本實用新型涉及一種模塊化建筑結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種吊掛式模塊化建筑結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

模塊化建筑是一種新興的建筑結(jié)構(gòu)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(yù)制生產(chǎn)，并可在工廠對模塊內(nèi)部空間進行布置與裝修，完成后運輸至現(xiàn)場，模塊化建筑的中心結(jié)構(gòu)(如核心筒)通常是在現(xiàn)場施工完成，核心筒可以是現(xiàn)場澆筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，也可以是鋼結(jié)構(gòu)或鋼-砼組合結(jié)構(gòu)，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筑整體。建筑模塊單元內(nèi)部通常是完備的，幾乎不需要現(xiàn)場的技工，因而大量減少了現(xiàn)場的工作時間。與傳統(tǒng)建筑的建造方式相比，模塊化建筑具有可縮短工期、節(jié)約人力物力、綠色環(huán)保、品質(zhì)精良等優(yōu)點。

中國授權(quán)實用新型專利(ZL201420038867.1)公開了一種建筑模塊和具有該建筑模塊的中高層模塊化建筑，包括：框架；分別設(shè)置在框架的頂面、底面和側(cè)面的樓頂板、樓底板和墻體，所述墻體包括外墻、內(nèi)墻和所述外墻與所述內(nèi)墻之間的保溫層，所述墻體上設(shè)置有門窗；連接部，其用于在所述建筑模塊包圍所述中高層模塊化建筑的核心筒堆碼時連接相鄰的所述建筑模塊、以及連接所述建筑模塊與所述核心筒。中高層模塊化建筑主要由核心筒和多個建筑模塊單元組成，多個建筑模塊包圍核心筒并堆碼成多層建筑結(jié)構(gòu)。核心筒貫通整個建筑結(jié)構(gòu)的高度，多個建筑模塊和核心筒組合連接而構(gòu)成建筑結(jié)構(gòu)的一個樓層結(jié)構(gòu)，由建筑模塊組合構(gòu)成的該樓層結(jié)構(gòu)在核心筒高度方向逐層疊加而構(gòu)成高層建筑。

但是，上述模塊化建筑在施工過程中還存在著以下缺陷：

⑴模塊化建筑采用疊加拼裝方式，各建筑模塊之間需要連接，而且每個建筑模塊還與核心筒連接，建筑模塊的骨架參與建筑結(jié)構(gòu)的整體受力，即建筑模塊的骨架就是建筑結(jié)構(gòu)骨架的組成部分。該模塊化建筑較適用于低、多層建筑(建筑層數(shù)小于7層)，在用于高層、超高層建筑(建筑層數(shù)大于10層)時，根據(jù)建筑模塊的受力特點，按照疊加拼裝方式，層層傳力，建筑模塊的骨架截面會呈現(xiàn)下大上小的狀況，截面類型需增加較多，使得制造標(biāo)準(zhǔn)化、安裝便捷性大打折扣。

⑵各建筑模塊之間在水平向和豎向均有連接，造成現(xiàn)場安裝節(jié)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，不利于模塊化建筑的推廣應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種可實現(xiàn)設(shè)計模數(shù)化、制造標(biāo)準(zhǔn)化、安裝便捷、提高施工效率、縮短施工工期、安全性好、施工精度高的吊掛式模塊化建筑結(jié)構(gòu)。

本實用新型的目的通過以下的技術(shù)措施來實現(xiàn)：一種吊掛式模塊化建筑結(jié)構(gòu)，它包括豎向設(shè)置的中心結(jié)構(gòu)和位于中心結(jié)構(gòu)外圍的數(shù)個模塊單元，所述數(shù)個模塊單元在豎向上排布成數(shù)層，位于不同層的各模塊單元在豎向上一一對應(yīng)，其特征在于：所述吊掛式模塊化建筑結(jié)構(gòu)還包括屋頂桁架和吊桿，所述中心結(jié)構(gòu)的水平剛度和扭轉(zhuǎn)剛度以及所述屋頂桁架和吊桿整體的豎向剛度滿足建筑結(jié)構(gòu)整體抗傾覆要求，所述屋頂桁架設(shè)置在中心結(jié)構(gòu)的頂面上，所述吊桿為豎向設(shè)置且位于各模塊單元外側(cè)，所述吊桿的頂端連接在屋頂桁架的底面周緣上，最底層的模塊單元處于地面以上，各模塊單元的骨架與中心結(jié)構(gòu)鉸接，且各模塊單元的骨架還與吊桿鉸接，相鄰層相對應(yīng)的模塊單元之間具有間隙，各模塊單元不參與建筑物整體抗傾覆。

