一种模块化多高层整体装配式钢结构房屋结构体系

摘要

本发明公开了一种模块化多高层整体装配式钢结构房屋结构体系，属于结构工程技术领域，包括装配式房屋模块、基础模块、模块之间的吊钩和弯板连接件；所述装配式房屋各种模块在工厂加工制造，在施工现场将各模块通过吊钩和弯板进行插接，然后在柱内浇筑混凝土或者焊接，即可完成结构建造；吊钩和弯板不仅可以起到插接和导引模块入位的作用，还可以与混凝土进行锚固，加强节点的连接；整体房屋模块之间形成双柱结构，加强了房屋整体结构性能。房屋模块在工厂可以完成内外墙体、楼板、门窗的安装，可以完成全部或者部分内装修和外装修，显著减少工地现场工作量，提高施工速度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种模块化多高层整体装配式钢结构房屋结构体系，属于结构工程技术领域。

背景技术

我国每年城乡新建房屋面积20亿平方米，其中80％以上为高能耗建筑，我国单位建筑面积能耗是发达国家的2倍以上。据中国钢协统计，2011年我国钢产量突破7亿吨大关，连续16年稳居世界各国钢产量首位，发达国家钢结构建筑面积占总建筑面积50％以上，日本占到80％，而我国不到4％。中国作为世界上建筑规模、钢材产量最大的国家，房屋钢结构的发展严重滞后。

传统的建筑施工效率较低，对施工周围造成严重的环境污染，严重影响施工周边环境和居民生活。施工过程中步骤多样，专业化程度低，导致工作人员在施工过程中容易因工作种类繁杂多样变化而出现的错误常常会减慢甚至阻滞施工进程速度进而影响施工速度和施工质量。这些问题是高度工业化的装配式建筑创新势在必行。

一种模块化低层整体装配式钢结构房屋结构体系是一种高度工业化的装配式建筑，因其在工厂进行统一规格的施工，便于让所有装配式钢结构套件模块的每一种施工步骤可以由同一支施工队伍进行，这样使得建筑施工专业化程度大幅提高，施工效率和施工质量大幅提高，同时令突发性工程事故或错误的发生概率大幅降低；因装配式钢结构模块的制造在工厂可以除固定水暖管道及装配式钢结构模块相互连接之外的全部施工，而且在工厂周边通常住宅较少，大幅降低了施工对居民生活环境的影响，且在建筑施工地区只需进行模块间的连接、模块间管线的相互连接和在柱内灌注混凝土就可以完成建设；现场快速装配，在保证施工质量的前提下，提高了现场施工速度，减少了现场施工工期，降低总体工程造价和工程事故或错误发生的几率。

发明内容

本发明的目的在于提出的一种模块化多高层整体装配式钢结构房屋结构体系是一种高度工业化的装配式建筑，该体系包括基础模块、盒子式房屋模块、倒V型吊钩和弯板，吊钩和弯板设置在各个盒子式房屋模块之间；所述盒子式房屋模块在工厂加工制造，在施工现场将各模块通过吊钩和弯板进行插接，然后在柱内浇筑混凝土或者焊接，即完成结构体系的建造；吊钩和弯板不仅可以起到插接和导引房屋模块入位的作用，还可以与混凝土进行锚固，加强节点的连接。整体房屋模块之间形成双柱结构，加强了房屋整体结构性能。房屋模块在工厂可以完成内外墙体、楼板、门窗的安装，可以完成全部或者部分内装修和外装修，显著减少工地现场工作量，提高施工速度。本发明将模块化，工厂化，标准化和装配化相结合，实现了工厂化生产，现场快速装配，在保证施工质量的前提下，提高了施工速度，减少了施工工期，降低了工程造价。

所述模块化多高层整体装配式钢结构房屋结构体系，其特征在于，结构由基础模块、盒子式房屋模块组成，在施工现场通过节点连接装配为整体结构。

所述的基础模块全部为柱下独立基础(但不仅限于独立基础，还可以采用其他基础形式)，有两种形式，分别为基础模块A和基础模块B，基础模块A为单柱形式，基础模块B为双柱形式。所述各整体盒子式房屋模块之间的连接件包括倒V型吊钩(5)和弯板连接件(7)。基础形式不仅限于独立基础，还可以选用其他形式的基础。

