混凝土箱式建筑模块、模块化建筑及其建造方法与流程

1.本发明涉及建筑领域，特别是装配式钢筋混凝土箱式模块化组合建筑。


背景技术：

2.人类活动每年向大气排放约510亿吨温室气体，全球变暖引发的生态破坏和环境污染对人们的生活和健康造成了不可逆转的灾难性的影响。建筑全生命周期的碳排放占据较大比重，据统计2018年中国建筑碳排放占全国碳排放量的51.3％，其中建筑材料生产阶段碳排放占28.3％，施工阶段碳排放为1％，建筑运行阶段碳排放占21.9％。
3.传统的现场施工的建造方式劳动力需求多，工人施工环境恶劣、安全性差；建筑品质和工期受施工人员、天气等因素影响较大。现场施工的材料浪费大、建筑垃圾多、污染严重；主体结构的现场施工部分导致建筑装饰、管线等不能与建筑一体化在工厂预制。
4.制约装配式建筑技术市场化推广的主要问题是：现有的混凝土装配式建筑、钢结构和木结构的箱式模块化建筑的建材价格贵，建造工序多，人工成本高。
5.国内的混凝土箱式模块化建筑限于低层、多层或临时建筑，结构技术体系不完备，不能保证建筑安全性和建造的规范性，保温、管线、装饰的建筑集成化的工厂预制率低。针对预制箱式混凝土模块、模块化建筑和建造方法近年公布了一些专利。
6.公布号cn112031155a的“一种标准一体化空间模块加拼装式的组合建筑”发明是具有五个面的单个混凝土盒子的传统做法，没有描述模块之间组合成建筑的结构和构造。
7.公布号cn109138168a的“结构保温一体化的装配式混凝土结构盒式房屋及施工方法”和公开号cn1188832a的“拼装式钢筋混凝土盒子结构和制法”两个发明描述将2d带保温的板、柱栓接或者浇灌混凝土节点拼装成具有五个面的3d混凝土盒子的方法。但现场拼装导致施工周期长，而且二个专利均没有解决模块之间如何组合成建筑的结构和构造。
8.公布号cn1022700c的“平模预制组装混凝土盒型房屋的工艺”、cn109372126a的“一种预制混凝土盒子住宅结构体系”、cn86105048的“滑动防震盒子建筑”三个发明的混凝土盒子之间的连接受力点集中到四个角，在地震等特殊情况不足以抵御强大的外力，将造成角部钢筋断裂和混凝土开裂。
9.公告号为cn209603286u的“一种中高层混凝土模块化建筑结构”发明用预应力钢绞线连接盒子的施工精度要求高，混凝土盒子叠在一起后施工难度大。盒子之间仅靠边上的钢绞线拉力，受力点少。
10.公告号为cn104847018a的“一种预制混凝土箱形结构建筑的整体式装配方法”发明的混凝土现浇带位于上下层箱式模块之间，现场需要制作模板、绑扎钢筋、浇筑混凝土等施工，混凝土现浇梁和传统施工方法一样需要凝固和养护时间，此方法失去了盒子建筑安装简单、施工速度快的优势。
11.公告号为cn110612373 a的“pre-fabricated pre-finished volumetric constructionofabuilding”的专利的盒子墙板外侧带有浇筑砂浆的空腔，插入钢棒实现垂直方向连接对施工的精密度要求较高，空腔与模块主体只靠混凝土连接强度不足。建筑缺
少抵抗建筑剪切力的构造，而且水平连接的钢板套在墙体的钢棒上，拉力可能破坏墙体。
12.公告号为cn112119193a(cn112135948a)的“ppvc connector(ppvc连接器)”两个发明的金属凹槽卡件占据了较大的墙体厚度，凹槽仅靠混凝土粘接主体结构握力不足。金属凹槽等构件增加成本和工序，削弱了空间模块化建筑的优势。墙体下面的水平连接板需要在施工现场安装，导致此处不能在工厂预制装修。
13.公告号为cn109695296a的“预制体积建筑模块及用于接合预制体积建筑模块的连接器”发明的上下层箱式建筑模块竖向连接采用了常用的构造。其中一些节点需要在施工现场的室内地面边缘注浆固定，影响了地面和墙下部的工厂化预制装修。