本實用新型在中心結(jié)構(gòu)的外圍設(shè)置模塊單元，各模塊單元與中心結(jié)構(gòu)和吊桿分別鉸接，由于中心結(jié)構(gòu)的水平剛度和扭轉(zhuǎn)剛度、屋頂桁架和吊桿整體的豎向剛度能夠滿足本行業(yè)相關(guān)規(guī)范的要求，相關(guān)規(guī)范是指《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》等，因此，各模塊單元不需要參與建筑物整體抗傾覆，本實用新型在適用于高層、超高層模塊化建筑時，解決了現(xiàn)有建筑模塊的骨架截面類型增加較多以致制造標(biāo)準(zhǔn)化、安裝便捷性大打折扣的技術(shù)難題，可實現(xiàn)設(shè)計模數(shù)化、制造標(biāo)準(zhǔn)化、安裝便捷性；另外，本實用新型各建筑模塊僅在水平向與中心結(jié)構(gòu)連接，現(xiàn)場安裝節(jié)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，精度易于控制，有利于模塊化建筑的推廣應(yīng)用。

結(jié)構(gòu)構(gòu)件與構(gòu)件之間的連接節(jié)點形式有剛接、半剛接和鉸接，鉸接是連接的形式之一。鉸接是柔性連接，其只能提供豎向和水平反力，鉸接的支座沒有彎矩M，即鉸接不能傳遞彎矩，但是可自由轉(zhuǎn)動，鉸接只能限制移動不能限制轉(zhuǎn)動。鉸接是通過節(jié)點構(gòu)造來實現(xiàn)的，不同構(gòu)件、不同截面，具體的鉸接結(jié)構(gòu)具有多種形式，此為現(xiàn)有技術(shù)。

本實用新型在設(shè)計階段，要對建筑結(jié)構(gòu)進行建模，計算建筑結(jié)構(gòu)的整體抗傾覆，各模塊單元不參與建筑物整體抗傾覆計算，中心結(jié)構(gòu)的水平剛度和扭轉(zhuǎn)剛度、屋頂桁架和吊桿整體的豎向剛度應(yīng)滿足建筑結(jié)構(gòu)整體抗傾覆要求，這種計算方法是現(xiàn)有技術(shù)。

本實用新型所述中心結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土核心筒、框架中心支撐結(jié)構(gòu)或密柱框架中心支撐結(jié)構(gòu)，也可以采用其它結(jié)構(gòu)。

每層相鄰的模塊單元之間是否連接，要根據(jù)模塊建筑功能布置及實際受力需要決定，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求即可。若每層相鄰的模塊單元之間需要連接，則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(yīng)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(jié)構(gòu)和吊桿之間的連接失效的情況發(fā)生，需要加設(shè)一道安全防線，相鄰層相對應(yīng)的模塊單元之間相連以使模塊單元在豎向上連接成一體。

作為本實用新型的一種實施方式，所述吊掛式模塊化建筑結(jié)構(gòu)還包括處于建筑結(jié)構(gòu)邊角位置的模塊單元，所述處于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。

當(dāng)模塊化建筑樓層數(shù)較多時，根據(jù)具體的受力情況，需要將吊桿沿建筑的高度方向分段吊掛，可根據(jù)桁架強度及剛度要求，在處于中間樓層的中心結(jié)構(gòu)上增設(shè)用于吊掛吊桿的中間樓層桁架，所述中間樓層桁架至少為一個，當(dāng)中間樓層桁架為一個時，吊桿分段吊掛在屋頂桁架與中間樓層桁架之間以及中間樓層桁架的下方；當(dāng)中間樓層桁架為兩個以上時，吊桿分段吊掛在屋頂桁架與處于最高位置的中間樓層桁架之間、相鄰的中間樓層桁架之間以及處于最低位置的中間樓層桁架的下方。

作為本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，位于模塊單元的外側(cè)邊角部位具有空心鋼管狀的角柱，該角柱稱為外角柱，外角柱的上端連接模塊單元的上樓板梁，而外角柱的下端則連接模塊單元的下樓板梁，相鄰層相對應(yīng)的模塊單元的外角柱上下相對應(yīng)，所述吊桿穿過各層相對應(yīng)模塊單元的外角柱，在外角柱的底端且對應(yīng)于該模塊單元的下樓板位置設(shè)有固定在吊桿上的承托件，所述承托件承托住外角柱的底端。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下顯著的效果：

