一种挤压异形截面铝-木双卡槽式连接的混合模块化结构体系的制作方法

本技术为建筑工程领域，涉及一种挤压异形截面铝-木双卡槽式连接的混合模块化结构体系。

背景技术：

1、在我国大力发展建筑工业化的背景下，2017年5月4日，住建部发布《建筑业发展“十三五”规划》，提出到2020年城镇绿色建筑占新建建筑的比重达到50％，装配式钢结构比重不低于15％。模块化结构单元以一个或多个建筑单元作为预制模块，在工厂已完成模块制作及一体化安装，运至现场后进行快速拼装，可以大大缩短工期。这种结构具有显著的技术优势，且符合国家政策背景，逐渐受到工程界的关注。目前模块化建筑采用的混合结构体系有钢-混凝土混合、混凝土-木混合及钢-木混合结构。钢-混凝土混合结构虽然在工程实践中运用较多，但是由于混凝土作为主要的抗侧力结构，需要现场浇筑，无法实现结构在工厂预制，并未完全实现模块化设计与施工。混凝土-木混合结构中多采用木-混凝土复合楼板，只是在构件层面实现了两者的混合。从受力角度看，混凝土受压能力强，木材抗拉和抗弯曲能力强，但这两种材料组合时，二者之间抗粘结和抗剪切保证措施较弱，目前并未有合适的抗剪切连接件保证二者协同受力。钢-木混合结构主要采用钢-木复合楼板和木剪力墙结构，可实现快速拼接，但两种材料的变形能力相差较大，木材和钢构件变形不协调同步，导致钢木之间的连接对节点要求较高，其有效连接仍需进一步研究。且木剪力墙与钢框架连接时，无法有效实现二者之间的完全装配，导致实际安装后整个结构的受力性能无法满足设计要求。以上所述模块化混合结构均在一定程度上限制了模块化建筑的推广应用。

2、为此，本实用新型提出一种挤压异形截面铝-木双卡槽式连接的混合模块化结构体系。木材最大的优势就是可再生、可持续使用，可大规模减少碳排放，是建筑领域中储存碳的最佳材料。铝材作为一种高回收率，低回收成本、耐腐蚀免维护、轻质高强以及可重复利用等优势，越来越多地应用在结构工程中。铝合金构件和节点等可以进行批量预制，再进行装配，这种生产模式很适用于装配结构，对于具有大量重复特征杆件和节点的铝合金结构具有良好的适用性。可明显提高安装速度，减少施工周期。铝合金材料可塑性强，可采用挤压成型生产出热轧和焊接所不能制成的各种复杂截面及形状的型材，使截面形式更加合理。且铝合金变形与木材基本一致，这两种材料可基本实现变形协调，对模块化连接节点的性能要求较低。此外，铝结构和木结构符合碳排放、全生命周期评价，对于节能减排和降低建筑能耗具有重要的意义。

3、目前铝木混合结构尚未在模块化建筑中应用，也未见适合于两者连接的高效节点。而模块化建筑连接性能直接影响其结构整体稳定性和强度。且在在模块连接时，经常遇到操作空间受限的情况，甚至经常需要把已安装的模块部分拆卸来配合新模块安装，极大地限制了模块化作业。

4、针对以上问题，本实用新型提出铝木混合体系，涉及双卡槽连接节点技术、铸铝件连接、卡槽铝木楼板技术、铝木剪力墙连接技术等新型连接形式来有效连接两种材料，增强了混合结构组合效应，而且解决了上述模块化结构安装存在的问题，增强了模块化建筑的整体性。

技术实现思路

1、为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

2、一种挤压异形截面铝-木双卡槽式连接的混合模块化结构体系。所述模块化单元包括：铝结构框架、木楼板、木剪力墙。所述铝结构框架梁柱采用挤压异形截面铝构件(以下简称铝柱)，梁柱连接处采用双卡槽连接节点，实现框架梁柱的连接。木楼板由木龙骨和面板组成，铝框架梁与木龙骨之间通过楼板双层连接卡件连接。木剪力墙采用夹板木剪力墙，夹板木剪力墙与挤压异形截面铝柱采用木剪力墙单层卡件连接，与铝梁采用铝合金一体化单(双)十字型铸造连接件连接。模块化单元之间采用铸铝件插接式连接。