14.我国已经进入人口老龄化社会，技术工人数量逐年减少。建筑领域需要一种结构科学合理、施工难度低、预制率高、耐久性好、低成本的建造方法。本发明必将成为建筑业绿色、装配式转型的优秀载体，具有强大的生命力及巨大的发展后劲。


技术实现要素：

15.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的第一个目的是提供一种可一次性快速翻制、高预制率的钢筋混凝土箱式模块，并且结构整体性和稳定性较好。
16.本发明的第二个目的是提供一种钢筋混凝土箱式模块化建筑结构，能够简便地将箱式模块组装成建筑，缩短现场施工期，减少劳动力需求，减少施工过程中的材料浪费、建筑垃圾和环境污染。
17.本发明的第三个目的是提供一种提高钢筋混凝土箱式模块化建筑加工和施工效率的建造方法。
18.为实现第一个目的，本发明提供的技术方案如下：
19.一种混凝土箱式模块，包括一个顶面、四个墙面、一个底面围合成具有房间功能的三维空间钢筋混凝土剪力墙盒子。
20.混凝土箱式模块的各面为双层钢筋网混凝土板，各个面的钢筋网均连接在一起，形成钢筋网架的盒子。各墙面边缘和顶面边缘设有构造柱和梁。各面钢筋网设置了斜向交叉的拉筋，洞口各面四角设置了斜向加强筋。洞口扩大时，加大此面混凝土构造梁和柱的钢筋配比。
21.如上所述，本发明是具有6个面的钢筋混凝土箱式结构，各个面连为一体，故所述箱式模块稳固度好、整体性高、抗压性强。整体的结构能够承受较大荷载，且在水平方向具有较好的抗侧刚度、稳定性和抗变形能力。
22.为实现第二个目的，本发明提供的技术方案如下：
23.一种混凝土箱式模块化建筑结构，包括多个所述的箱式模块呈多排、多列、多层排列；上下左右及前后相邻的所述的箱式建筑模块被竖向的贯通式浆锚连接空腔、横向的连接凹槽构造和贯通式咬合凹槽、模块之间的表面利用砂浆粘接将各部分连接为一个整体。建筑的基础、各层箱式建筑模块、女儿墙或坡屋面三个部分也利用以上方法将结构连为一体。
24.进一步地，一种竖向贯通式浆锚连接空腔构造位于墙体的双层钢筋中间，并且双层钢筋网每层水平方向设置环形加强筋，以保证贯通式浆锚连接空腔与主体结构一体化。贯通式浆锚连接空腔内带有上伸出的固定连接钢筋，用于连接上层箱式建筑模块的非固定
连接钢筋。两个钢筋通过拴接、焊接或扎接等形式紧固在一起，当放下上层箱式建筑模块时将两根钢筋套入上层箱式建筑模块的空腔内。将非固定连接钢筋与本层的预埋钢筋固定在一起，浇注砂浆后实现竖向连接节点固定和保护。
25.进一步地，横向的连接凹槽构造位于顶板边缘的贯通式浆锚连接空腔和吊环的顶部。凹槽底板有与顶板钢筋焊在一起的预埋钢板，预埋钢板中间有对应贯通式浆锚连接空腔和吊环大小的开口。当箱式建筑模块并置排列时，各个连接凹槽相互对应，将长方形的横向连接钢板套在预埋连接钢筋和吊环上，分别焊在预埋钢板上实现水平方向连接。为了对连接构件保护，在水平方向连接凹槽内浇筑砂浆至顶面。根据前后左右相邻箱体的数量，角部的横向连接钢板可以是长方形(2个)、l形(3个)或正方形(4个)。
26.进一步地，为增强建筑各部分的整体性和稳固性，相邻箱体模块的表面具有贯通咬合凹槽，两侧凹槽的开口一一对应形成上下贯通的空腔，在其中浇筑砂浆除了起到粘合作用，砂浆固化后形成条形混凝土咬合在两侧墙体中。各部分相互贴合的表面利用砂浆灌缝和坐浆粘合，从而增加了建筑的整体性、抗侧力和抗剪力。
27.箱式模块化建造方法适合宿舍、公寓、病房、酒店、办公楼等单元化空间布局的建筑。
28.如上所述，本发明的混凝土箱式模块化建筑具有以下有益效果：
29.一种贯通式浆锚连接空腔构造的数量和位置可以根据建筑结构设计参数化、模数化增减布置。仅通过钢筋和钢板焊接，以及浇筑砂浆完成组装施工，不需要支模板和构件支架，避免了装配式建筑构件成本高，施工精度要求高的问题。
30.箱体模块之间的连接构造是箱体模块自身水平和竖向受力钢筋的延伸，模块化建筑整体性好，结构设计科学合理。连接构造兼顾了箱式模块的竖向连接、水平连接和剪切力等综合因素，用一个构造位置解决多个结构需求可以节约材料和减少工作量。连接构件均被混凝土包裹为一个整体，抗变形性好，防火、耐腐蚀性强，解决了连接构件耐用和与建筑主体同寿命的问题。
