一種外貼式模塊化建築結構及其施工方法與流程
2023-05-18 11:07:01 1
本發明涉及一種外貼式模塊化建築結構，還涉及該外貼式模塊化建築結構的施工方法。
背景技術：
模塊化建築是一種新興的建築結構體系，該體系是以每個房間作為一個模塊單元，每個模塊單元均在工廠中預製生產，並可在工廠對模塊內部空間進行布置與裝修，完成後運輸至現場，模塊化建築的中心結構(如核心筒)通常是在現場施工完成，核心筒可以是現場澆築的鋼筋混凝土結構，也可以是鋼結構或鋼-砼組合結構，各單元模塊之間以及單元模塊與核心筒之間均通過可靠的連接方式組裝成建築整體。建築模塊單元內部通常是完備的，幾乎不需要現場的技工，因而大量減少了現場的工作時間。與傳統建築的建造方式相比，模塊化建築具有可縮短工期、節約人力物力、綠色環保、品質精良等優點。
中國授權實用新型專利(ZL201420038867.1)公開了一種建築模塊和具有該建築模塊的中高層模塊化建築，包括：框架；分別設置在框架的頂面、底面和側面的樓頂板、樓底板和牆體，所述牆體包括外牆、內牆和所述外牆與所述內牆之間的保溫層，所述牆體上設置有門窗；連接部，其用於在所述建築模塊包圍所述中高層模塊化建築的核心筒堆碼時連接相鄰的所述建築模塊、以及連接所述建築模塊與所述核心筒。中高層模塊化建築主要由核心筒和多個建築模塊單元組成，多個建築模塊包圍核心筒並堆碼成多層建築結構。核心筒貫通整個建築結構的高度，多個建築模塊和核心筒組合連接而構成建築結構的一個樓層結構，由建築模塊組合構成的該樓層結構在核心筒高度方向逐層疊加而構成高層建築。
但是，上述模塊化建築在施工過程中還存在著以下缺陷：
⑴模塊化建築採用疊加拼裝方式，各建築模塊之間需要連接，而且每個建築模塊還與核心筒連接，建築模塊的骨架參與建築結構的整體受力，即建築模塊的骨架就是建築結構骨架的組成部分。該模塊化建築較適用於低、多層建築(建築層數小於7層)，在用於高層、超高層建築(建築層數大於10層)時，根據建築模塊的受力特點，按照疊加拼裝方式，層層傳力，建築模塊的骨架截面會呈現下大上小的狀況，截面類型需增加較多，使得製造標準化、安裝便捷性大打折扣。
⑵各建築模塊之間在水平向和豎向均有連接，造成現場安裝節點較多，施工繁瑣，延長了施工工期，而且安全隱患大，精度難以控制，不利於模塊化建築的推廣應用。
技術實現要素：
本發明的第一個目的在於提供一種可實現設計模數化、製造標準化、安裝便捷、提高施工效率、縮短施工工期、安全性好、施工精度高的外貼式模塊化建築結構。
本發明的第二個目的在於提供一種上述外貼式模塊化建築結構的施工方法。
本發明的第一個目的通過以下的技術措施來實現：一種外貼式模塊化建築結構，它包括豎向設置的中心結構和位於中心結構外圍的數個模塊單元，所述數個模塊單元在豎向上排布成數層，位於不同層的各模塊單元在豎向上一一對應，其特徵在於：所述中心結構的水平剛度、豎向剛度和扭轉剛度滿足建築結構整體抗傾覆要求，各模塊單元的骨架外端與中心結構的骨架外端相連使各模塊單元貼合在中心結構的外側壁上成為獨立懸臂，最底層的模塊單元處於地面以上，相鄰層相對應的模塊單元之間具有間隙，各模塊單元不參與建築物整體抗傾覆。
本發明在中心結構的外圍設置模塊單元，各模塊單元和中心結構相連，各模塊單元貼合在中心結構的外側壁上成為獨立懸臂，由於中心結構的水平剛度、豎向剛度和扭轉剛度能夠滿足本行業相關規範的要求，相關規範是指《建築抗震設計規範》、《高層建築混凝土結構技術規程》等，因此，各模塊單元不需要設置其它豎向承重構件，其不參與建築物整體抗傾覆，在建模進行建築結構的整體抗傾覆計算時，不將模塊單元的受力計算在內，本發明在適用於高層、超高層模塊化建築時，解決了現有建築模塊的骨架截面類型增加較多以致製造標準化、安裝便捷性大打折扣的技術難題，可實現設計模數化、製造標準化、安裝便捷性；另外，本發明各建築模塊僅在水平向與中心結構連接，現場安裝節點大大減少，簡化了施工，縮短了施工工期，提高了施工效率，而且安全隱患小，精度易於控制，有利於模塊化建築的推廣應用。
作為本發明的實施方式，所述中心結構為鋼筋混凝土核心筒、框架中心支撐結構或密柱框架中心支撐結構，也可以採用其它結構。