3、进一步地，双卡槽连接节点采用双槽卡件与挤压异形截面铝柱通过凹槽连接，双槽卡件由两个凹槽和一段竖板共同挤压成型，竖板上开孔，采用不锈钢螺栓与铝合金梁连接。

4、进一步地，双卡槽连接节点与铝合金梁连接时，梁上翼缘开槽，宽度与双槽卡件的竖板厚度一致。梁柱连接时，双槽卡件先与铝合金柱通过凹凸槽口卡紧，再将上翼缘开槽后的铝合金梁插入双槽卡件的竖板内，通过不锈钢螺栓将竖板与梁连接，从而避免了焊接造成的构件强度降低，也避免了由于螺栓连接造成的柱截面削弱。

5、进一步地，所述夹板木剪力墙由双侧墙骨与定向刨花板(osb板)组成，其中墙骨对称布置在木剪力墙夹板木两侧。夹板木剪力墙与铝合金柱连接时，通过单板卡件与铝合金柱通过双卡槽连接节点连接，单板卡件的竖板上开孔，与夹板木剪力墙的夹板通过结构钉连接。进一步地，该单板卡件间距在900mm-1200mm之间。

6、进一步地，所述夹板木剪力墙与铝合金梁连接时，采用铝合金一体化十字型铸造连接件连接。该铝合金一体化十字型铸造连接件由一个c型板和十字型板通过一体化铸造组成，避免了焊接。所述夹板木剪力墙的木墙骨上开十字型槽，与十字型板卡紧，铝合金一体化十字型铸造连接件的c型板与铝合金梁连接。

7、进一步地，所述c型板的两块竖直板上开孔，与铝合金梁卡紧后，通过不锈钢螺栓连接。铝合金一体化十字型铸造连接件每隔一根龙骨设置一个。

8、进一步地，在夹板木剪力墙拼接位置，采用铝合金一体化双十字型铸造连接件连接，该铝合金一体化双十字型铸造连接件与铝合金一体化十字型铸造连接件的区别在于，板上设置两组十字型板，分别与拼接处的两墙骨卡紧。

9、进一步地，夹板木剪力墙封边梁与铝合金梁之间采用角钢加固。

10、所述木楼板包括龙骨与面板。铝合金梁与木楼板之间通过楼板双层连接卡件连接，该楼板双层连接卡件为铝合金一体化挤压形成。所述楼板双层连接卡件一侧与铝合金梁通过凹槽连接，另一侧设置上下两块板，板上开孔，两块板间距为龙骨高度。安装时，将龙骨插入两块板之间，通过结构钉垂直连接两块板。覆面板与楼板双层连接卡件的上侧板贴合处，凿出与上侧板尺寸一致的凹槽，安装时方便与上侧板无缝连接。

11、所述模块化单元的铝柱要在梁柱节点外向上延伸出一定距离，该伸出部分将插入铝铸件中。进一步地，所述铝铸件可以一体化挤压成型。

12、进一步地，所述铝铸件分为单腔、两腔、三腔和四腔，分别满足上下层转角处两模块、边框架四模块连接，l型转角处六模块连接及中间处八模块连接。铝铸件腔体外侧中部设置增强板，增强板与铝铸件一体化挤压成型。该增强板用于连接上层梁及下层梁。通过不锈钢螺栓连接方式将上层梁与下层梁连接。

13、进一步地，铸铝件在高度中间部位内部设置定位连接件。所述定位连接件一侧为凹槽型，与铝合金柱凸槽卡紧，定位连接件另一侧设置短板，短板端部设置弹簧，卡入铸铝件凹槽内。安装时压紧弹簧，待定位连接件短板嵌入铸铝件凹槽内时，放松弹簧，将定位连接件卡入，便于铝合金柱在铸铝件腔体内的固定。

14、进一步地，模块化单元水平连接时，在铝合金梁上设置抗剪z型件。抗剪z型件沿着梁按一定间距布置，间距一般为1米～1.5米左右。抗剪z型件一侧与一个模块梁上侧通过铆钉连接，另一侧与另一个模块梁下侧通过铆钉连接，从而增强楼板与梁的连接刚度。