⑴本實用新型在中心結(jié)構(gòu)的外圍設(shè)置模塊單元，各模塊單元與中心結(jié)構(gòu)和吊桿分別鉸接，由于中心結(jié)構(gòu)的水平剛度和扭轉(zhuǎn)剛度、屋頂桁架和吊桿整體的豎向剛度能夠滿足本行業(yè)相關(guān)規(guī)范的要求，因此，各模塊單元不需要參與建筑物整體抗傾覆，本實用新型在適用于高層、超高層模塊化建筑時，解決了現(xiàn)有建筑模塊的骨架截面類型增加較多以致制造標(biāo)準(zhǔn)化、安裝便捷性大打折扣的技術(shù)難題，可實現(xiàn)設(shè)計模數(shù)化、制造標(biāo)準(zhǔn)化、安裝便捷性。

⑵本實用新型各建筑模塊僅在水平向與中心結(jié)構(gòu)和吊桿鉸接，現(xiàn)場安裝節(jié)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，精度易于控制，有利于模塊化建筑的推廣應(yīng)用。

⑶本實用新型相鄰層相對應(yīng)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(jié)構(gòu)和吊桿之間的連接失效的情況發(fā)生。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。

圖1是本實用新型的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型沿圖1中A-A斷面圖；

圖3是本實用新型模塊單元與中心結(jié)構(gòu)、吊桿鉸接的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型的計算模型立面圖；

圖5是本實用新型的計算模型三維軸測圖。

具體實施方式

如圖1～3所示，是本實用新型一種吊掛式模塊化建筑結(jié)構(gòu)，它為二十三層的高層建筑，它包括豎向設(shè)置的中心結(jié)構(gòu)1、位于中心結(jié)構(gòu)1外圍的數(shù)個為矩形體的模塊單元2、屋頂桁架3和吊桿4，數(shù)個模塊單元2在豎向上排布成二十三層，位于不同層的各模塊單元2在豎向上一一對應(yīng)，在本實施例中，中心結(jié)構(gòu)1為兩個核心筒，中心結(jié)構(gòu)1的水平剛度和扭轉(zhuǎn)剛度、屋頂桁架3和吊桿4整體的豎向剛度滿足建筑結(jié)構(gòu)整體抗傾覆要求，屋頂桁架3設(shè)置在中心結(jié)構(gòu)1的頂面上，吊桿4為豎向設(shè)置且位于各模塊單元2外側(cè)，吊桿4的頂端連接在屋頂桁架3的底面周緣上，最底層的模塊單元處于地面以上，各模塊單元2的骨架與中心結(jié)構(gòu)1鉸接，且各模塊單元2的骨架還與吊桿4鉸接，相鄰層相對應(yīng)的模塊單元2之間具有間隙，各模塊單元2不參與建筑物整體抗傾覆。

參見圖3，位于模塊單元2的外側(cè)邊角部位具有空心鋼管狀的角柱，該角柱稱為外角柱7，外角柱7的上端與下端分別與模塊單元2的上樓板梁5和下樓板梁6連接，相鄰層相對應(yīng)的模塊單元的外角柱7上下相對應(yīng)，吊桿4穿過各層相對應(yīng)模塊單元的外角柱7(實現(xiàn)模塊單元和吊桿的鉸接形式)，在外角柱7的底端且對應(yīng)于該模塊單元的下樓板位置設(shè)有固定在吊桿4上的承托件(圖中未畫出)，承托件承托住外角柱7的底端，在本實施例中，承托件主要由螺母和托板組成，螺母擰固在吊桿上，托板由螺母向上頂托住外角柱7。

本實施例吊掛式模塊化建筑結(jié)構(gòu)為矩形體，吊掛式模塊化建筑結(jié)構(gòu)還包括處于建筑結(jié)構(gòu)邊角位置的模塊單元，處于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。在本實施例中，有四個邊角位置，每個邊角位置具有3個并列排布的處于邊角位置的模塊單元，三個模塊單元均為與模塊單元相同的矩形體，其中一個模塊單元的側(cè)面與同層相鄰一側(cè)的模塊單元相連，三個模塊單元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，處于邊角位置的模塊單元還可以采用其它方式連接。