每層相鄰的模塊單元之間是否連接，要根據模塊建築功能布置及實際受力需要決定，滿足現行規範要求即可。每層相鄰的模塊單元之間相連以使每層的模塊單元連接成一體。
相鄰層相對應的模塊單元之間無需連接，但是，為了避免模塊單元與中心結構之間的連接失效以致模塊單元從中心結構上脫落的情況發生，需要加設一道安全防線，相鄰層相對應的模塊單元之間相連以使模塊單元在豎向上連接成一體。
作為本發明的一種實施方式，所述外貼式模塊化建築結構還包括處於建築結構邊角位置的模塊單元，所述處於邊角位置的模塊單元的骨架和與其同層相鄰的模塊單元的骨架相連。
本發明的第二個目的通過以下的技術措施來實現：一種上述懸臂式模塊化建築結構的施工方法，其特徵在於具體包括以下步驟：
步驟1，在現場施工中心結構，並在工廠預製各模塊單元；
模塊單元可以是一個房間，也可以根據實際情況，將房屋的各分區合併為一個模塊單元，以單身公寓為例，走廊、陽臺、房間、衛生間可合併為一個模塊單元。
步驟2，中心結構施工完成，將各模塊單元運送至施工現場；
步驟3，將最底層的模塊單元吊裝至安裝位置，並將該層的各模塊單元的骨架外端與中心結構的骨架外端連接，使該層的各模塊單元處於中心結構的外圍；
步驟4，再將倒數第二層的模塊單元吊裝至安裝位置，倒數第二層的模塊單元與最底層的模塊單元在豎向上一一對應，將該層的各模塊單元的骨架外端與中心結構的骨架外端連接，使該層的各模塊單元處於中心結構的外圍，倒數第二層的模塊單元與其相對應的最底層的模塊單元之間具有間隙；
步驟5，重複步驟4，即自下而上逐層安裝各模塊單元直至完成頂層的各模塊單元的安裝，各模塊單元整體形成獨立懸臂。
本發明在設計階段，要對建築結構進行建模，計算建築結構的整體抗傾覆，各模塊單元不參與建築物整體抗傾覆計算，中心結構的水平剛度、豎向剛度和扭轉剛度應滿足建築結構整體抗傾覆要求。
作為本發明的一種實施方式，在完成步驟5後，進行各模塊單元之間的機電管線連接，或者在每層模塊單元安裝過程中，進行各模塊單元之間的機電管線連接。
每層相鄰的模塊單元之間是否連接，要根據模塊建築功能布置及實際受力需要決定，滿足現行規範要求即可。本發明可將每層相鄰的模塊單元之間連接以使每層的模塊單元連接成一體。
相鄰層相對應的模塊單元之間無需連接，但是，為了避免模塊單元與中心結構之間的連接失效以致模塊單元從中心結構上脫落的情況發生，需要加設一道安全防線，本發明將相鄰層相對應的模塊單元之間連接以使模塊單元在豎向上連接成一體。
與現有技術相比，本發明具有如下顯著的效果：
⑴本發明在中心結構的外圍設置模塊單元，各模塊單元和中心結構相連，各模塊單元貼合在中心結構的外側壁上成為獨立懸臂，由於中心結構的水平剛度、豎向剛度和扭轉剛度能夠滿足本行業相關規範的要求，因此，各模塊單元不需要設置其它豎向承重構件，其不參與建築物整體抗傾覆，本發明在適用於高層、超高層模塊化建築時，解決了現有建築模塊的骨架截面類型增加較多以致製造標準化、安裝便捷性大打折扣的技術難題，可實現設計模數化、製造標準化、安裝便捷性；
⑵本發明各建築模塊僅在水平向與中心結構連接，現場安裝節點大大減少，簡化了施工，縮短了施工工期，提高了施工效率，而且安全隱患小，精度易於控制，有利於模塊化建築的推廣應用。
⑶本發明相鄰層相對應的模塊單元之間可以連接或不連接，可以使模塊單元在豎向上連接成一體，增加了一道安全防線，避免模塊單元與中心結構之間的連接失效以致模塊單元從中心結構上脫落的情況發生。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
圖1是本發明的平面結構示意圖；
圖2是本發明沿圖1中A-A斷面圖；
圖3是本發明模塊單元側牆骨架與中心結構的骨架連接的剖面示意圖；
圖4是本發明的計算模型立面圖；
圖5是本發明的計算模型三維軸測圖。
具體實施方式
