单元，便于线路检修，避免单元内敷设水管导致的渗漏问题。

Claims (8)

1.基于稀疏钢框架-支撑结构的模块化建筑，其特征在于：包括两类结构体：稀疏钢框架-支撑结构、模块单元；所述稀疏钢框架-支撑结构包括框架柱、框架梁和支撑结构，所述框架梁的梁端与框架柱在现场连接，或者与另一方向框架梁的跨中位置在现场连接，所述支撑结构通过节点板同框架柱、框架梁在其端部连接，所述稀疏钢框架-支撑结构在其层高范围内安装两层的模块单元。

2.根据权利要求1所述的基于稀疏钢框架-支撑结构的模块化建筑，其特征在于：所述模块单元包括模块柱、模块梁、底角件和顶角件，在工厂安装模块墙板、模块顶板和模块楼板，敷设管线设备，进行室内装修，得到建筑功能更完整的模块单元。

3.根据权利要求2所述的基于稀疏钢框架-支撑结构的模块化建筑，其特征在于：所述底角件、顶角件均为由不开孔板、操作孔板、连接孔板组成的空心立方体，所述不开孔板与模块柱、模块梁的端部在工厂焊接连接，所述底角件的连接孔板在其底部，所述顶角件的连接孔板在其顶部。

4.根据权利要求3所述的基于稀疏钢框架-支撑结构的模块化建筑，其特征在于：所述模块单元的底角件与框架梁的翼缘通过高强螺栓和连接盖板进行连接。

5.根据权利要求3所述的基于稀疏钢框架-支撑结构的模块化建筑，其特征在于：所述模块单元的相邻顶角件、底角件之间通过高强螺栓和连接盖板进行竖向和水平连接。

6.一种基于稀疏钢框架-支撑结构的模块化建筑的安装工艺，其特征在于：是：在稀疏钢框架-支撑结构的框架层高范围内，先安装框架柱，然后依次安装两层的模块单元，最后安装本层的框架梁及支撑结构。

7.根据权利要求6所述的基于稀疏钢框架-支撑结构的模块化建筑的安装工艺，其特征在于：现场安装稀疏钢框架-支撑结构的模块化建筑的一个标准层时，具体步骤如下：

（1）安装本层稀疏钢框架-支撑结构的框架柱；

（2）安装该框架层高范围内的第1层单元，模块单元的底角件与下部稀疏钢框架-支撑结构的框架梁上翼缘通过高强螺栓和连接盖板进行连接；

（3）安装该框架层高范围内的第2层单元，模块单元的相邻底角件和顶角件之间通过高强螺栓和连接盖板进行竖向和水平连接；

（4）依次安装本层稀疏钢框架-支撑结构的框架梁以及支撑结构。

8.根据权利要求7所述的基于稀疏钢框架-支撑结构的模块化建筑的安装工艺，其特征在于：所述稀疏钢框架-支撑结构中不安装模块单元的平面位置安装公共区域楼板，满足建筑的大开间布局。