CN217352866U - 一种模块化钢框架结构及模块间连接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及建筑结构技术领域，具体地说是一种模块化钢框架结构及模块间连接装置。现有技术中模块化建筑结构大多存在横向作用下模块间相对滑移且上下模块梁难以协同受力等问题。本实用新型技术方案包括由模块柱、天花板梁、地板梁组成的模块单元以及用于连接模块单元的连接件；地板梁及天花板梁与模块柱两端连接成框架结构；连接件由连接板及柱内套筒连接组成；模块单元的模块柱与连接件的柱内套筒插接，地板梁及天花板梁梁端与连接件的连接板自然搭接，并通过连接紧固件固接。本实用新型柱内套筒与模块柱组合受力，增强结构抗侧刚度，避免上下模块单元的相对滑移，上下模块单元的地板梁与天花板梁通过连接板协同受力，有效增强梁端承载力。

Description

一种模块化钢框架结构及模块间连接装置

技术领域

本实用新型涉及建筑结构领域技术领域，具体地说是一种模块化钢框架结构及模块间连接装置。

背景技术

模块化钢结构建筑具有轻质高强、建造速度快，绿色节能等特点，钢框架模块单元是模块化建筑的基本组成部件，单元间的有效连接是保障结构整体稳定的重要先决条件。现有技术中模块化钢结构建筑的模块间连接方式包括柱内施加预应力、梁柱连接域整体采用铸钢件、特殊构造的柱间连接件、柱脚焊接、榫卯连接等，普遍存在施工较为复杂、工程造价偏高且需现场焊接作业等缺点；且由于模块化建筑的特殊构造，使得结构在横向作用下模块间存在相对滑移且上下模块梁难以协同受力等问题，影响建筑中人们的正常工作与生活，甚至有可能引起结构的整体失稳。在实际使用中，由于我国所有地区均为抗震设防区，上述模块连接结构节点抗震性能欠优成为影响模块化建筑发展的重要因素。

发明内容

针对上述技术背景的不足，本实用新型提供了一种模块化钢框架结构及模块间连接装置，具备强度高、可拆卸、安装便捷、抗震性能好等优点，避免了因模块间相对滑移导致竖向结构不连续的问题，并使上下模块柱能够有效传递竖向荷载协同抵御横向作用受力。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种模块化钢框架结构及模块间连接装置：包括由模块柱、天花板梁、地板梁组成的模块单元，以及用于连接模块单元的连接件；

所述的模块柱下端侧部连接地板梁、模块柱上端侧部连接天花板梁形成框架结构的模块单元；

所述的连接件由上柱内套筒、下柱内套筒及连接板组成，所述的上柱内套筒及下柱内套筒上下位置相对、分别垂直固定在连接板的上下表面构成一体结构；

所述的模块单元通过设置在模块柱端部的外套筒结构与连接件的上柱内套筒、下柱内套筒插接配合，所述的地板梁及/或天花板梁的梁端部与连接件的连接板成自然搭接配合；

所述模块柱的外套筒结构与上、下柱内套筒插接处设有相对应的连接通孔；所述的地板梁端部及天花板梁端部与连接板的梁端搭接处设有相对应的连接通孔；

所述的模块单元与连接件插接后，模块柱的外套筒结构与上、下柱内套筒通过连接紧固件固定，地板梁端部、天花板梁端部与连接板通过连接紧固件固定；

所述的模块单元与连接件插接后，模块柱的外套筒结构与上、下柱内套筒，以及地板梁端部、天花板梁端部与连接板均通过连接紧固件固定；

所述的地板梁端部、天花板梁端部与连接板之间衬垫有橡胶垫片。

进一步，所述的模块柱、天花板梁、地板梁在工厂内通过焊接连接形成梁柱一体结构的模块单元。

进一步，所述连接件的上柱内套筒及下柱内套筒的套筒壁厚大于模块柱的外套筒壁厚。

进一步，所述的模块柱、天花板梁、地板梁均采用冷弯薄壁型方钢管柱。

进一步，所述的连接板厚度大于天花板梁及地板梁的管柱壁厚；连接板与地板梁及天花板梁的梁端搭接处之间的板缘设有弧形凹缺且对称分布。

进一步，所述的连接件由铸钢整体浇筑成型。

进一步，所述的橡胶垫片厚度为1.5～2cm。

进一步，所述的地板梁包括地板梁长边及地板梁短边，地板梁长边与地板梁短边垂直布设；所述的天花板梁包括天花板梁长边及天花板梁短边，天花板梁长边与天花板梁短边垂直布设，并分别与地板梁长边及地板梁短边位置对应。