31.为实现第三个目的，本发明提供的技术方案如下：
32.一种混凝土箱式模块化建筑的建造方法，包括如下步骤：
33.在盒子内模外制作箱式钢筋网，在钢筋网固定预埋件、贯通连接空腔、管线套管和阳台等部品的连接件。合模后浇注混凝土。混凝土固化后，移到到底面钢筋上，将墙体胡子筋和底面钢筋网连为一体。固定预埋件、管线套管和部品的连接件后，浇筑底面混凝土，制成六个面的箱体建筑模块主体结构。为减轻建筑重量和提高隔音性能，底面可以制作成表层混凝土板，底层是空心加混凝土肋的构造。
34.根据箱体模块建筑图纸安装外门窗，保温层，天花装修龙骨，管线套管和设备，墙、地面等内部装修。
35.将多个以装修的箱式建筑模块吊装至已经建好的建筑基础上方，将基础伸出的地脚钢筋和箱式模块空腔内的非固定连接钢筋连接在一起。在基础表面铺设砂浆，把箱式建筑模块落到基础上。将箱式建筑模块沿所述建筑基础长度方向逐一排列安装。利用横向连接钢板将相邻的每个水平连接凹槽内的预埋钢板焊接在一起，完成各个箱式模块水平方向连接。在贯通式浆锚连接空腔浇注砂浆，直至水平连接凹槽内砂浆与箱式建筑模块的顶面平齐。
36.进一步地，单个所述箱式建筑模块为一个独立房间单元，或将开口相对布置组成更大的空间。
37.所有部分及部品安装完成后，对缝隙进行填充和密封，以便保证建筑的气密性、水密性和隔音性能。
38.最后，对建筑进行整体的装饰装修。
39.如上所述，本发明的混凝土箱式模块化建筑的建造方法，具有以下有益效果：
40.上述建造方法，箱式建筑模块主体可以利用模具一次性翻制生产，将大部分现场施工转移到了工厂。现场主体建筑施工简化到把箱式模块像搭积木一样叠在一起，连接竖向钢筋，焊接横向连接钢板，再浇筑砂浆即可。结构连接材料采用普通的钢筋和钢板，箱式建筑模块本身即是连接构造的模具，不需要昂贵的构件和设施。施工过程简便、快捷、安全。六个面的箱体促使更多的装修工序可以在工厂完成，而且现场安装工序基本在箱式建筑模块外部施工，不影响在工厂预装保温、管线、外门窗和装修。
41.建筑行业是实现碳达峰、碳中和目标的关键领域，箱式混凝土模块化装配式建筑是建筑业发展的趋势，在生产、施工、建筑运行过程中具有成本低、节能、环保的优势。
附图说明
42.图1单个箱式建筑模块立体示意图；
43.图2图1箱式建筑模块的墙体构造示意图；
44.图3图1箱式建筑模块的顶面示意图；
45.图4图3中a处横向连接凹槽构造示意图；
46.图5单个箱式建筑模块的基础平面示意图；
47.图6箱式模块化建筑组合示意图；
48.图7图6中b处上下层箱式建筑模块连接构造示意图；
49.图8图6中c处水平相邻箱式模块角部横向连接构造示意图；
50.图9三个水平相邻箱式建筑模块角部横向连接构造示意图；
51.图10四个水平相邻箱式建筑模块角部横向连接构造示意图。
52.图中：1、顶面；2、吊环；3、构造梁；4、贯通式浆锚连接空腔；5、底面；6、门、窗洞口；7、构造柱；8、墙体；9、贯通式咬合凹槽；10、横向连接凹槽；11、斜拉筋；12、预埋连接钢筋；13、加强筋；14、主体钢筋；15、预埋钢板；16、波纹管/抽芯空腔内壁；17、砂浆空腔；18、下层插接钢筋；19、混凝土基础；20、混凝土地面；21、地脚钢筋；22、女儿墙现浇结合部；23、复合保温预制女儿墙；24、右上层箱式建筑模块；25、上、下层箱式建筑模块坐浆粘接；26、右下层箱式建筑模块；27、左下层箱式建筑模块；28、横向连接钢板；29、左上层箱式建筑模块；30、横向连接钢板及垫片；31、灌浆口；32、上层插接钢筋；33、吊环预埋钢板；34、预埋钢板焊接缝；35、并置模块砂浆填缝；36、箱式建筑模块d1；37、箱式建筑模块d2；38、箱式建筑模块d3；39、三个并置箱体角部横向连接钢板；40、箱式建筑模块e1；41、箱式建筑模块e2；42、箱式建筑模块e3；43、箱式建筑模块e4；44、四个并置箱体角部横向连接钢板。