所述基础模块A由素混凝土垫层(1)、基础底板(2)、钢筋网、钢筋混凝土柱(3)、基础单短柱(4)和倒V型吊钩(5)构成；基础模块A的钢筋网、基础单短柱(4)和倒V型吊钩(5)构件均在工厂加工制作完成，然后通过焊接将倒V型吊钩(5)安装于基础单短柱(4)上；施工现场进行素混凝土垫层(1)和钢筋混凝土柱(3)与基础单短柱(4)的制作与固定；先进行素混凝土垫层(1)的施工，待其初凝后，进行基础底板(2)和钢筋混凝土柱(3)的浇筑，钢筋网平行于素混凝土垫层(1)，并按照设计尺寸的要求在钢筋网上部布置竖向钢筋，基础单短柱(4)竖放于钢筋混凝土柱(3)的中心位置，相邻平面重合；之后在基础单短柱(4)的周围的竖向钢筋上按照距离要求水平布置箍筋；最后进行浇筑，固定基础单短柱(4)。

所述基础模块B亦由素混凝土垫层(1)、基础底板(2)、钢筋网、钢筋混凝土柱(3)、基础双短柱(6)和倒V型吊钩(5)构成；基础模块B的钢筋网、基础双短柱(6)和倒V型吊钩(5)构件均在工厂加工制作完成，基础双短柱(6)是将两个基础单短柱(4)的两个相邻侧面焊接在一起，方便实现大规模的装配工程；然后通过焊接的方式将倒V型吊钩(5)安装于基础双短柱(6)上；施工现场进行素混凝土垫层(1)和钢筋混凝土柱(3)与基础双短柱(6)的制作与固定；先进行素混凝土垫层(1)的施工，待其初凝后，进行基础底板(2)和钢筋混凝土柱(3)的浇筑，钢筋网平行于素混凝土垫层(1)，并按照设计尺寸的要求在钢筋网的上部布置竖向钢筋，基础双短柱(6)竖放于钢筋混凝土柱(3)的中心位置，相邻平面重合；之后在基础双短柱(6)的周围的竖向钢筋上按照距离要求水平布置箍筋；最后进行浇筑，固定基础双短柱(6)。

模块化多高层整体装配式钢结构房屋结构体系中的节点连接中包括方管柱(8)、倒V型吊钩(5)、弯板(7)、上梁(10)和下梁(9)，方管柱(8)包括两层结构，分别为上层方管柱和下层方管柱，上层方管柱与上梁(10)相互垂直焊接，下层方管柱和下梁(9)相互垂直焊接；上梁(10)的梁底与上层方管柱的底平齐，下梁(9)梁顶与下层方管柱的顶平齐，下层方管柱顶部焊接的两个倒V型吊钩(5)斜向交叉，上层方管柱的四边中心底部各焊接有一个弯板(7)，下层方管柱顶部的倒V型吊钩(5)与上层方管柱的四边中心底部的弯板(7)相连接组成上下两层结构的连接节点。弯板(7)下端折角向内，在吊装过程中起到导向作用，倒V型吊钩(5)插入四块弯板(7)中间，插接后浇筑混凝土或者焊接，倒V型吊钩(5)和弯板(7)可以起到锚固作用。

所述盒子式房屋模块包括房屋模块的钢框架、楼板和墙板。所述盒子式房屋模块的钢框架通过如下步骤均在工厂加工完成：梁的焊接、柱的焊接、梁与柱的焊接相连以及房屋模块的钢框架表面喷涂防火涂料。钢框架可以根据房屋的高度不同，增加斜支撑。所述楼板和墙板的固定以及门窗的安装是在完成盒子式房屋模块钢框架后，在工厂内完成。所述墙板可以采用传统的砌筑方法，其砌筑方法及与框架的连接技术已经成熟，并且在工厂内完成，在提高施工速度的同时，可以降低盒子式房屋模块的制造成本，但所述墙板不仅可以采用传统的砌筑方法，还可以采用其他形式的墙板。

