CN1192150C - 模块式结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模块式结构，其包括多个一体浇筑钢筋混凝土模块，各模块包括由底部和顶部连接到一起的两个侧壁，其中各模块由通过在相邻模块间浇筑混凝土形成的承载结构壁连接在一起。

Description

模块式结构

技术领域

本发明涉及一种用于建造诸如高层建筑物等建筑物的模块式结构以及由之建造的建筑物。

背景技术

现有文献US4,118,905公开了一种用于由多个箱体状的模块单元形成的多层建筑物的模块式结构。每一单元具有各侧壁、一顶部和一底部，并可形成为一整体单元。各单元还具有悬臂部分，以允许各单元一个位于另一个之上的以交错结构叠置。在由该系统建造的结构中，上部各单元的重量由其下方的各单元直接承受。因此，能够使用该系统建造的最大楼层数将直接取决于位于建筑物底部处的各单元的强度。从而，该系统不适于建造例如高层建筑物。

其他模块建造系统在本领域也是已知的。例如，US3,990,193公开了一种模块建造系统，其中具有各侧壁、一顶部和一底部的各模块通过将四块独立的钢筋混凝土板连接在一起(比如通过焊接)构造而成。然后各模块在每一层组装在通过销连接件连接的混凝土壁之间。此种板建造系统的缺点是，各板之间的连接需要大量的工作，从而增加施工时间和成本。此外，所形成的剪切壁的结构不是整体的或连续的，因此各壁不能起没有销连接并且具有贯穿建筑物高度的整个力矩连续性的传统的壁的作用。因此该系统不适于建造高层建筑物，这是由于该系统易于逐步地倒塌并一般来说缺乏强度。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种克服了上述问题的模块式结构。

根据第一方面，本发明提供了一种建筑物，其包括多个一体浇筑的钢筋混凝土模块，各模块包括由一底部和一顶部连接到一起的两个侧壁，其中各模块由承载结构壁连接到一起，该承载结构壁通过在相邻模块之间浇筑混凝土而形成。

该结构具有的优点为：由于该混凝土模块可以在工厂预制，并然后运输到准备安装的施工现场，可以显著地节省成本。这意味着在现场可以相对快地组装结构，从而，由于在投资上节省的利息，减少了施工成本。此外，由于各模块被承载结构壁连接到一起，模块不必承载其上的模块的总重量。另外，可以在工厂中使用钢模来制造模块，因此不需要木制壁下部框架(timberwall soffit framework)。这具有的优点为：可重复利用的钢模的使用比木材的使用在环境上更合理。

优选地，每个模块的侧壁的下外部向内朝所述模块的底部倾斜。这提供了一从邻近模块底部的承载壁到下面模块的上边缘的一直接的垂直载荷路径，从而使模块侧壁成为承载结壁构的一整体结构部分。

每个模块在其每端可以具有壁以便完全封闭。然而，优选地，模块的开口端被构造成用来与另一个模块的开口端相连。这意味着需要时可以形成比一单独模块的内部尺寸大的空间。

模块的开口端可以由适宜的方式连接到一起。例如，它们可以由螺栓连到一起。然而优选地，一个所述模块在其开口端包括一成形接头，该成形接头被构造成用来与在另一所述模块的开口端设置的相配合的成形接头相匹配。这就提供了将两个模块接合在一起的牢固、精确并快速的装置。

优选地，所述一个模块的两个开口端都构造成用来与相应其他模块的开口端连接。

优选地，提供用于覆盖所述各模块的开口端之间的接缝的装置以从内部遮盖接缝。这将在各模块之间形成一种接头，该接头也可靠地防止流体的进入，并在同时对于模块内房间的居住者来说美观。

在模块的壁和浇筑于其间的混凝土壁中可以设置单独的钢筋加强结构。然而，这将意味着在混凝土壁中的钢筋必须在模块安装之后固定，这将浪费时间并且使在现场进行作业时可能发生的偏差增多。因此，优选地，模块的一个或多个壁包括向外伸出的钢筋加强结构，以便模块的外部钢筋嵌入混凝土结构壁中。这具有的优点为，在混凝土结构壁内的钢筋加强结构通过模块的安装自动装设，并且具有的另外的优点为在模块壁和浇筑的混凝土壁之间提供了结构连接。

