一种模块化叠合钢混建筑单元及其生产方法和安装方法与流程

本发明涉及建筑领域，尤其涉及一种模块化叠合钢混建筑单元及其生产方法和安装方法。

背景技术：

1、模块化建筑（mic）的建造方式是将建筑拆分为模块化的“建筑单元”，在工厂内高效完成建筑单元的结构、装修、水电、设备管线、卫浴设施等施工工序，然后在现场通过可靠的连接技术快速组合拼装成建筑整体。这种模块化建筑建造方法把建筑从工地搬进工厂，大幅缩短工期，减少施工难度，实现了“像造汽车一样造房子”，是目前建筑工业化程度最高的绿色建造方式。

2、现有的模块化建筑主流结构形式主要分为预制混凝土结构与钢结构两种，前者由于造价较低且舒适度较好，被广泛应用于装配式居住建筑中，其缺点是笨重，连接性能较差；后者由于轻质高强和易于安装的特点，容易实现大跨度和大空间布局，多用于公共建筑中，其缺点是刚度弱，有震颤感舒适度不佳，另一个缺点则是后者多为钢框架结构，钢柱钢梁会作为结构构件凸出建筑墙体或者楼板，压低净高，影响建筑方案，这些痛点阻碍了钢结构模块化建筑的应用。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是现有技术中的预制混凝土式模块化建筑笨重且连接性能差，钢结构式模块化建筑则刚度弱，使用时容易有震颤感，舒适度差。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种模块化叠合钢混建筑单元，包括立柱、顶梁、底梁和梁间组件；

3、所述顶梁为h型钢，顶梁的两端与立柱焊接；

4、所述底梁为钢混梁（即pec梁），包括h型钢和浇筑在h型钢腹板两侧的混凝土，底梁的两端与立柱焊接；

5、所述梁间组件包括外套管和内套管，外套管焊接在底梁的底部，内套管焊接在顶梁的顶部，当一个钢混建筑单元叠在另一个钢混建筑单元之上时，上方的外套管套在下方的内套管。

6、本发明的钢混建筑单元在应用时叠加安装，一个钢混建筑单元叠合在另一个钢混建筑单元之上，梁间组件使得上方钢混建筑单元的底梁与下方钢混建筑单元的顶梁叠合在一起形成一整根大梁共同受力，其承载力和刚度均比两根单独的梁更大；在承受压力载荷时，由于底梁采用的是带有混凝土的钢混梁（pec梁），充分利用了混凝土抗压能力强的优势，解决了传统钢结构模块化建筑刚度不足容易震颤的问题；另一方面，本发明中底梁（钢混梁）和顶梁（纯钢梁）的结合相比于传统的预制混凝土结构模块化建筑依然保持了连接性能强的优点，且自身的重量也具有优势。

7、具体的，所述梁间组件还包括螺栓、衬板和螺母，所述衬板焊接在内套管的内表面，所述外套管的表面设置有第一通孔，内套管的表面设置有第二通孔，衬板的表面设置有第三通孔，螺母焊接在衬板表面的第三通孔处；当外套管套在内套管上时，第一通孔、第二通孔和第三通孔对齐，螺栓穿过第一通孔、第二通孔和第三通孔并连接螺母，锁定内套管和外套管；梁间组件用于实现上下叠合的两个钢混建筑单元的连接，在生产阶段，内套管和外套管会分别焊接在顶梁和底梁上，现场安装时只需要将内套管和外套管对插后安装螺栓即可；

8、为了方便安装，内套管和外套管的尺寸应满足：当外套管套入内套管时，外套管和内套管之间具有间隙。

9、具体的，所述立柱由钢方管制成，方形截面的立柱方便与顶梁和底梁焊接；另一方面，为了保障焊接位置的强度，立柱的两端的内腔设置有水平加劲板，所述水平加劲板的位置与顶梁和底梁的h型钢的翼板对齐。

10、本发明还提供了一种模块化叠合钢混建筑单元的生产方法，包括如下步骤：

11、步骤1：切割合适尺寸的钢方管，加工成立柱、外套管和内套管，在内套管的内部焊接衬板，在立柱的两端内腔焊接水平加劲板，水平加劲板的位置应合理设置，确保水平加劲板与后续焊接在立柱上的顶梁和底梁的翼板处于同一水平面，水平加劲板通过坡口熔透焊焊接在立柱内腔，水平加劲板的厚度不应小于对应的顶梁或底梁的翼板的厚度；

12、步骤2：切割合适尺寸的h型钢，用作顶梁和底梁；

13、步骤3：在顶梁的上表面焊接多个内套管，在底梁的下表面焊接多个外套管；一般情况下，多个内套管在顶梁上沿着顶梁的长度方向一字排开且间隔均匀，内套管设置的数量和间距应根据建筑的尺寸、重量等参数进行力学计算获得；外套管的数量和排列方式则与内套管一一对应；

