CN116607631B - 钢结构模块建筑 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢结构模块建筑，包括装配式基础及模块框架，模块框架包括连接于装配式基础上方的角柱以及设置于相邻两个角柱之间的墙板组件，相邻两个角柱的上端通过上连接梁相连，相邻两个角柱的下端通过下连接梁相连，墙板组件位于上连接梁和下连接梁之间；角柱包括直角排布的中肢柱以及两个边肢柱，中肢柱与边肢柱之间连接有波纹增强板。本发明提供的钢结构模块建筑，装配式基础和模块框架采用模块化生产及装配的方式，结构连接简单方便，可最大限度地增大建筑内部的使用面积，角柱采用中肢柱、边肢柱以及波纹增强板结合的形式，能够为建筑结构提供足够的竖向承载力和侧向刚度，保证了建筑结构的承载性能。

Description

钢结构模块建筑

技术领域

本发明属于模块化建筑技术领域，更具体地说，是涉及一种钢结构模块建筑。

背景技术

钢结构模块建筑具有标准化程度高、工业化程度高以及建造速度快等优势，是建筑工业化发展的重要方向。上述模块结构体系中，竖向承重构件主要以方钢管柱为主，但在高层结构建筑中，较大的竖向荷载会使方钢管柱的截面尺寸过大，造成墙角露柱等问题，进而影响了结构的空间利用率，同时也影响了结构的美观性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢结构模块建筑，能够节省建筑内部空间，提高空间利用率以及结构美观性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种钢结构模块建筑，包括装配式基础及模块框架，模块框架包括连接于装配式基础上方的角柱以及设置于相邻两个角柱之间的墙板组件，相邻两个角柱的上端通过上连接梁相连，相邻两个角柱的下端通过下连接梁相连，墙板组件位于上连接梁和下连接梁之间；

其中，角柱包括直角排布的中肢柱以及两个边肢柱，中肢柱与边肢柱之间连接有波纹增强板。

在一种可能的实现方式中，模块框架在装配式基础上方相邻布设有两组，两组模块框架相邻侧的两个角柱通过榫卯组件相连，榫卯组件包括设置于其中一个角柱上的承托座以及设置于另一个角柱上的插接座，插接座的外侧具有向下延伸以自上而下贯穿承托座设置的插接部；

在插接部与承托座处于插接状态时，插接座位于承托座的上方。

在一种可能的实现方式中，角柱的上端设有第一模块短柱、下端设有第二模块短柱，角柱与第一模块短柱之间设有第一连接板，角柱与第二模块短柱之间设有第三连接板，第一模块短柱的顶面上以及第二模块短柱的底面上还分别设有第二连接板；

上下两层角柱通过自上而下顺次贯穿第三连接板、第二连接板以及第一连接板的连接螺栓相连；

装配式基础上设有向上延伸以贯穿第三连接板的预埋螺栓，预埋螺栓上螺纹连接有抵压于第三连接板顶面上的锁定螺母。

一些实施例中，边肢柱和中肢柱分别为矩形管，第一模块短柱和第二模块短柱上设有上下贯穿的限位孔，第一模块短柱和第二模块短柱之间还设有中间连接件，中间连接件包括中间板以及沿上下方向穿设于中间板上的抗剪件，抗剪件向上贯穿第一模块短柱的限位孔、并延伸至上层的角柱内，抗剪件向下贯穿第二模块短柱的限位孔、并延伸至下层的角柱内。

在一种可能的实现方式中，上连接梁和下连接梁分别为工字钢，墙板组件的上缘和下缘分别通过U型钢对应连接于上连接梁和下连接梁上。

一些实施例中，角柱在上下方向上设有至少两层，模块框架还包括设置于角柱下端的地板以及设置于角柱上端的天花板组件，地板的两侧缘分别插设于两个平行排布、且相邻设置的下连接梁之间，天花板组件的两侧缘分别插设于两个平行排布、且相邻设置的上连接梁之间。