优选地，加强结构由嵌入所述模块壁并沿其高度延伸的第一组钢筋，以及平行第一组钢筋延伸的第二组钢筋构成，其中第一和第二组钢筋由在它们之间延伸的一组Z字形钢筋连接。

优选地，在安装期间，混凝土被直接浇筑在相邻的模块之间以形成所述结构壁。这具有的优点为由所需的模壳量的减少节省了时间和成本。

优选地，在结构中的模块跨在混凝土结构壁之间。

优选地，在上部模块的底部和其下方模块的顶板之间形成一空隙。

同样优选地，在上、下模块的外壁提供用于密封上和下模块之间的间隙的密封件。这将防止大量雨水进入所述空隙。

优选地，用于外部使用的模块还包括在模块的底部之下延伸的整体外壁，以及一竖柱设置在模块的顶部上，从所述外壁靠后设置以便在使用时用来阻止雨水进入上和下模块之间形成的空隙。

同样优选地，在模块上邻近垂直竖柱处设置一排水孔。

优选地，设置有密封件以密封相邻模块之间的区域，以便减少在混凝土浇筑以形成混凝土结构壁时的渗漏。

该密封件优选地包括如橡胶等适宜材料的水平密封件，其被设置在下部模块的上表面上的凹槽内，只为了轻易地适应上和下模块之间的水平公差。

也可以提供可膨胀的密封件，其在使用时嵌套在模块的相邻外边缘内的垂直凹槽内。

优选地，模块包括一个或多个下者：楼梯、中央循环区域、采光井、升降机竖井以及立管。

同样优选地，本结构还包括走廊区域，其地板、屋顶和端壁由预成型的预制板形成。

优选地，配装在由钢制提升销支撑的配装模板(shoe)内的调节垫块位于每个模块上表面的四个角的每一个处，因此，当安装时，布置在另一模块上表面上的模块的支撑点直接承载在调节垫块上。这具有在模块内形成紧凑布置的优点，其提供了一直接的垂直载荷路径，在混凝土结构壁形成在组装的结构中之前，结构的重量可以通过该路径被承载。

同样优选地，垫块由具有适宜的屈服强度或适宜弹性特性的材料制成，以确保在过载时垫块变形。这就提供了在由于任何原因万一结构过载时分散能力的装置。

根据本发明的包括预制模块的结构的一个进一步的优点为，模块在运送到现场前可以在工厂预先检查。这就确定了模块尺寸在公差范围之内并且还意味着与理想尺寸的任何微小偏差可以事先知道。从预先检查获知的尺寸可以与针对预先建造的模块组进行的竣工现场检查相比较，于是可以事先对要被组装的模块校正。这将减小建造结构时的延迟，并且也将使完成的建筑物的尺寸在建筑尺寸公差之内。