如圖1～3所示，是本發明一種外貼式模塊化建築結構6，它為二十三層的高層建築，它包括豎向設置的中心結構1和位於中心結構1外圍的數個為矩形體的模塊單元2，數個模塊單元2在豎向上排布成數層，位於不同層的各模塊單元2在豎向上一一對應，在本實施例中，中心結構1為兩個核心筒，中心結構1的水平剛度、豎向剛度和扭轉剛度均滿足建築結構整體抗傾覆要求，各模塊單元2的骨架內端與中心結構1的骨架外端相連使各模塊單元2貼合在中心結構1的外側壁上成為獨立懸臂，如圖3所示，模塊單元2的骨架為平面桁架結構7，平面桁架結構7的外端部與核心筒1的骨架8外端通過螺栓連接，也可以採用其它機械連接方式，以確保模塊單元穩定的外貼在核心筒1的外側。最底層的模塊單元處於地面以上，即模塊單元是沒有基礎的，相鄰層相對應的模塊單元之間具有間隙，各模塊單元2不參與建築物整體抗傾覆。
本實施例外貼式模塊化建築結構為矩形體，外貼式模塊化建築結構還包括處於建築結構邊角位置的模塊單元5，處於邊角位置的模塊單元5的骨架和與其同層相鄰的模塊單元2的骨架相連。在本實施例中，有四個邊角位置，每個邊角位置具有3個並列排布的處於邊角位置的模塊單元5，三個模塊單元5均為與模塊單元2相同的矩形體，其中一個模塊單元5的側面與同層相鄰一側的模塊單元相連，三個模塊單元5的端部均與同層相鄰另一層的模塊單元相連。在其它實施例中，處於邊角位置的模塊單元還可以採用其它方式連接。
如圖4和5所示，是本發明外貼式模塊化建築結構的案例計算模型，該計算模型中心結構混凝土核心筒厚300～400mm，模塊單元的骨架為平面桁架結構，長×寬×高＝9.0×3.0×3.0m。本發明結構整體性能指標為：前三周期分別為1.15s(x向平動)、0.70s(y向平動)、0.65s(扭轉)，7度多遇地震下最大層間位移角為1/3537，無剛度及抗剪承載力突變，因此，整體指標滿足規範要求。
在其它實施例中，中心結構還可以是框架中心支撐結構或密柱框架中心支撐結構等。
每層相鄰的模塊單元之間是否連接，要根據模塊建築功能布置及實際受力需要決定，具體是要建模計算，滿足現行規範要求即可，因此，在其它實施例中，可將每層相鄰的模塊單元之間連接以使每層的模塊單元連接成一體。
相鄰層相對應的模塊單元之間可以連接或不連接，但是，為了避免模塊單元與中心結構之間的連接失效以致模塊單元從中心結構上脫落的情況發生，需要加設一道安全防線，因此，在其它實施例中，可將相鄰層相對應的模塊單元之間相連以使模塊單元在豎向上連接成一體，當相鄰層相對應的模塊單元之間相連後，它們之間的間隙是沒有的。
一種上述外貼式模塊化建築結構的施工方法，具體包括以下步驟：
步驟1，在現場施工中心結構，並在工廠預製各模塊單元；
模塊單元可以是一個房間，也可以根據實際情況，將房屋的各分區合併為一個模塊單元，以單身公寓為例，走廊、陽臺、房間、衛生間可合併為一個模塊單元。
步驟2，中心結構施工完成，將各模塊單元運送至施工現場；
步驟3，將最底層的模塊單元吊裝至安裝位置，並將該層的各模塊單元的骨架外端與中心結構的骨架外端連接，使該層的各模塊單元處於中心結構的外圍；
步驟4，再將倒數第二層的模塊單元吊裝至安裝位置，倒數第二層的模塊單元與最底層的模塊單元在豎向上一一對應，將該層的各模塊單元的骨架外端與中心結構的骨架外端連接，使該層的各模塊單元處於中心結構的外圍，倒數第二層的模塊單元與其相對應的最底層的模塊單元之間具有間隙；
步驟5，重複步驟4，即自下而上逐層安裝各模塊單元直至完成頂層的各模塊單元的安裝，各模塊單元整體形成獨立懸臂。
進行各模塊單元之間的機電管線連接，或者在每層模塊單元安裝過程中，進行各模塊單元之間的機電管線連接。
本發明在設計階段，要對建築結構進行建模，計算建築結構的整體抗傾覆，各模塊單元不參與建築物整體抗傾覆計算，中心結構的水平剛度、豎向剛度和扭轉剛度應滿足建築結構整體抗傾覆要求。
在其它實施例中，若有需要可將相鄰層相對應的模塊單元之間連接以使模塊單元在豎向上連接成一體。也可將每層相鄰的模塊單元之間連接以使每層的模塊單元連接成一體。
本發明的實施方式不限於此，根據本發明的上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本發明上述基本技術思想前提下，本發明還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本發明權利保護範圍之內。