进一步，用于固定模块柱及连接件上柱内套筒的连接紧固件、与用于固定模块柱及连接件下柱内套筒的连接紧固件交错布设。

进一步，所述的连接紧固件采用8.8级以上的高强度螺栓组件。

本实用新型具备以下有益效果：

本实用新型模块单元在工厂内通过焊接，模块间通过连接件连结，且所有连接均为紧固件连接，施工速度快、安装便捷，不存在现场施焊，结构稳固，具有以下优点：

（1）本实用新型的模块化梁柱节点通过设置柱端连接，即上、下柱内套筒和连接紧固件完成上下模块柱的连接，使连接紧固件同时插入上、下柱内套筒和上下模块的模块柱，由于柱内套筒的阻隔消除了模块间相对滑移，进而保证竖直方向模块柱的垂直度；在水平荷载作用下使结构不易发生侧向失稳，上下模块柱由以往的刚接转化为半刚性节点，增强了节点的转动能力，提升结构的抗震性能和耗能能力，并防止因位置公差引起的柱偏心受压；

（2）本实用新型的模块化梁柱节点通过设置梁端连接，即连接板和连接紧固件完成上下模块梁（天花板梁、地板梁）的连接，使上下模块梁通过连接板连接后，上下模块梁形成叠合梁进而增强协同受弯性能，提高地板梁的承载能力；连接紧固件的抗水平剪力作用使上下模块梁由纯受弯状态分别变为压弯状态和拉弯状态，释放天花板梁的力学性能；

（3）本实用新型的模块化梁柱节点的连接板同时起到连接上下模块梁和分担部分荷载的作用，并在连接板板端与模块梁端之间加入橡胶垫片，起到耗能的作用，使模块梁端具有良好的弹性，增强梁端的转动能力；在地震的作用下，塑性铰率先在模块柱与模块梁之间的焊接薄弱处产生，连接板可更多地承受上层梁端传递的荷载，能够有效避免节点域脆性破坏。

此外，模块单元无需现场焊接，施工速度快、安装便捷。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行详细、完整地说明。

附图说明

图1为本实用新型模块单元间的结构连接示意图；

图2为本实用新型模块单元间的连接点结构爆炸图；

图3为本实用新型连接件示意图；

图4为本实用新型连接件俯视图；

图5为本实用新型连接件正视图；

图6为本实用新型连接件侧视图。

具体实施方式

图中：1-模块柱、2-地板梁、2a-地板梁长边、2b-地板梁短边、3-天花板梁、3a-天花板梁长边、3b-天花板梁短边、4-连接件、4a-上柱内套筒、4b-下柱内套筒、4c-连接板、4c1-连接板长边、4c2-连接板短边、5-橡胶垫片、6-连接紧固件。

实施例

本实用新型提供一种应用于模块化框架的模块连接结构的、通过高强螺栓将梁柱节点域同时连接的技术方案。

从图1～图6可知，本实用新型技术方案包括由模块柱1、天花板梁3、地板梁2组成的模块单元，以及用于模块单元间相互连接的连接件4；所述的模块柱1下端侧部连接地板梁2、模块柱1的上端侧部连接天花板梁3共同形成框架结构的模块单元。

为了便于描述和理解，以下本实施例中以水平面呈矩形的模块单元为例，需要说明的是：模块柱1为模块单元的支承柱，所述的模块柱1可以是中央柱体、边柱或角柱，由于框架为对称结构，故选取典型的中央柱体连接结构进行实施方式的描述；所述的地板梁2包括地板梁长边2a及地板梁短边2b，地板梁长边2a是指模块单元长边方向的底梁，地板梁短边2b是指模块单元短边方向的底梁；所述的天花板梁3包括天花板梁长边3a及天花板梁短边3b，天花板梁长边3a是指模块单元长边方向的顶梁，天花板梁短边3b是指模块单元长边方向的顶梁。

所述的地板梁长边2a与地板梁短边2b垂直布设于模块柱1侧部；天花板梁长边3a与天花板梁短边3b垂直布设于模块柱1侧部，且分别与地板梁长边2a及地板梁短边2b的上下位置对应；所有梁柱的框架构件均在工厂预先完成焊接连接。

所述的连接件4由上柱内套筒4a、下柱内套筒4b及连接板4c组成，所述的上柱内套筒4a及下柱内套筒4b上下位置相对、分别垂直固定在连接板4c的上下表面；该连接件由铸钢整体浇筑成一体结构；

上模块单元的模块柱与下模块单元的模块柱之间通过连接件4进行连接固定，所述模块单元的模块柱1端部设置有外套筒结构，模块单元现场连接时，模块柱1端部套筒结构与连接件4的上柱内套筒4a、下柱内套筒4b接插配合，即连接件的上柱内套筒4a与位于上方的模块单元模块柱的柱底外套筒结构插接，下柱内套筒4b与下方模块单元模块柱1的柱顶外套筒结构插接；模块柱的外套筒结构与上、下柱内套筒插接部设有相对应的连接通孔，插接后通过连接紧固件6固定。