附图说明

以下仅通过示例并参照附图对本发明的优选实施例进行描述，其中

图1A示出根据本发明的具有一个外壁的模块；

图1B示出根据本发明的具有两个开口端的模块；

图1C示出根据本发明的在图1A模块的外壁的相对端具有一外壁的模块；

图2示出根据本发明的一组模块，在若干层内彼此相邻布置以形成三层建筑物；

图3A示出利用现有方法建造的一套平房的示意性平面布局；

图3B示出根据本发明所建造的一套类似的平房的示意性平面布局；

图4示出在根据本发明的两个模块的地板之间的典型接头；

图5示出在根据本发明的两个模块的地板之间的典型接头，其中该接头局部被一分隔壁遮蔽；

图6A示出根据本发明的一模块的端壁的示意平面图；

图6B是沿图6A的线CC的剖视图；

图7示出通过连接根据本发明的两个上和下模块的混凝土结构壁的剖面；

图8示出在根据本发明的上和下模块之间的交界处的垫块和提升销结构的细节；

图9是形成于两个相邻模块之间的混凝土结构壁的平面图；

图10是通过图9的A点处的模块的剖视图；

图11是通过图9的B点的模块处的剖视图；

图12A是形成于两个相邻模块之间的混凝土结构壁的平面图，并示出所设置的密封件；

图12B是沿图12A的线AA的放大的剖视图；

图13A是根据本发明的布置成一个在另一个之上的两个模块的侧立面视图；

图13B是在图13A中标记为A的区域的细节。

具体实施方式

如上所述，本发明提供了一种结构，其中各模块通过混凝土壁连到一起以形成一诸如高层建筑等结构。如图1所示，本发明的优选实施例的模块由钢筋混凝土制成并且在工厂条件下预制成整体单元。模块1包括一底部2和一顶板4，底部和顶板由第一和第二侧壁6、8连接到一起以形成四个侧面的箱形结构。根据由模块建造的结构的类型，模块可以在其前面10(如图1A所示)、其后面12(如图1C所示)或在两端(未示出)包括端壁。另外，模块可以在两端开口(如图1B所示)。

模块的开口端构作用来按以下进一步描述的那样装接于另一模块。如图2所示，在使用中，模块被布置成一个在另一个之上以形成多层建筑物。各模块可以以任何预期的结构布置以形成所需的建筑物布局。在图2的布置中，在其前面具有端壁的第一模块14被连接到两端开口的模块16，开口模块的另一端连接到在其后面具有端壁的模块18。从而，所形成的结构将在每一层包括单一一个房间，其为一个模块宽且三个模块长。如所示，然后其他模块以相同的方式布置在建筑物的第二20和第三22层上。若需要的话，各模块也可以并排布置以提供更宽的建筑物。预制的模块可包括具有其所有建筑特征的外部表面，并也可以包括永久的内部配件，如分隔壁、地板和墙饰品、浴室配件、厨房配件、釉面窗、以及电气配件、水管和其他设施。

如图3A所示，在利用现有方法构建的一标准套房单元内，外部结构由利用传统的模壳方法于现场制作的结构壁24和装接到结构壁24上的预制外壁元件26一起限定。该结构的地板面板也是在现场浇筑。因此，这种结构的构建需要相当多的现场工时。相反，由于各模块在工厂预制，根据本发明的结构可以以相对短的时间在现场组装。如图3B所示，根据本发明的结构由根据本发明的模块1构成，各模块由承载钢筋混凝土壁28连接到一起。承载混凝土壁12的设置使本结构特别适于建造高层建筑物(具有20层或更高的建筑物)。形成这些壁的方式将在以下进一步描述。

各模块也可以包括楼梯、中央循环区域、采光井、升降机竖井以及立管，并且可以布置成在使用本发明的建筑物内提供以使商业上可接受的、可居住面积对公共设施面积的高的使用率。它们也允许使用预先完成的预制板形成建筑物内门厅区域的地板、房顶和端壁。

在根据本发明的结构的优选实施例中，模块为矩形并且宽为2.5m以满足香港的运输要求。然而，房间的宽度经常需要超过2.5m，从而，在本发明的结构中，两个或多个模块可以通过它们的开口端连接到一起，以便形成较大的房间。这意味着在模块之间将存在横跨宽度大于2.5m的房间的地板、天花板和壁的接合处。因此需要模块之间的精确配合，以提供房间居住者难以觉察的平齐的内表面以在模块之间提供强的机械连接，以及在接合处提供防止水进入及防火安全的足够密封。

如图4和5所示，各模块的开口边缘被浇筑为成形浇筑接头30的相应半部以牢固地紧固在一起。图4是通过两个模块的底部2的剖视图。如所见，第一模块的边缘形成有一沿其长度延伸的成形突起32。另一个模块的边缘形成有一相应的成形浇筑凹槽34用于容纳突起32。在模块组装期间，突起和凹槽将匹配以使模块相对彼此自动对齐。该外形通过整体的销槽(未示出)锁定在一起，以便两个模块底部的边缘表面平齐，偏差在2mm之内。这种接头的优点在于只需要少量的现场收尾工作。