一些实施例中，墙板组件和地板分别包括中层板、两个分别位于中层板外侧的波纹板、两个分别一一对应位于两个波纹板外侧的夹层板以及两个分别一一对应位于夹层板外侧的保温层，两个波纹板的波纹的延伸方向相互垂直设置。

在一种可能的实现方式中，装配式基础包括四个首尾顺次相接以形成矩形框的边底梁，边底梁内预埋有预埋型钢以及钢筋骨架，钢筋骨架围设于预埋型钢的外周，相邻两个边底梁的端部插接连接。

一些实施例中，装配式基础的中心还设有中心座，中心座具有向外十字交叉延伸的延伸部，延伸部与边底梁之间设有中心底梁，中心底梁与延伸部之间插接连接。

一些实施例中，中心座的内部预埋有十字交叉设置的基础型钢，基础型钢向外凸出于延伸部的外端面设置，中心底梁上设有用于与基础型钢的外端插接配合的插接槽。

本申请实施例所示的方案，与现有技术相比，本申请实施例提供的钢结构模块建筑，装配式基础和模块框架采用模块化生产及装配的方式，结构连接简单方便，可最大限度地增大建筑内部的使用面积，角柱采用中肢柱、边肢柱以及波纹增强板结合的形式，能够为建筑结构提供足够的竖向承载力和侧向刚度，保证了建筑结构的承载性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的钢结构模块建筑的结构示意图(省略地板和墙板组件)；

图2为本发明实施例图1中上下两层角柱的爆炸连接结构示意图；

图3为本发明实施例图1中相邻两组角柱的爆炸连接结构示意图；

图4为本发明实施例图3中Ⅰ的局部放大结构示意图；

图5为本发明实施例图3中相邻两组角柱的俯视结构示意图；

图6为本发明实施例图1中装配式基础的结构示意图；

图7为本发明实施例图6中的中心座的结构示意图；

图8为本发明实施例图6中的中心底梁的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的上连接梁、U型钢、墙板组件和地板连接结构的放大结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1、装配式基础；11、边底梁；111、预埋螺栓；12、预埋型钢；13、钢筋骨架；14、中心座；141、延伸部；15、中心底梁；151、插接槽；2、模块框架；21、上连接梁；22、下连接梁；3、角柱；31、中肢柱；32、边肢柱；33、波纹增强板；34、第一模块短柱；35、第二模块短柱；36、第一连接板；37、第三连接板；38、第二连接板；39、连接螺栓；4、墙板；41、U型钢；5、榫卯组件；51、承托座；52、插接座；53、插接部；6、中间连接件；61、中间板；62、抗剪件；7、地板；71、中层板；72、波纹板；73、夹层板；74、保温层。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在另一个元件上。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者若干个该特征。在本发明的描述中，“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图9，现对本发明提供的钢结构模块建筑进行说明。钢结构模块建筑，包括装配式基础1及模块框架2，模块框架2包括连接于装配式基础1上方的角柱3以及设置于相邻两个角柱3之间的墙板4，相邻两个角柱3的上端通过上连接梁21相连，相邻两个角柱3的下端通过下连接梁22相连，墙板4位于上连接梁21和下连接梁22之间；

其中，角柱3包括直角排布的中肢柱31以及两个边肢柱32，中肢柱31与边肢柱32之间连接有波纹增强板33。

本实施例提供的钢结构模块建筑，与现有技术相比，本实施例提供的钢结构模块建筑，装配式基础1和模块框架2采用模块化生产及装配的方式，结构连接简单方便，可最大限度地增大建筑内部的使用面积，角柱3采用中肢柱31、边肢柱32以及波纹增强板33结合的形式，能够为建筑结构提供足够的竖向承载力和侧向刚度，保证了建筑结构的承载性能。