用于固定上方模块柱及连接件上柱内套筒的连接紧固件、与用于固定下方模块柱及连接件下柱内套筒的连接紧固件交错布设，即连接紧固件采用横纵向交替排列方式，在抵御横向作用时能够分担一部分连接板中心截面的荷载，增强节点域整体受力性能。

模块单元的模块柱与连接件插接完成后，地板梁2及/或天花板梁3的梁端部与连接件4的连接板4c上下表面成自然搭接配合状态（即模块柱与连接件插接后，上方模块单元的地板梁梁端与连接板上表面搭接、连接板下表面与下方模块单元的天花板梁梁端搭接）；所述的地板梁2端部与连接板4c之间、以及天花板梁3端部与连接板4c之间均衬垫有橡胶垫片5；地板梁2端部、天花板梁3端部以及连接板4c的梁端搭接处板体设有相对应的连接通孔，并通过连接紧固件6固定。

所述的橡胶垫片厚度为1.5～2cm（应大于天花板梁、及地板梁与连接板间缝隙），紧固件拧紧后使橡胶垫片得以固定，依靠连接紧固件提供紧固力使橡胶垫片有效传递荷载。

所述的连接紧固件6均采用8.8级以上（或10.9级）的高强度螺栓组件。

所述的连接板4c与地板梁2及天花板梁3的梁端搭接处之间的板体边缘设有弧形凹缺且对称分布，即连接板弧形凹缺位于地板梁长边固定位与地板梁短边固定位之间，可有效减少连接板处应力集中。

模块柱与上下柱内套筒通过连接紧固件连接后，柱内套筒的阻隔能够消除同层模块间相对滑移，进而减少柱的偏心受压；上下模块单元的地板梁长边2a与天花板梁长边3a通过连接紧固件6与连接板4c连接（即模块的梁通过连接板连接）后，上模块单元的地板梁长边2a与下模块单元的天花板梁长边3a形成叠合梁进而增强协同受弯性能，提高地板梁的承载能力；地板梁短边2b与天花板梁短边3b同理。

连接件在垂直方向根据强柱弱梁的抗震构造要求布置上下柱内套筒与模块柱的组合受力体系，在竖直方向根据梁端所受弯矩不同分别布置紧固件通孔，框架梁短边方向所受弯矩较小，梁端拥有足够的安全储备，因此短边布置螺栓数目少于长边。如连接板4c可在的地板梁长边方向（连接板长边4c1）布置3排螺栓孔，地板梁短边方向（连接板短边4c2）布置2排螺栓孔。

所述的模块柱端部、地板梁及天花板梁端部、连接件的上下柱内套筒及连接板的紧固件预留孔（连接通孔）均在工厂预先开孔，所有模块单元间的连接均为紧固件连接，连接紧固件的螺母安装在梁或柱的同一侧，弹簧垫片安装在梁或柱的两侧（弹簧垫片为两个，分别用于螺杆的插入端和紧固件拧紧端），通过扭矩扳手对连接紧固件的螺帽实施相应的扭矩，达到预定的预紧力N（预紧力N应当由试验测定），避免了现场施焊，安装便捷，大幅提高了施工效率。

所述的模块柱1、天花板梁3、地板梁2均采用冷弯薄壁型方钢管柱；所述连接件4的上柱内套筒4a及下柱内套筒4b为管柱结构，其壁厚大于模块柱1的壁厚（即模块柱1的外套筒壁厚）；所述的连接板厚度大于天花板梁及地板梁的管柱壁厚。

本实用新型模块间安装方法如下：

（1）、首先进行基础施工，连接件上半部分上柱内套筒完成定位后，将连接件锚固入基础混凝土；

（2）、安装首层模块单元，将模块单元的模块柱底部插入预埋的连接件上柱内套筒，并利用连接紧固件紧固柱、梁，完成首层模块单元安装；

（3）、在首层模块单元的天花板梁梁端顶部放置橡胶垫块，之后将连接件下半部下柱内套筒插入首层模块单元模块柱的柱顶，使连接件的连接板与天花板梁梁端搭接并压紧橡胶垫块，然后完成首层模块单元的柱顶紧固；

（4）、进行第二层模块单元安装，在连接件的连接板地板梁搭接处上部放置橡胶垫块，将第二层模块单元的模块柱底插入连接件上柱内套筒，地板梁梁端与连接板搭接、压紧橡胶垫块，并完成第二层柱底紧固；