一旦模块被固定在一起，通过直接在模块底部2之上施用一层薄的基底粘合剂36来完成连接。然后将木制地板38或其他选定的面层装在薄基底粘合剂层36之上，但是在接合处正上方留有一间隙。这个间隙由一条贴砖填充物40填充，如所示。这就形成了一种当居住者在由模块形成的房间内时觉察不到的接缝。另外，模块可以模拟地配装以安装面层，然后再分割以运送到现场。

为了确保接合处对于外界环境也能够防水和防火，一适宜的接合剂被插入成形接头30的两个半部之间的缝隙中。这样所具有的另外优点为使该接合对灰浆密封，以防止现场混凝土浇筑时的渗漏。

图5示出了图4中的接头的内部精面层的一种改型。如所示，分隔壁42被设置在第一模块邻近其开口边缘处。从而，在接头的两个半部如上所述地锁定在一起后，一层薄的基底粘合剂36被设置在第二模块的底面2上以及在接头30之上，但只延伸到第一模块边缘处的分隔壁那么远。然后，木制地板38设置在薄的基底粘合剂层36上并且布置成终止于接头不远处，然后，一木制的裙板44被配装到分隔壁基底处，以便与木制地板面层重叠并因此覆盖接头30。由此，两个模块之间的接头不会被房间的居住者察觉。

本结构通过将第一层的所有模块提升到位并在需要时连接模块的开口端构建而成。如图3B所示及在上面简要描述的，然后钢筋混凝土结构壁在模块之间形成以将它们结合在一起。如图6A和6B所示，模块的预制侧壁6、8包括钢加强结构。在模块的将与混凝土结构壁28相邻的壁上，这个加强结构由从模块壁6、8向外伸出的网格钢筋构成。如图6B所示，加强结构包括嵌埋在模块壁6内的第一组钢筋46，其通过一组Z字形钢筋50连接到模块壁外部的一组第二平行钢筋48。这个结构赋予了足够的局部横向稳定性并加固各模块以使其足以抵抗运输的力、操纵的力以及模块的壁在其中用作临时模壳的现场混凝土浇筑块产生的压力。另外，钢筋杆与围绕模块建造的永久结构相容，并且外部加强结构的设置使模块壁与在其间形成的混凝土结构壁组合起作用。

组装的模块被布置成在某些相邻的模块之间留有间隙，用于形成混凝土结构壁28。模块壁6、8的外部加强钢筋48伸入这些间隙。然后混凝土直接浇筑在这些间隙内，即模块壁6、8被用作用于混凝土浇筑块的模壳，使得只需在模块不是在待浇筑壁的所有各侧延伸的区域设置附加的模壳。由于减少了临时模壳板的固定和拆除，导致时间和成本的显著节省。

此外，模块壁6、8的外部加强钢筋48形成浇筑混凝土壁内的加强结构。这具有的优点为，模块壁6、8与混凝土结构壁28合并地起作用，使得在保持结构所需的重量承载能力的同时，使模块壁和混凝土结构壁的累加厚度最小。此外，由于用于混凝土壁的钢加强结构在工厂条件下被预先固定到模块壁上，减少了钢结构潜在的固定偏差，该偏差在现场装接钢结构时可能会发生。

将模块连接在一起的混凝土结构壁的设置形成了用作一单一整体结构的结构。由于模块底面板被混凝土结构壁28固定在一起，结构的模块底面板在结构上与传统的框架型高层结构的底面板以类似方式起作用，并因此保留了现场建造的优点，如坚固性、耐久性、防火和绝缘。在本发明的优选实施例中，被混凝土结构壁固定在一起的各模块被用于结构的心部和侧部。这将使所提供的强度和稳定性最大。

每个模块的外边缘邻近底部向内倾斜(见图7)。从而，浇筑在两个相邻模块之间的混凝土将流入由斜度留出的空余区域52并且驻留在下面两个模块的上角部54、56的顶部。从而，混凝土提供了从混凝土结构壁向下到下面的模块壁6、8上的一直接的垂直承载路径。这使模块壁的厚度被包括在用于确定承载能力的承载结构壁的总宽度之内。壁的总的宽度也可以用于确定结构的刚度。