本实施例中，中肢柱31、边肢柱32以及波纹增强围合程度角柱3具有L型的截面，相比传统的采用方钢管作为承重柱的方式，具有足够的结构承载力，同时还可以增大房间的使用面积。

中肢柱31和边肢柱32之间采用用波纹增强板33连接，波纹增强板33的竖向刚度较小，可适应施工阶段的竖向荷载变形而不影响水平方向抗侧性能；同时，在侧向力作用下，波纹板72较大的面外刚度以及良好的抗整体屈曲性能可有效延缓面外失稳现象的发生。

角柱3之间通过水平延伸的上连接梁21以及下连接梁22连接，两个角柱3之间还设有位于上连接梁21和下连接梁22之间的墙板4，保证了相邻两个角柱3之间的可靠连接。

上述角柱3为异形承重柱，角柱3可藏于墙板4内，在增大室内空间的同时，通过调整边肢柱32的尺寸也利于增加竖向承载力及抗侧刚度，便与连接螺栓39的穿设施工。

在一种可能的实现方式中，请参阅图1至图9，模块框架2在装配式基础1上方相邻布设有两组，两组模块框架2相邻侧的两个角柱3通过榫卯组件5相连，榫卯组件5包括设置于其中一个角柱3上的承托座51以及设置于另一个角柱3上的插接座52，插接座52的外侧具有向下延伸以自上而下贯穿承托座51设置的插接部53；在插接部53与承托座51处于插接状态时，插接座52位于承托座51的上方。

本实施例中，榫卯组件5的设置可以方便将两组模块框架2之间相邻的两个角柱3进行插接连接，利用插接座52上的插接部53插设于承载座的对应插孔中，实现两个角柱3的有效连接，最终形成对两个模块框架2进行限位锁定的效果，增加了模块框架2的整体稳定性以及水平连接节点的抗剪能力。上述连接方式利用构件之间的高与低、长与短、多与少的巧妙组合，可有效地限制两个角柱3之间相对位置的扭动。

具体的，插接座52的纵向截面为凸字形，承托座51的纵向截面为矩形，插接部53插接于插孔内时，插接座52能够稳定地承托与承载座的上方，在对两个模块框架2进行水平位置锁定的基础上，对二者在上下方向上也有一定的位置限定作用。

在一种可能的实现方式中，请参阅图1至图9，角柱3的上端设有第一模块短柱34、下端设有第二模块短柱35，角柱3与第一模块短柱34之间设有第一连接板36，角柱3与第二模块短柱35之间设有第三连接板37，第一模块短柱34的顶面上以及第二模块短柱35的底面上还分别设有第二连接板38。

本实施例中，第一连接板36预先连接在上层角柱3的下端，第一连接板36预先安装在下层角柱3的上端，第二连接板38预先安装在第一模块短柱34的地面以及第二模块短柱35的顶面上，之后通过连接螺栓39贯穿第一连接板36、第二连接板38以及第三连接板37，实现上层模块框架2与下层模块框架2之间的可靠连接。

需要说明的是，边肢柱32的侧壁上设有操作孔，中肢柱31和边肢柱32的上端向上凸出于波纹增强板33设置、中肢柱31和边肢柱32的下端向下凸出于波纹增强板33设置，以使波纹增强板33的上部和下部分别形成操作空间，方便连接螺栓39的安装。

具体的，连接螺栓39为具有一定长度的对穿高强螺栓，保证竖向承载力在上下层框架之间的可靠传递。

上下两层角柱3通过自上而下顺次贯穿第三连接板37、第二连接板38以及第一连接板36的连接螺栓39相连。其中部分连接螺栓39位于边肢柱32内(通过操作孔操作)，部分连接螺栓39位于边肢柱32与中肢柱31之间且延伸至波纹增强板33上部或下部的操作空间内，避免对地板7安装的干扰，最大限度保证地板7在工厂装配的完整性。

