一种基于分布式摩擦耗能连接的模块化钢结构体系

1.本实用新型涉及工程结构技术领域，尤其涉及一种基于分布式摩擦耗能连接的模块化钢结构体系。


背景技术：

2.模块化钢结构建筑是一种高度工业化的建筑结构体系，它将传统的建筑划分为多个独立的单元，每个模块单元可在工厂预制加工和装修，加工完成后运输至现场进行装配，施工现场避免了大量焊接作业，大大缩短了施工周期，能够有效减少现场劳动力。除此以外，相比传统建筑，模块化钢结构建筑更加节能环保，其具有可拆卸性与重复利用性，符合可持续发展战略，在全生命周期内可实现减排二氧化碳50％以上，对于我国在建筑工程领域实现“双碳”目标具有重要意义。
3.目前，模块化钢结构优势日趋明显，但尚存在一些不足之处：一是其节点连接形式大多采用焊接或螺栓连接，结构在高烈度地震区遭受地震作用后节点连接区域易严重受损，不利于震后修复；二是模块与模块之间相邻接触，模块节点处连接了“八柱十六梁”，导致在现场施工时操作空间受限，安装过程会破坏室内装修或对梁柱构件开孔造成削弱，且用钢量明显增加；三是有些节点不具有可拆卸性或难以快速拆卸，降低了模块化建筑的可重复利用性。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是提供安装方便，拆卸快捷，可重复使用且可以减轻模块化钢结构主体结构的震后受损程度的一种基于分布式摩擦耗能连接的模块化钢结构体系。
5.本实用新型是通过以下技术方案予以实现：
6.一种基于分布式摩擦耗能连接的模块化钢结构体系，其包括多个模块单元，每个所述模块单元包括模块柱、模块梁及预制墙板，多个模块单元之间竖向通过多个模块柱连接，水平方向通过水平连接梁及预制轻钢龙骨墙板连接，每个所述模块柱包括多个摩擦耗能模块柱单元，每个所述摩擦耗能模块柱单元包括上模块柱、下模块柱、摩擦垫片及预应力钢绞线，所述上模块柱下端面固定设有上模块端板，下模块柱上端面固定设有下模块端板，所述上模块端板下表面固定安装有抗剪方钢管，下模块端板上开设有与抗剪方钢管相对应的下模块端板方孔，且下模块端板方孔的孔洞大于抗剪方钢管的截面积，所述摩擦垫片位于上模块端板与下模块端板之间且摩擦垫片上开设有与下模块端板方孔相同大小的摩擦垫片方孔，所述抗剪方钢管分别穿过摩擦垫片方孔及下模块端板方孔，所述预应力钢绞线穿过模块柱所有摩擦耗能模块柱单元的上模块柱、下模块柱、摩擦垫片及抗剪方钢管，所述模块梁与模块柱固定连接，预制墙板固定安装于模块梁及模块柱外围。
7.进一步，上模块柱内固定安装有内隔板，所述预应力钢绞线穿过内隔板。进一步，各模块柱顶端的摩擦耗能模块柱单元的上模块柱顶部及各模块柱底端的摩擦耗能模块柱
单元的下模块柱底部分别固定安装有锚固板，所述预应力钢绞线分别穿过多个摩擦耗能模块柱单元的上模块柱、下模块柱、摩擦垫片及抗剪方钢管且底部和顶部分别通过锚固件与锚固板固定。优化的，上模块端板上开设有与抗剪方钢管相匹配的上模块端板方孔，抗剪方钢管伸入到上模块端板方孔内与上模块端板焊接固定。
8.优化的，模块梁包括天花板梁及地板梁，所述天花板梁固定安装在下模块柱上，地板梁固定安装在上模块柱上。
9.进一步，水平连接梁端部均固定安装有连接梁端板，所述连接梁端板与模块柱之间通过对拉螺栓固定连接。
10.进一步，预制轻钢龙骨墙板包括钢骨架及固定安装在钢骨架上的装饰面，所述模块柱上固定安装有凸耳，所述钢骨架卡装于两个凸耳之间并通过销栓连接件连接。
11.进一步，每个所述模块单元还包括预制楼板，两个相对应的模块梁之间固定安装有多个楼板梁，预制楼板固定安装于楼板梁的上方。
12.优化的，模块梁上固定安装有连接肋板，连接肋板与楼板梁之间设有连接盖板，所述连接盖板与连接肋板及楼板梁之间分别通过螺栓固定连接。