所述的结构壁支撑结构中的每个模块的重量，每个模块跨在两个壁之间。在未设置承重结构壁的模块式结构中，每个模块必须支撑上面模块的累加重量，这意味着模块式结构的高度由在结构底部处的模块的结构强度所限制。此外，承重结构壁的设置意味着该结构具有内在的结构稳定性，并因此以与传统高层结构相同方式抵御逐步倒塌。从而，由于模块的偶然损失，例如由于气体爆炸造成的模块损失的危害不会通过结构传播，因为结构中的其他模块都是自支撑的并与主结构为一体。

图8示出了在上和下模块之间的接合处的提升销58和垫块60的布置。如所示，提升销58和垫块60重叠并紧凑地布置，减少了这些元件所需的平面面积并从而增加了结构的结构和机械效能。调整垫块60位于由下模块的钢提升销58支撑并定位的配装模板62内。这种型式的提升销和垫块结构被设置在每个模块的四个角的每个处。当就位时，上部模块的支撑点直接承载在垫块60上，从而提供了垂直通过模块的各强点的临时直接载荷路径，各强点位于四个整体角柱的每一个处。一旦混凝土结构壁被形成，那么这个载荷路径将是多余的。垫块由具有适宜的屈服强度或适宜弹性特性的材料制成，以确保垫块在以某种方式万一过载时将塑性变形。从而，过载将不会对模块或临时夹紧螺栓造成损坏。

本发明的一个在另一个之上的模块的布置意味着在一模块的顶板和上方模块底部之间形成空隙63。这些空隙63的优点为在建筑物的楼层之间增强隔音性能。它们也增强绝热性能，从而提供了在加热和空调上的潜在的开支节省。在各模块之间的空间63示于图10内，从该图可以看出在上和下模块的前面之间的外壁66上的间隙64被水平并附加地密封，在间隙后面设置了垂直的竖柱68，使得穿透该间隙的雨水被竖柱阻挡。正好在竖柱68的前面设置有一排水孔70，如图11所示。

由于在空隙63内提供了排水路径，这就对从上部模块渗漏到下部模块的水提供了额外的屏障。为了进一步增强排水性能，在模块顶部接合处上方提供了自由排放防雨板，并且结构的周边模块的屋顶板可以被倾斜布置以便朝排水通道向外排水。

垂直的竖管型通风孔72位于两个相连的外壁的接合处之间，如图9所示。它们垂直向上延伸建筑物的整个高度并且在每一层在外壁之后内部导通，以提供地板空隙63的受控通风，防止空气滞流。

本发明的模块的另一特征在于，它们设置有密封以防止在利用模块作为临时模壳浇筑混凝土结构壁时泥浆渗出。从而，提供了水平74和垂直76密封两者。各密封可以适应在模块之间的很大范围的间隙宽度。水平密封74位于下部模块顶部上的凹槽78内，使得当一个模块放置在该下部模块上方时(见图12A和12B)它不会移动。上部模块的下侧密封表面80完全是平的，使得它可以定位在稍微偏离的平面位置处而不会损害密封的功能。这就允许在建造时按需要调整和校正建筑物的垂直对准。水平密封74包括适宜密封的材料50，布置成沿两个相邻模块的相邻侧延伸并在两个模块的接合处连接成环形。在优选实施例中，密封由橡胶制成并且横截面为矩形。

在模块之间设置的垂直密封76为可膨胀并可重复使用的。如图12A、12B、13A和13B所示，这些密封插入到两个相邻模块的外壁66的连接端之间形成的垂直环形凹槽82内。由于在相邻模块的安装期间密封很有可能脱离，因此直到在模块组装后这些密封才被插入。

与利用传统建造方法所需的典型的五天每层建造周期相比较在高层结构的建造中利用这种方法可以导致仅只两天的每层建造周期。从而，本发明在施工时间上提供相当大的节省，并从而在不危及所得的结构的质量情况下显著降低成本。