在此基础上，装配式基础1上设有向上延伸以贯穿第三连接板37的预埋螺栓111，预埋螺栓111上螺纹连接有抵压于第三连接板37顶面上的锁定螺母。预埋螺栓111贯穿上方角柱3底部的下连接板设置，并通过锁定螺母进行有效锁定实现了结构件的顺利连接上述连接方式对施工难度要求较低，结构简单，连接过程中只需将锁紧螺母旋拧至锁紧，可避免连接件过大在连接过程中造成损坏，同时上述结构装拆方便，适用于各类模块化装配式建筑，施工过程方便快捷且高效，符合模块化建筑理念。

在一些实施例中，请参阅图1至图9，边肢柱32和中肢柱31分别为矩形管，第一模块短柱34和第二模块短柱35上设有上下贯穿的限位孔，第一模块短柱34和第二模块短柱35之间还设有中间连接件6，中间连接件6包括中间板61以及沿上下方向穿设于中间板61上的抗剪件62，抗剪件62向上贯穿第一模块短柱34的限位孔、并延伸至上层的角柱3内，抗剪件62向下贯穿第二模块短柱35的限位孔、并延伸至下层的角柱3内。

本实施例中，第一连接板36、第二连接板38以及第三连接板37的外周边缘分别向外凸出于角柱3截面的外周边缘，便于进行连接螺栓39的安装和固定。上下两层角柱3之间设有中间连接件6，中间连接件6可避免钢梁在发生塑性铰之前出现断裂破坏。连接螺栓39部分设置在边肢柱32内，部分设置在边肢柱32与中肢柱31之间、且位于波纹增强板33的上侧或下侧，保证了地板7的完整性，边肢柱32和中肢柱31均可藏于墙板4内，以便进一步增大室内空间。

在一种可能的实现方式中，请参阅图1至图9，上连接梁21和下连接梁22分别为工字钢，墙板4的上缘和下缘分别通过U型钢41对应连接于上连接梁21和下连接梁22上。

本实施例中，采用工字钢作为上连接梁21和下连接梁22，能够为上层的模块框架2提供稳定的承托基础，上层模块框架2的下连接梁22位于下层模块框架2的上连接梁21上。

在进行墙板4的安装时，在同一模块框架2的上连接梁21下方和下连接梁22的上方分别设置U型钢41，上下两个U型钢41开口相对设置，将墙板4的上下缘分被插接至两个U型钢41的开口处，实现墙板4的安装固定。

在一些实施例中，请参阅图1至图9，角柱3在上下方向上设有至少两层，模块框架2还包括设置于角柱3下端的地板7以及设置于角柱3上端的天花板组件，地板7的两侧缘分别插设于两个平行排布、且相邻设置的下连接梁22之间，天花板组件的两侧缘分别插设于两个平行排布、且相邻设置的上连接梁21之间。

本实施例中，在模块框架2的顶部和底部分别设置楼板，楼板包括位于角柱3下端的地板7和位于角柱3上端的天花板，天花板的相对两侧缘分别插接于两个相邻设置的上连接梁21之间，地板7的相对两侧缘分别插接于两个相邻设置的下连接梁22之间。

在一些实施例中，请参阅图1至图9，墙板4和地板7分别包括中层板71、两个分别位于中层板71外侧的波纹板72、两个分别一一对应位于两个波纹板72外侧的夹层板73以及两个分别一一对应位于夹层板73外侧的保温层74，两个波纹板72的波纹的延伸方向相互垂直设置。

本实施例中，墙板4和地板7采用同样的结构。位于中层板71两侧的两块波纹板72采用交叉放置的形式，也就是两个波纹板72上各自波形的轴线相互垂直，以增强不同方向的承载能力，便于进一步提高波纹板72的刚性以及强度高，同时还可以利用波纹板72重量轻的优势，实现结构的轻量化设计。上述连接方式在施工过程中便于操作，使得地板7与墙板4的安装与拆卸更为方便快捷。