如圖4和5所示，在處于中間樓層的中心結(jié)構(gòu)上增設(shè)用于吊掛吊桿4的中間樓層桁架8，中間樓層桁架8至少為一個，當(dāng)中間樓層桁架8為一個時，吊桿4分段吊掛在屋頂桁架3與中間樓層桁架8之間以及中間樓層桁架8的下方；當(dāng)中間樓層桁架8為兩個以上時，吊桿4分段吊掛在屋頂桁架3與處于最高位置的中間樓層桁架8之間、相鄰的中間樓層桁架8之間以及處于最低位置的中間樓層桁架8的下方。

參見圖4和5，是本實用新型吊掛式模塊化建筑結(jié)構(gòu)的案例計算模型，該計算模型中心結(jié)構(gòu)混凝土核心筒厚300～400mm，模塊單元的骨架為平面桁架結(jié)構(gòu)，長×寬×高＝9.0×3.0×3.3m，桁架采用Q345鋼，桁架弦桿鋼管219×14，腹桿180×10；吊桿采用Q460的高強度鋼棒，最大直徑d＝35mm。本實用新型結(jié)構(gòu)整體性能指標(biāo)為：前三周期分別為1.4s(x向平動)、1.02s(y向平動)、0.55s(扭轉(zhuǎn))，地震分組為第一組，場地類別為Ⅳ類，7度多遇地震下最大層間位移角為1/2022，無剛度及抗剪承載力突變。因此，整體指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

在其它實施例中，中心結(jié)構(gòu)還可以是框架中心支撐結(jié)構(gòu)或密柱框架中心支撐結(jié)構(gòu)等。

每層相鄰的模塊單元之間是否連接，要根據(jù)模塊建筑功能布置及實際受力需要決定，具體是要建模計算，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求即可，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(yīng)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(jié)構(gòu)和吊桿之間的連接失效的情況發(fā)生，需要加設(shè)一道安全防線，因此，在其它實施例中，可將相鄰層相對應(yīng)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(dāng)相鄰層相對應(yīng)的模塊單元之間相連后，它們之間的間隙是沒有的。

一種上述吊掛式模塊化建筑結(jié)構(gòu)的施工方法，具體包括以下步驟：

步驟1，在現(xiàn)場施工中心結(jié)構(gòu)，并在工廠預(yù)制各模塊單元；

模塊單元可以是一個房間，也可以根據(jù)實際情況，將房屋的各分區(qū)合并為一個模塊單元，以單身公寓為例，走廊、陽臺、房間、衛(wèi)生間可合并為一個模塊單元。

步驟2，中心結(jié)構(gòu)施工完成，在中心結(jié)構(gòu)的頂面上架設(shè)屋頂桁架，在屋頂桁架的底面周緣上連接吊桿；

步驟3，將各模塊單元運送至施工現(xiàn)場，再將最頂層的模塊單元吊裝至安裝位置，并將該層的各模塊單元的骨架與中心結(jié)構(gòu)的骨架鉸接，同時將各模塊單元的骨架與吊桿鉸接，使該層的各模塊單元處于中心結(jié)構(gòu)的外圍，且吊桿處于各模塊單元的外側(cè)；

步驟4，再將處于最頂層模塊單元下一層的模塊單元吊裝至安裝位置，該層模塊單元與最頂層的模塊單元在豎向上一一對應(yīng)，并將該層的各模塊單元的骨架與中心結(jié)構(gòu)的骨架鉸接，同時將各模塊單元的骨架與吊桿鉸接，使該層的各模塊單元處于中心結(jié)構(gòu)的外圍，且吊桿處于各模塊單元的外側(cè)，該層模塊單元與其相對應(yīng)的最頂層的模塊單元之間具有間隙；

步驟5，重復(fù)步驟4，即自上而下逐層安裝各模塊單元直至完成最底層的各模塊單元的安裝。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。

在上述施工過程中，在處于中間樓層的中心結(jié)構(gòu)上增設(shè)中間樓層桁架，再將吊桿進行分段吊掛。

本實用新型在設(shè)計階段，要對建筑結(jié)構(gòu)進行建模，計算建筑結(jié)構(gòu)的整體抗傾覆，各模塊單元不參與建筑物整體抗傾覆計算，中心結(jié)構(gòu)的水平剛度、豎向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度應(yīng)滿足建筑結(jié)構(gòu)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(yīng)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。

本實用新型的實施方式不限于此，根據(jù)本實用新型的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段，在不脫離本實用新型上述基本技術(shù)思想前提下，本實用新型還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本實用新型權(quán)利保護范圍之內(nèi)。