（5）、分别完成首层及第二层模块单元相对应的地板梁长边2a、天花板梁长边3a、地板梁短边2b、天花板梁短边3a及连接件紧固；

（6）、继续进行第三层及以上模块单元连接作业，方法同上述步骤3～步骤5，直至完成整栋建筑安装。

本实用新型技术方案通过设置模块间连接区域包括柱间连接区域和梁间连接区域，使上下模块柱能够有效传递竖向荷载并协同抵御横向作用，有效减少因模块间相对滑移导致的竖向结构不连续及角柱偏心受压；梁连接区域通过连接板能有效连接地板梁与天花板梁，二者协同受力能够有效增强地板梁承载力并释放下模块单元天花板梁的力学性能，而梁端的橡胶垫块能显著增强节点域的耗能能力。

最后应当说明的是：以上实施例用于说明本实用新型的技术方案而非对其限制，所属领域的技术人员对实施方式进行修改或对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质，均应涵盖在本实用新型所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种模块化钢框架结构及模块间连接装置，其特征在于：包括由模块柱（1）、天花板梁（3）、地板梁（2）组成的模块单元，以及用于连接模块单元的连接件（4）；

所述的模块柱（1）下端侧部连接地板梁（2）、模块柱（1）上端侧部连接天花板梁（3）形成框架结构的模块单元；

所述的连接件（4）由上柱内套筒（4a）、下柱内套筒（4b）及连接板（4c）组成，所述的上柱内套筒（4a）及下柱内套筒（4b）上下位置相对、分别垂直固定在连接板（4c）的上下表面构成一体结构；

所述的模块单元通过设置在模块柱（1）端部的外套筒结构与连接件（4）的上柱内套筒（4a）、下柱内套筒（4b）插接配合，所述的地板梁（2）及/或天花板梁（3）的梁端部与连接件（4）的连接板（4c）成自然搭接配合；

所述模块柱（1）的外套筒结构与上、下柱内套筒插接处设有相对应的连接通孔；所述的地板梁（2）端部及天花板梁（3）端部与连接板（4c）的梁端搭接处设有相对应的连接通孔；所述的模块单元与连接件（4）插接后，模块柱（1）的外套筒结构与上、下柱内套筒通过连接紧固件（6）固定，地板梁（2）端部、天花板梁（3）端部与连接板（4c）通过连接紧固件（6）固定；

所述的地板梁（2）端部、天花板梁（3）端部与连接板（4c）之间衬垫有橡胶垫片（5）。

2.根据权利要求1所述的一种模块化钢框架结构及模块间连接装置，其特征在于：所述的模块柱（1）、天花板梁（3）、地板梁（2）在工厂内通过焊接连接成梁柱一体结构的模块单元。

3.根据权利要求1所述的一种模块化钢框架结构及模块间连接装置，其特征在于：所述连接件（4）的上柱内套筒（4a）及下柱内套筒（4b）的套筒壁厚大于模块柱（1）的外套筒壁厚。

4.根据权利要求1所述的一种模块化钢框架结构及模块间连接装置，其特征在于：所述的模块柱（1）、天花板梁（3）、地板梁（2）均采用冷弯薄壁型方钢管柱。

5.根据权利要求4所述的一种模块化钢框架结构及模块间连接装置，其特征在于：所述的连接板（4c）厚度大于天花板梁（3）及地板梁（2）的管柱壁厚；连接板（4c）与地板梁（2）及天花板梁（3）的梁端搭接处之间的板缘设有弧形凹缺且对称分布。

6.根据权利要求1所述的一种模块化钢框架结构及模块间连接装置，其特征在于：所述的连接件（4）由铸钢整体浇筑成型。

7.根据权利要求1所述的一种模块化钢框架结构及模块间连接装置，其特征在于：所述的橡胶垫片（5）厚度为1.5～2cm。

8.根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的一种模块化钢框架结构及模块间连接装置，其特征在于：所述的地板梁（2）包括地板梁长边（2a）及地板梁短边（2b），地板梁长边（2a）与地板梁短边（2b）垂直布设；所述的天花板梁（3）包括天花板梁长边（3a）及天花板梁短边（3b），天花板梁长边（3a）与天花板梁短边（3b）垂直布设，并分别与地板梁长边（2a）及地板梁短边（2b）位置对应。

9.根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的一种模块化钢框架结构及模块间连接装置，其特征在于：用于固定模块柱（1）及连接件上柱内套筒（4a）的连接紧固件、与用于固定模块柱（1）及连接件下柱内套筒（4b）的连接紧固件交错布设。

10.根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的一种模块化钢框架结构及模块间连接装置，其特征在于：所述的连接紧固件（6）采用8.8级以上的高强度螺栓组件。

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