在此基础上，两个波纹板72的外侧分别设有夹层板73，以增强地板7或墙板4在竖直方向上的承载能力，最后在基层板的外侧铺设混凝土保温层74，可有效提高地板7的竖向承载能力。

在一种可能的实现方式中，请参阅图1至图9，装配式基础1包括四个首尾顺次相接以形成矩形框的边底梁11，边底梁11内预埋有预埋型钢12以及钢筋骨架13，钢筋骨架13围设于预埋型钢12的外周，相邻两个边底梁11的端部插接连接。

本实施例中，通过四个边底梁11围成矩形的结构，预埋钢梁采用工字钢或其他截面形状的钢材，具有较大的抗剪、抗弯以及抗冲切能力，还可有效调节地基的不均匀沉降。边地梁的纵向截面分别为凸字形，该截面形式具有良好的结构稳定性，能够实现对上方模块框架2的稳定承托，同时还能通过其具有的较大的底面积保证在地基上方的安装稳定性。

在一些实施例中，请参阅图1至图9，装配式基础1的中心还设有中心座14，中心座14具有向外十字交叉延伸的延伸部141，延伸部141与边底梁11之间设有中心底梁15，中心底梁15与延伸部141之间插接连接。

本实施例中，装配式基础1除了位于外周的四个边底梁11，还有位于四个边底梁11中部的中心座14，中心座14外周设置的延伸部141通过中心底梁15连接在边梁的内侧，形成田字形结构，以便在装配式基础1的上方设置多个模块框架2，适合不同规模的建筑结构。

具体的，中心座14和中心底梁15的纵向截面也分别为凸字形，可实现对上方模块框架2的可靠承托，保证建筑结构的整体稳定性。

在一些实施例中，请参阅图1至图9，中心座14的内部预埋有十字交叉设置的基础型钢，基础型钢向外凸出于延伸部141的外端面设置，中心底梁15上设有用于与基础型钢的外端插接配合的插接槽151。

本实施例中，在进行中心座14与中心底梁15的插接配合是，利用延伸部141上向外凸出的基础型钢与中心底梁15端面上的插接槽151插接配合，实现二者之间的可靠连接，保证对上方模块框架2的可靠承托。

上述结构采用模块化生产及装配的方式，结构连接简单方便，可最大限度地增大建筑内部的使用面积，角柱3采用中肢柱31、边肢柱32以及波纹增强板33结合的形式，能够为建筑结构提供足够的竖向承载力和侧向刚度，保证了建筑结构的承载性能。

上述角柱3为钢管组合异形柱，是一种力学性能与建筑效果完美契合的构件形式，一方面可解决室内凸角问题，另外对于增大模块间连接界面、增强竖向承载力和侧向刚度具有不可比拟的优势，因此提出了上述钢结构模块建筑体系。

上述结构中，角柱3为角柱3，其中中肢柱31和边肢柱32的翼缘宽度最小为100mm，二者通过波纹增强板33连接，波纹增强板33具有沿横向延伸的波纹，在侧向力作用下具有较大的面外刚度以及良好的抗整体屈曲性能，可有效延缓面外失稳现象的发生。

为了避免梁段塑性铰形成之前因梁柱直接焊接造成的脆性断裂破坏，角柱3与上连接梁21或下连接梁22之间采用L形的中间板61连接。同时，为保证弯矩、轴力及剪力在上下层模块框架2间的可靠传递，上下层模块框架2间通过波纹增强板33及边肢柱32内的连接螺栓39相连，连接螺栓39为长对穿高强螺栓。连接螺栓39设置在了远离节点核心区的中间板61的外侧，可避免在楼板上预留施工洞口，最大限度地保证工厂装配完整性。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.钢结构模块建筑，其特征在于，包括装配式基础及模块框架，所述模块框架包括连接于所述装配式基础上方的角柱以及设置于相邻两个所述角柱之间的墙板组件，相邻两个所述角柱的上端通过上连接梁相连，相邻两个所述角柱的下端通过下连接梁相连，所述墙板组件位于所述上连接梁和所述下连接梁之间；