13.实用新型的有益效果
14.本技术提供的一种基于分布式摩擦耗能连接的模块化钢结构体系，具有如下优点：整体结构简单，施工安装方便，拆卸简单，有很高的可重复利用性。该基于分布式摩擦耗能连接的模块化钢结构体系通过预应力钢绞线和小型抗剪方钢管实现纵向模块之间的连接，结构在地震作用下纵向模块之间可产生微小错动，配合摩擦垫片可提高模块化钢结构连接节点的耗能能力，使震后模块主体结构处于无损伤或低损伤状态。各模块单元水平方向不相邻，通过水平连接梁或预制墙板连接，此种水平和纵向的连接方式操作简便，不会破坏模块单元的内部装修，且避免了传统模块化建筑的“八梁十六柱”节点形式，能够有效减少用钢量，在装配式建筑领域有广泛的应用前景。
附图说明
15.图1是实用新型装配结构示意图；
16.图2是模块单元装配结构示意图；
17.图3是模块柱与水平连接梁爆炸结构示意图；
18.图4是模块柱与水平连接梁装配结构示意图；
19.图5是模块柱与预制轻钢龙骨墙板装配结构示意图；
20.图6是模块柱装配结构示意图；
21.图7是模块柱结构示意图；
22.图8是模块柱主视结构示意图；
23.图9是模块柱爆炸结构示意图；
24.图10是预制楼板装配结构示意图；
25.图中1.模块单元，11.模块柱，111.锚固板，112.内隔板，113.上模块端板，114.抗剪方钢管，115.摩擦垫片，116.下模块端板，117.上模块柱，118.下模块柱，119.凸耳，120.锚固件，12.模块梁，121.地板梁，122.天花板梁，123.连接盖板，124.连接肋板，125.螺栓，13.预制楼板，131.碳酸钙板，132.屋面层，133.楼板梁，14.预制墙板，2.预制轻钢龙骨墙
板，21.钢骨架，22.销栓连接件3.水平连接梁，31.连接梁端板，32.加劲筋，33.对拉螺栓，4.预应力钢绞线。
具体实施方式
26.一种基于分布式摩擦耗能连接的模块化钢结构体系，其包括多个模块单元1，每个所述模块单元包括模块柱11、模块梁12及预制墙板14，多个模块单元之间竖向通过多个模块柱连接，水平方向通过水平连接梁3及预制轻钢龙骨墙板2连接。水平连接梁及预制轻钢龙骨墙板通常设置在模块化钢结构体系的走廊处，可以根据需要在预制轻钢龙骨墙板上开设门或窗。每个所述模块柱包括多个摩擦耗能模块柱单元，每个所述摩擦耗能模块柱单元包括上模块柱117、下模块柱118、摩擦垫片115及预应力钢绞线4，所述上模块柱下端面固定设有上模块端板113，下模块柱上端面固定设有下模块端板116，上模块柱与上模块端板之间可以通过焊接固定，下模块柱与下模块端板之间可以通过焊接固定，方便加工，且结构稳固性比较好。上模块端板下表面固定安装有抗剪方钢管114，二者之间可以通过焊接固定。
27.下模块端板上开设有与抗剪方钢管相对应的下模块端板方孔，且下模块端板方孔的孔洞大于抗剪方钢管的截面积，所述摩擦垫片位于上模块端板与下模块端板之间且摩擦垫片上开设有与下模块端板方孔相同大小的摩擦垫片方孔。装配时，抗剪方钢管伸入到下模块端板方孔内且具有一定的错动空间，并且抗剪方钢管可抵抗模块间水平错动产生的层间剪力。
28.抗剪方钢管分别穿过摩擦垫片方孔及下模块端板方孔，所述预应力钢绞线穿过模块柱所有摩擦耗能模块柱单元的上模块柱、下模块柱、摩擦垫片及抗剪方钢管。通过预应力钢绞线和小型抗剪方钢管可以实现上模块柱、下模块柱之间的连接，预应力钢绞线可以使模块柱纵向紧密连接。