具体实施方式
53.以下由特定的具体实例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书
揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
54.如图1所示，根据设计图纸制作所述具有顶板1、墙板8、底板5围合成的六个面的钢筋混凝土箱式建筑模块单元。还包括吊环2、贯通式浆锚连接空腔4、横向连接凹槽10、贯通式咬合凹槽9和门、窗洞口6。
55.如图2所示，将十字交叉的钢筋网固定到箱式模具的内模上，安装拉筋11、加强筋13，各面钢筋连为一体构成立体网架。安装门、窗洞口6的模具。钢筋网制作和钢筋网上安装构造梁3柱7加强筋、连接件、预埋件、水暖电套管和暗盒等工作可以在生产线自动切割，机器手布置和焊接。
56.如图3所示，顶板边缘的吊环2和贯通式浆锚连接空腔4所在的凹槽空间需预留。贯通咬合凹槽7的模具和外模板是一体的。
57.将箱式模具的外模合模，浇筑砂浆，再利用蒸汽等养护混凝土，制成箱式建筑模块的主体结构。为制得的所述箱式模块外墙安装保温层，或者保温层与主体结构一体化翻制，安装门窗，进行室内装修。
58.如图4所示，所述贯通式浆锚空腔被墙体钢筋14套在中间，保证连接结构受力的可靠性。竖向贯通式浆锚连接空腔4可以利用抽芯管工艺，在混凝土初凝前从上到下沿钢筋笼插入立模，带混凝土终凝后拔出抽芯管，形成预制墙体中用于贯通式连接的浇筑砂浆空腔17。也可以利用将波纹管16与钢筋网绑扎或焊接固定，制成所述贯通式浆锚连接空腔的免拆模具。其向上伸出的预埋连接钢筋12也与主体钢筋或波纹管焊接为一体。预埋钢板15与顶面钢筋14焊接在一起。
59.如图5所示，首层箱式建筑模块的墙体下方，应根据建筑设计图纸制作钢筋混凝土条形基础19作为支撑，制作基础、地基和楼面20，并且预埋与条形基础相连的地脚钢筋21。
60.如图6所示，将多个以装修的箱式建筑运输和吊装至已经建好的建筑基础上方，将基础伸出的地脚钢筋21和箱式模块空腔内的上层插接钢筋32固定在一起，完成此箱式建筑模块全部竖向钢筋连接后，在楼面铺设砂浆，落下箱式建筑模块，两个连接的钢筋套在竖向贯通式浆锚连接空腔4内。重复上述操作，沿所述建筑基础长度方向排列安装首层箱式建筑模块。下层箱式建筑模块26顶面铺设砂浆25，上层箱式建筑模块24放下时两个建筑箱式模块粘接在一起。
61.如图7所示，所述箱式建筑模块利用向上伸出的若干个预埋钢筋12与上层箱式建筑模块的插接钢筋32焊接或扎接在一起，上层箱式建筑模块的竖向贯通式浆锚连接空腔4将连接的钢筋套入其中，浇筑砂浆17后上下层箱式建筑模块连为一体。水平方向并置模块24和29之间的缝隙35也灌入砂浆连接，横向连接凹槽内也浇筑砂浆以便保护连接构件。
62.复合保温预制女儿墙或坡屋顶也利用贯通式浆锚连接空腔4与下层的箱式模块连接。预制女儿墙23与所在位置下层箱式模块宽度相同，两端留出连接钢筋作为现浇结合部22。预制女儿墙外部的保温层是现浇结合部自带的免拆模板。同时在此处制作雨水排水口。预制女儿墙连接在一起构成建筑的钢筋混凝土圈梁。女儿墙底面与箱式模块顶面之间利用砂浆粘接。女儿墙顶部设置两边出挑的、内坡的防水盖板和避雷设施。
63.如图8所示，箱式建筑模块顶面四边设置了横向连接凹槽10，其中有与顶面钢筋焊接在一起的预埋钢板15或吊环预埋钢板33。将并置的箱式建筑模块之间相对应的预埋钢板对焊34在一起，再将横向连接钢板28和30分别焊在各自的预埋钢板15和33上以便加固模块
间水平方向连接。图9示意了d1、d2、d3三个并置模块角部的l形连接钢板39。图10示意了e1、e2、e3、e4四个并置模块角部的正方形连接钢板44。
64.完成所有构件和部品组装后，处理交接缝隙的水密性、气密性，进行设备和新能源装置安装，以及建筑装饰工作。