上述的本发明的实施例仅为优选实施例，并因此不作为限制。从而本领域技术人员将会理解，在不背离本发明的范围的情况下可以对所述结构作出各种变动。例如所示模块都是矩形的，然而，并不一定要这样，并因此，本发明可以应用于按需要组装的任何形状的模块。

Claims (21)

1.一种模块式结构，包括多个整体浇筑的钢筋混凝土模块，各模块包括由底部和顶部连接在一起的两个侧壁，其特征在于，各模块由通过在相邻模块间浇筑混凝土形成的承载结构壁连接到一起。

2.如权利要求1所述的模块式结构，其特征在于，每个模块的侧壁的下部朝所述模块的底部向内倾斜。

3.如权利要求1或2所述的模块式结构，其特征在于，一个模块的一开口端被构造成连接到另一个模块的开口端。

4.如权利要求3所述的模块式结构，其特征在于，各模块在所述一个模块的开口端包括一成形接头，该成形接头被构造成与设置在另一模块开口端的相配合的成形接头相配。

5.如权利要求2所述的模块式结构，其特征在于，所述一个模块的两个开口端都构造成与相应的其他模块的开口端连接。

6.如权利要求3或5所述的模块式结构，其特征在于，提供了用于覆盖在所述各模块的开口端之间的接缝的装置，以从内部遮盖接缝。

7.如权利要求1或2所述的模块式结构，其特征在于，模块的一个或多个壁包括从其向外伸出的钢筋加强件，使得当安装时，模块外部的钢筋加强件嵌入混凝土结构壁内。

8.如权利要求7所述的模块式结构，其特征在于，钢筋加强件包括嵌入所述模块壁并沿其高度延伸的第一组钢筋，以及平行于第一组钢筋延伸的第二组钢筋，所述第二组钢筋通过在第一和第二组钢筋之间延伸的一组Z字形钢筋连接到第一组钢筋上。

9.如权利要求中1或2所述的模块式结构，其特征在于，在安装时，混凝土被直接浇筑在相邻模块之间以形成所述结构壁，使得所需的模壳数量减少。

10.如权利要求1或2所述的模块式结构，其特征在于，模块跨在混凝土结构壁之间。

11.如权利要求1或2所述的模块式结构，其特征在于，安装后，在上部模块的底部和其下的模块的顶部之间形成空隙。

12.如权利要求11所述的模块式结构，其特征在于，设置有用于密封上和下模块之间的位于其外壁处的间隙的装置。

13.如权利要求11所述的模块式结构，其特征在于，用于外部使用的模块还包括在模块的底部之下延伸的整体外壁，并且在模块的顶部上设置有从所述表面退后设置的竖柱，以便在使用中用来阻挡雨水进入上和下模块之间形成的空隙。

14.如权利要求13所述的模块式结构，其特征在于，在模块上邻近所述垂直竖柱设置有排水孔。

15.如权利要求1或2所述的模块式结构，其特征在于，设置有用以密封安装后的相邻模块之间的区域的密封件，以便减少混凝土浇筑时的泄漏。

16.如权利要求15所述的模块式结构，其特征在于，密封件包括水平密封件，其设置在模块顶部的上表面上的凹槽内。

17.如权利要求15所述的模块式结构，其特征在于，密封件包括可膨胀的密封件，其在使用时嵌套在模块的相邻外边缘内的垂直凹槽内。

18.如权利要求1或2所述的模块式结构，其特征在于，模块包括楼梯、中央循环区域、采光井、升降机竖井以及立管中的一个或多个。

19.如权利要求1或2所述的模块式结构，其特征在于，该建筑物还包括由成品预制板形成的走廊区域、地板、屋顶和端壁。

20.如权利要求1或2所述的模块式结构，其特征在于，配装在由一钢制提升销支撑的配装模板内的调节垫块位于每个模块顶部的四个角的每一个处，使得当安装时，布置在另一模块顶部的模块的支撑点直接承载在调节垫块上。

21.如权利要求20所述的模块式结构，其特征在于，所述垫块由具有适宜屈服强度或适宜弹性特性的材料制成，以确保垫块过载时将产生变形。

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