15、所述模块化单元建筑施工方法，其特征在于以下步骤：

16、步骤一：先将铝合金梁与木剪力墙连成一个装配单元体。首先，固定上层梁与木剪力墙的连接。具体地，将铝合金一体化单(双)十字型铸造连接件的十字型板插入夹板木剪力墙端部已开十字型槽的龙骨中；其次，将该铝合金一体化单(双)十字型铸造连接件的另一侧卡入铝合金梁，通过不锈钢螺栓将木剪力墙与铝合金梁连接。最后，用同样的方法连接下层梁与木剪力墙。从而形成铝合金梁与木剪力墙的单元体。

17、步骤二：将已开槽的铝梁插入双卡槽节点，用不锈钢螺栓与双卡槽节点的竖板相连。由于铝合金梁已经与木剪力墙形成一个整体，在铝合金梁和铝合金柱连接后，再用木剪力墙单层卡件将铝合金柱和木剪力墙连接，增强连接拉结性能。

18、步骤三：安装木楼板，铝合金梁与木楼板之间通过双层连接卡件连接。即先在铝合金梁上安装双层连接卡件，之后将龙骨插入双层连接卡件的两个水平板之间，再安装覆面板，通过结构钉与三者连接。覆面板安装前，在与双层卡件的上侧板贴合处，凿出与上侧板尺寸一致的凹槽，方便与双层卡件的上侧板无缝连接。

19、步骤四：将已安装完毕的模块化单元体系吊装。当边模块之间连接时，采用两腔铸铝件，将两个模块化单元的柱插入两腔铸铝件内。模块单元l型连接，则采用三腔铸铝件。中间四模块单元连接，则采用四腔铸铝件。以上为同一层的框架连接，如果连接上下两层，则完成一层拼接后，按同样方法将铝柱插入铸铝件内。铸铝件内有双层定位件分别卡紧柱顶和柱底。

20、本实用新型提供的铝木组合模块化单元建筑，相较于现有体系至少包括如下有益效果：

21、(1)该铝木混合模块化体系充分利用了铝合金和木材各自的优势，这两种材料不仅质量轻，而且能变形协调，克服了钢木混合两者材料变形不够协调的缺点，也可降低对节点连接性能的要求。此外，木材作为可再生建筑材料，铝合金可充分回收利用，这两种材料均符合可持续发展及建筑全生命周期碳排放要求，对于节能减排和降低建筑能耗具有重要的意义。且材料质量轻，方便吊装，对吊装支撑要求低，降低了吊装及现场安装施工难度。

22、(2)该混合模块化结构体系的剪力墙采用夹板木剪力墙，通过铝合金一体化十字型铸造连接件与铝框架连接后，可极大地增强结构的抗侧力性能。

23、(3)木楼板的龙骨通过楼板双层连接卡件与铝梁连接后，增强了模块建筑平面内的刚度，从而使结构在水平荷载作用下变形更均匀。

24、(4)通过在模块化单元梁上设置z形键，克服了模块化建筑整体平面内刚度低的缺点，对提高模块化结构受力性能和整体性有明显的积极效果。

25、(5)模块化单元柱采用挤压异形铝截面，充分利用了铝材易于挤压成型的优势，通过单层卡件形成双卡槽连接节点将梁柱进行连接，不但大大减少了螺栓用量，也充分利用了铝合金的材料强度。避免了焊接连接造成的构件强度降低，也减小了由于螺栓连接造成的柱截面削弱。

26、(6)整个模块化单元的拼接采用铸铝件，通过在铝铸件内部设置挤压异形铝柱定位连接件，不仅快速连接模块化单元，还可卡紧柱顶和柱底。由于铝材截面制造工艺的进步，可以按照拼装需求制作不同腔体的铸铝件。

27、总体而言，该挤压异形铝-木双卡槽式连接的模块化结构体系在保证现场快速拼接装配的同时，通过该实用新型所提的连接构造措施，大大提高了抗侧力性能和模块单元之间的水平向连接强度，增强了整体模块建筑平面内刚度，克服了多数模块化建筑拼接复杂和平面内刚度较弱的缺点。解决了模块化结构高层化发展亟待解决的一大关键问题。可以采用该体系实现模块化建筑的高层化。该体系对医疗建筑、救灾建筑等有快速拼接需求的建筑类型有重要发展意义，对推动我国住宅产业化和建筑工业化进程起到重要的作用，对住房产业的转型升级也有着重要意义。