29.模块梁与模块柱固定连接，预制墙板固定安装于模块梁及模块柱外围，由此模块单元形成一个模块化钢结构空间，并且可以根据需要在预制墙板上开设门窗，而且每个模块单元可以线下预制，可以极大地提高施工效率。本技术将多个摩擦耗能模块柱单元通过预应力钢绞线和小型抗剪方钢管实现纵向模块之间的连接，形成模块柱，然后模块柱与模块梁及预制墙板一起形成模块单元，然后再将模块单元之间通过水平连接梁及预制轻钢龙骨墙板连接形成钢结构体系，每个摩擦耗能模块柱单元结构在地震作用下纵向模块之间可产生微小错动，配合摩擦垫片可提高模块化钢结构连接节点的耗能能力，使震后模块主体结构处于无损伤或低损伤状态，且钢结构体系水平和纵向的连接方式操作比较简便。
30.进一步，上模块柱内固定安装有内隔板112，所述预应力钢绞线穿过内隔板。具体操作时，内隔板可以与上模块柱焊接固定，并在内隔板上预先开内隔板孔洞，预应力钢绞线从内隔板孔洞穿过并且与内隔板不接触。内隔板设置在水平梁附近，可以传递梁端弯矩，增强节点受力性能，增大节点的强度及刚度。
31.进一步，各模块柱顶端的摩擦耗能模块柱单元的上模块柱顶部及各模块柱底端的摩擦耗能模块柱单元的下模块柱底部分别固定安装有锚固板111板与模块柱之间可以通过焊接固定，方便施工。所述预应力钢绞线分别穿过多个摩擦耗能模块柱单元的上模块柱、下模块柱、摩擦垫片及抗剪方钢管且底部和顶部分别通过锚固件120与锚固板固定。方便预应力钢绞线的安装与固定，并且可以使用一根钢绞线贯穿模块柱上下，将所有模块紧密连接
在一起形成稳固的可拆卸模块柱结构。
32.优化的，上模块端板上开设有与抗剪方钢管相匹配的上模块端板方孔，抗剪方钢管伸入到上模块端板方孔内与上模块端板焊接固定。这样设置，更加方便施工，且上模块端板与抗剪方钢管之间的连接更加稳固。
33.优化的，模块梁包括天花板梁122及地板梁121，所述天花板梁固定安装在下模块柱上，地板梁固定安装在上模块柱上。水平连接梁、地板梁及天花板梁均可为h型钢梁，梁的整体结构比较稳固且便于加工制作。
34.进一步，水平连接梁端部均固定安装有连接梁端板31，所述连接梁端板与模块柱之间通过对拉螺栓33固定连接，方便水平连接梁端部与模块柱之间的固定，而且便于拆卸。同时水平连接梁端板与水平连接梁之间可以固定安装加劲筋32，增肌结构的稳固性。
35.进一步，预制轻钢龙骨墙板包括钢骨架21及固定安装在钢骨架上的装饰面(未示出)，所述模块柱上固定安装有凸耳119，所述钢骨架卡装于两个凸耳之间并通过销栓连接件22连接。方便墙板与模块柱之间的连接，而且便于拆卸。
36.进一步，每个所述模块单元还包括预制楼板13，两个相对应的模块梁之间固定安装有多个楼板梁133，预制楼板固定安装于楼板梁的上方。预制楼板可以包括碳酸钙板131、保温层(未示出)及屋面层132，碳酸钙板可以通过螺栓与楼板梁固定连接，保温层铺设于碳酸钙板的上方，屋面层铺设于保温层的上方。这样柱、梁、墙板、楼板就形成了一个整体的模块化钢结构体系，其节点比较少，能够有效减少用钢量。
37.优化的，所述模块梁上固定安装有连接肋板124，连接肋板与楼板梁之间设有连接盖板123，所述连接盖板与连接肋板及楼板梁之间分别通过螺栓125固定连接。连接肋板及连接盖板的设置，可以将模块梁与楼板梁稳固的连接在一起，并且方便拆装。
38.综上所述，本实用新型提供的一种基于分布式摩擦耗能连接的模块化钢结构体系，通过预应力钢绞线和小型抗剪方钢管实现模块柱之间的连接，预应力钢绞线使模块柱纵向紧密连接，小型抗剪方钢管可抵抗模块间水平错动产生的层间剪力，并配合摩擦垫片，可提高模块化钢结构连接节点的耗能能力，使震后模块主体结构处于无损伤或低损伤状态，同时整体结构比较简单，施工安装方便，便于拆卸，有很高的可重复利用性。
39.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。