其中，所述角柱包括直角排布的中肢柱以及两个边肢柱，所述中肢柱与所述边肢柱之间连接有波纹增强板；

所述模块框架在所述装配式基础上方相邻布设有两组，两组所述模块框架相邻侧的两个所述角柱通过榫卯组件相连，所述榫卯组件包括设置于其中一个所述角柱上的承托座以及设置于另一个所述角柱上的插接座，所述插接座的外侧具有向下延伸以自上而下贯穿所述承托座设置的插接部；

在所述插接部与所述承托座处于插接状态时，所述插接座位于所述承托座的上方；

所述角柱的上端设有第一模块短柱、下端设有第二模块短柱，所述角柱与所述第一模块短柱之间设有第一连接板，所述角柱与所述第二模块短柱之间设有第三连接板，所述第一模块短柱的顶面上以及所述第二模块短柱的底面上还分别设有第二连接板；

上下两层角柱通过自上而下顺次贯穿所述第三连接板、所述第二连接板以及所述第一连接板的连接螺栓相连；

所述装配式基础上设有向上延伸以贯穿所述第三连接板的预埋螺栓，所述预埋螺栓上螺纹连接有抵压于所述第三连接板顶面上的锁定螺母；

所述边肢柱和所述中肢柱分别为矩形管，所述第一模块短柱和所述第二模块短柱上设有上下贯穿的限位孔，所述第一模块短柱和所述第二模块短柱之间还设有中间连接件，所述中间连接件包括中间板以及沿上下方向穿设于所述中间板上的抗剪件，所述抗剪件向上贯穿所述第一模块短柱的限位孔、并延伸至上层的角柱内，所述抗剪件向下贯穿所述第二模块短柱的限位孔、并延伸至下层的角柱内。

2.如权利要求1所述的钢结构模块建筑，其特征在于，所述上连接梁和所述下连接梁分别为工字钢，所述墙板组件的上缘和下缘分别通过U型钢对应连接于所述上连接梁和所述下连接梁上。

3.如权利要求2所述的钢结构模块建筑，其特征在于，所述角柱在上下方向上设有至少两层，所述模块框架还包括设置于所述角柱下端的地板以及设置于所述角柱上端的天花板组件，所述地板的两侧缘分别插设于两个平行排布、且相邻设置的下连接梁之间，所述天花板组件的两侧缘分别插设于两个平行排布、且相邻设置的所述上连接梁之间。

4.如权利要求3所述的钢结构模块建筑，其特征在于，所述墙板组件和所述地板分别包括中层板、两个分别位于所述中层板外侧的波纹板、两个分别一一对应位于两个所述波纹板外侧的夹层板以及两个分别一一对应位于所述夹层板外侧的保温层，两个所述波纹板的波纹的延伸方向相互垂直设置。

5.如权利要求1-4中任一项所述的钢结构模块建筑，其特征在于，所述装配式基础包括四个首尾顺次相接以形成矩形框的边底梁，所述边底梁内预埋有预埋型钢以及钢筋骨架，所述钢筋骨架围设于所述预埋型钢的外周，相邻两个所述边底梁的端部插接连接。

6.如权利要求5所述的钢结构模块建筑，其特征在于，所述装配式基础的中心还设有中心座，所述中心座具有向外十字交叉延伸的延伸部，所述延伸部与所述边底梁之间设有中心底梁，所述中心底梁与所述延伸部之间插接连接。

7.如权利要求6所述的钢结构模块建筑，其特征在于，所述中心座的内部预埋有十字交叉设置的基础型钢，所述基础型钢向外凸出于所述延伸部的外端面设置，所述中心底梁上设有用于与所述基础型钢的外端插接配合的插接槽。