14、步骤4：在底梁的h型钢的腹板的一侧浇筑混凝土，在h型钢的两端预留设定长度的非浇筑节点区，非浇筑节点区用作后续的底梁与立柱焊接；

15、步骤5：将顶梁和底梁与立柱焊接，形成箱体形状的框架；在底梁焊接完成后，在非浇筑节点区浇筑混凝土。

16、进一步的，模块化叠合钢混建筑单元的生产方法还包括：

17、步骤6：绑扎楼板钢筋，将楼板钢筋弯折锚固至底梁的h型钢的腹板一侧未浇筑混凝土区域，然后浇筑楼板混凝土，楼板混凝土进入底梁腹腔，使得pec底梁与楼板形成一个整体。

18、进一步的，模块化叠合钢混建筑单元的生产方法还包括：

19、步骤7：在楼板之上安装墙体，墙体可以是现有技术中的各种预制墙体，例如轻钢龙骨墙体，具体做法是将c型龙骨预先拼装为龙骨墙板，在墙板内部预埋管线和保温层，最后将墙板嵌入梁柱构成的框架内。

20、本发明的钢混建筑单元在安装时需要将上下两个钢混建筑单元的外套管和内套管完全对齐，然后对插并固定；由于外套管和内套管的数量很多，在实际应用中想要保证多个外套管和多个内套管的对齐是非常困难的事情，这要求每一个外套管和内套管的安装都需要经过精确定位，对焊接工人的要求很高。为了提高焊接效率，本发明对步骤3中外套管和内套管的焊接方式进行了改进，所述步骤3的具体做法是：

21、分步骤3-1：在顶梁的上表面焊接多个内套管，多个内套管在顶梁上沿着顶梁的长度方向一字排开且间隔均匀，内套管设置的数量和间距应根据建筑的尺寸、重量等参数进行力学计算获得；在此步骤中，工人只需要利用卷尺粗略的控制内套管之间的间距即可，不需要花费过多的精力进行精确定位；

22、分步骤3-2：将辅助销钉插入外套管的第一通孔，所述辅助销钉包括销轴和设置在销轴一端的顶帽，所述销轴中部设置有宽度等于内套管壁厚的凹槽；矩形截面的外套管的四个立面均需要插入辅助销钉；

23、分步骤3-3：将外套管半套入内套管，插入第一通孔的辅助销钉的凹槽卡在内套管上沿口；辅助销钉的凹槽和顶帽之间的距离应确保：在外套管半套如内套管之后，外套管和内套管之间的间隙等于设定间隙；

24、分步骤3-4：将底梁的h型钢叠在外套管上，然后焊接底梁和外套管；

25、分步骤3-5：分开底梁和顶梁，对底梁和顶梁进行编号，将底梁和顶梁分别用于处于上下层关系的两个钢混建筑单元中。

26、在本发明的上述步骤3中，实质上是先将顶梁和底梁上的内套管和外套管进行对插，然后再将外套管与底梁焊接；这就确保了后续的钢混建筑单元安装时，上下两个钢混建筑单元的外套管和内套管一定是对齐的并且可以对插成功（因为外套管和内套管在生产阶段就已经位置对齐然后焊接固定）。不过，这种生产方式也决定了生产出来的钢混建筑单元必须严格按照设计的位置进行安装，不可以随意调换位置。

27、本发明还提供了一种模块化叠合钢混建筑单元的安装方法，具体做法是：吊装一个钢混建筑单元至另一个钢混建筑单元的正上方，上方的钢混建筑单元下行，上方的钢混建筑单元的底梁下的外套管套住下方顶梁上的内套管，然后从所有外套管的第一通孔插入螺栓并锁紧内套管和外套管。

28、进一步的，在安装螺栓时，从处于底梁中间位置的外套管开始拧紧螺栓，然后遵循从中间至两端的顺序安装其他螺栓，在所有螺栓安装完成后，将上层钢混建筑单元的立柱与下层钢混建筑单元的立柱采用坡口熔透焊的方式进行围焊连接固定；最后，采用外挂幕墙或者造型扣板遮蔽相邻钢混建筑单元之间的拼缝。

29、有益效果：（1）本发明的钢混建筑单元利用带有混凝土的钢混梁承受压力载荷，充分利用了混凝土抗压能力强的优势，解决了传统钢结构模块化建筑刚度不足容易震颤的问题。（2）本发明的钢混建筑单元使用内套管和外套管连接顶梁和底梁形成新的组合梁，相比于传统的预制混凝土结构模块化建筑依然保持了连接性能强的优点，且自身的重量也具有优势。（3）本发明的钢混建筑单元在生产时预先对插顶梁和底梁，确保了后续的钢混建筑单元安装时，上下两个钢混建筑单元的外套管和内套管一定是对齐的并且可以对插成功。