此外还可以完成全部或者部分内装修和外装修，实现装修装饰一体化施工。

所述模块化多高层整体装配式钢结构房屋结构体系，其盒子式房屋模块包括三种模块，分别为盒子式房屋模块A、盒子式房屋模块B与盒子式房屋模块C，模块之间通过节点连接方式连接。

所述盒子式房屋模块A分为房间I、走廊和房间II；房间I包括四个等高方管柱(8)、四个等边截面方管梁即下梁(9)、四个长方形截面方管梁即上梁(10)和预制楼板(11)；房间II包括四个等高方管柱(8)、四个等边截面方管梁即下梁(9)、四个长方形截面方管梁即上梁(10)、预制楼板(11)和预制墙板；两个等边截面方管梁即上梁(9)和两个长方形截面方管梁即下梁(10)连接房间I和房间II。所述盒子式房屋模块A的全部构件在工厂加工制作完成，然后通过焊接将各个构件拼装成所述的盒子式房屋模块A。等边截面方管梁(9)为上梁，长方形截面方管梁(10)为下梁，方管柱与梁通过焊接拼装成立方体型钢框架，各方管柱等高平齐，上梁梁顶与柱顶平齐，下梁梁底与柱底平齐；预制楼板(11)在柱子的相应部位设有柱孔，待柱子与梁连接完成后，将预制楼板置于柱底和下梁形成的平面上。

所述盒子式房屋模块B分为房间I、走廊和房间II；房间I包括四个等高方管柱(8)、四个等边截面方管梁即下梁(9)、四个长方形截面方管梁即上梁(10)和两个预制楼板(11)；房间II包括四个等高方管柱(8)、四个等边截面方管梁即下梁(9)、四个长方形截面方管梁即上梁(10)、预制楼板(11)和预制墙板；两个等边截面方管梁即下梁(9)和两个长方形截面方管梁即上梁(10)连接房间I和房间II。所述盒子式房屋模块B的全部构件在工厂加工制作完成，然后通过焊接将各个构件拼装成所述的盒子式房屋模块B。长方形截面方管梁(10)为上梁，等边截面方管梁(9)为下梁，方管柱与梁通过焊接拼装成立方体型钢框架，各方管柱等高平齐，上梁梁顶与柱顶相距一定距离，下梁梁底与柱底平齐；所述的钢筋混凝土楼板(11)在柱子的相应部位设有柱孔，待柱子与梁连接完成后，将预制的混凝土楼板置于柱底和下梁形成的平面及上梁形成的平面上。

所述盒子式房屋模块C分为房间I、走廊和房间II；房间I包括四个等高方管柱(8)、八个等边截面方管梁(9)、四个长方形截面方管梁(10)和两个预制楼板(11)；房间II包括四个等高方管柱(8)、八个等边截面方管梁(9)、四个长方形截面方管梁(10)、预制楼板(11)和预制墙板；四个等边截面方管梁(9)和两个长方形截面方管梁(10)连接房间I和房间II。所述盒子式房屋模块C的全部构件在工厂加工制作完成，然后通过焊接将各个构件拼装成所述的盒子式房屋模块C。长方形截面方管梁(10)为上梁，等边截面方管梁(9)分别为顶梁和下梁，方管柱与梁通过焊接拼装成立方体型钢框架，各方管柱等高平齐，顶梁梁顶与柱顶平齐，上梁梁顶与柱顶相距一定距离，下梁梁底与柱底平齐；所述的钢筋混凝土楼板(11)在柱子的相应部位设有柱孔，待柱子与梁连接完成后，将预制的混凝土楼板置于下梁和上梁形成的平面上。

所述的模块化多高层整体装配式钢结构房屋结构体系中的梁和柱不仅可以采用方管梁和方柱，还可以采用其他形式的梁和柱。

本发明的有益效果是，上述的模块化多高层整体装配式钢结构房屋结构体系中的所有模块都在工厂加工预制，在施工现场只需将各模块通过吊钩和弯板进行插接，然后在柱内浇筑混凝土或者焊接，即可完成结构建造；吊钩和弯板不仅可以起到插接和导引入位的作用，还可以与混凝土进行锚固，加强节点的连接。整体房屋模块之间形成双柱结构，加强了房屋整体结构性能。各模块很容易拆分和运输，可以做到循环利用。本发明将模块化，工厂化，标准化和装配化相结合，实现了工厂化生产，现场快速装配，在保证施工质量的前提下，提高了施工速度，减少了施工工期，降低了工程造价。

附图说明

图1是本发明的整体建筑模型立体图。

图2是本发明的整体建筑模型立体图

图3是本发明的整体建筑各模块分解图。

图4是本发明的基础模块A。

图5是本发明的基础模块B。

图6是本发明的整体式装配模块A。

图7是本发明的整体式装配模块A。

图8是本发明的整体式装配模块B。

图9是本发明的整体式装配模块B。

图10是本发明的整体式装配模块C。

图11是本发明的整体式装配模块C。

图12是本发明的模块式连接节点。

图中：1—素混凝土垫层，2—基础底板，3—钢筋混凝土柱，4—基础单短柱，5—倒V型吊钩，6—基础双短柱，7—弯板，8—方管柱，9—等边截面方管梁，10—长方形截面方管梁，11—预制楼板。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明的整体房屋模块之间通过插接和柱内浇筑混凝土或者焊接进行连接，即可完成钢结构房屋结构体系的建筑工作。在施工吊装时，柱顶吊钩可使吊车平稳吊装，吊钩和弯板可起到插接和导引入位作用，降低了装配对接的难度，在很大程度上提高施工质量和施工速度。

本发明提出的模块化多高层整体装配式钢结构房屋体系结构中，所述装配式基础采用的是柱下独立基础，当然本发明的基础类型不限于此。基础形式有基础A和基础B。所述的基础均在预制工厂预制完成，运送至现场后可直接进行基础的埋置和与上部结构的装配式安装。

如图3所示，所述基础模块A由素混凝土垫层(1)、基础底板(2)、钢筋网、钢筋混凝土柱(3)、基础单短柱(4)和倒V型吊钩(5)构成；基础模块A的钢筋网、基础单短柱(4)和倒V型吊钩(5)构件均在工厂加工制作完成，然后通过焊接将倒V型吊钩(5)安装于基础单短柱(4)上；施工现场进行素混凝土垫层(1)和钢筋混凝土柱(3)与基础单短柱(4)的制作与固定；先进行素混凝土垫层(1)的施工，待其初凝后，进行基础底板(2)和钢筋混凝土柱(3)的浇筑，钢筋网平行于素混凝土垫层(1)，并按照设计尺寸的要求在钢筋网上部布置竖向钢筋，基础单短柱(4)竖放于钢筋混凝土柱(3)的中心位置，相邻平面重合；之后在基础单短柱(4)的周围的竖向钢筋上按照距离要求水平布置箍筋；最后进行浇筑，固定基础单短柱(4)。

如图4所示，所述基础模块B亦由素混凝土垫层(1)、基础底板(2)、钢筋网、钢筋混凝土柱(3)、基础双短柱(6)和倒V型吊钩(5)构成；基础模块B的钢筋网、基础双短柱(6)和倒V型吊钩(5)构件均在工厂加工制作完成，基础双短柱(6)是将两个基础单短柱(4)的两个相邻侧面焊接在一起，方便实现大规模的装配工程；然后通过焊接的方式将倒V型吊钩(5)安装于基础双短柱(6)上；施工现场进行素混凝土垫层(1)和钢筋混凝土柱(3)与基础双短柱(6)的制作与固定；先进行素混凝土垫层(1)的施工，待其初凝后，进行基础底板(2)和钢筋混凝土柱(3)的浇筑，钢筋网平行于素混凝土垫层(1)，并按照设计尺寸的要求在钢筋网的上部布置竖向钢筋，基础双短柱(6)竖放于钢筋混凝土柱(3)的中心位置，相邻平面重合；之后在基础双短柱(6)的周围的竖向钢筋上按照距离要求水平布置箍筋；最后进行浇筑，固定基础双短柱(6)。

如图7所示，所述盒子式房屋模块A分为房间I、走廊和房间II；房间I包括四个等高方管柱(8)、四个等边截面方管梁即下梁(9)、四个长方形截面方管梁即上梁(10)和预制楼板(11)；房间II包括四个等高方管柱(8)、四个等边截面方管梁即下梁(9)、四个长方形截面方管梁即上梁(10)、预制楼板(11)和预制楼板；两个等边截面方管梁即上梁(9)和两个长方形截面方管梁即下梁(10)连接房间I和房间II。所述盒子式房屋模块A的全部构件在工厂加工制作完成，然后通过焊接将各个构件拼装成所述的盒子式房屋模块A。等边截面方管梁(9)为上梁，长方形截面方管梁(10)为下梁，方管柱与梁通过焊接拼装成立方体型钢框架，各方管柱等高平齐，上梁梁顶与柱顶平齐，下梁梁底与柱底平齐；所述的钢筋混凝土楼板(11)在柱子的相应部位设有柱孔，待柱子与梁连接完成后，将预制的混凝土楼板置于柱底和下梁形成的平面上。

如图9所示，所述盒子式房屋模块B分为房间I、走廊和房间II；房间I包括四个等高方管柱(8)、四个等边截面方管梁即下梁(9)、四个长方形截面方管梁即上梁(10)、两个预制楼板(11)和预制楼板；房间II包括四个等高方管柱(8)、四个等边截面方管梁即下梁(9)、四个长方形截面方管梁即上梁(10)和预制楼板(11)；两个等边截面方管梁即下梁(9)和两个长方形截面方管梁即上梁(10)连接房间I和房间II。所述盒子式房屋模块B的全部构件在工厂加工制作完成，然后通过焊接将各个构件拼装成所述的盒子式房屋模块B。长方形截面方管梁(10)为上梁，等边截面方管梁(9)为下梁，方管柱与梁通过焊接拼装成立方体型钢框架，各方管柱等高平齐，上梁梁顶与柱顶相距一定距离，下梁梁底与柱底平齐；所述的钢筋混凝土楼板(11)在柱子的相应部位设有柱孔，待柱子与梁连接完成后，将预制的混凝土楼板置于柱底和下梁形成的平面及上梁形成的平面上。

如图11所示，所述盒子式房屋模块C分为房间I、走廊和房间II；房间I包括四个等高方管柱(8)、八个等边截面方管梁(9)、四个长方形截面方管梁(10)和两个预制楼板(11)；房间II包括四个等高方管柱(8)、八个等边截面方管梁(9)、四个长方形截面方管梁(10)、预制楼板(11)和预制楼板；四个等边截面方管梁(9)和两个长方形截面方管梁(10)连接房间I和房间II。所述盒子式房屋模块C的全部构件在工厂加工制作完成，然后通过焊接将各个构件拼装成所述的盒子式房屋模块C。长方形截面方管梁(10)为上梁，等边截面方管梁(9)分别为顶梁和下梁，方管柱与梁通过焊接拼装成立方体型钢框架，各方管柱等高平齐，顶梁梁顶与柱顶平齐，上梁梁顶与柱顶相距一定距离，下梁梁底与柱底平齐；所述的钢筋混凝土楼板(11)在柱子的相应部位设有柱孔，待柱子与梁连接完成后，将预制的混凝土楼板置于下梁和上梁形成的平面上。

如图12所示，模块化多高层整体装配式钢结构房屋结构体系中的节点连接中包括方管柱(8)、倒V型吊钩(5)、弯板(7)、上梁(10)和下梁(9)，方管柱(8)包括两层结构，分别为上层方管柱和下层方管柱，上层方管柱与上梁(10)相互垂直焊接，下层方管柱和下梁(9)相互垂直焊接；上梁(10)的梁底与上层方管柱的底平齐，下梁(9)梁顶与下层方管柱的顶平齐，下层方管柱顶部焊接的两个倒V型吊钩(5)斜向交叉，上层方管柱的四边中心底部各焊接有一个弯板(7)，下层方管柱顶部的倒V型吊钩(5)与上层方管柱的四边中心底部的弯板(7)相连接组成上下两层结构的连接节点。弯板(7)下端折角向内，在吊装过程中起到导向作用，倒V型吊钩(5)插入四块弯板(7)中间，插接后浇筑混凝土或焊接，倒V型吊钩(5)和弯板(7)可以起到锚固作用。