倒伞状正多边形钢结构模块及其安装方法
【专利摘要】本发明公开了一种倒伞状正多边形钢结构模块及其安装方法。该模块包括楼面模块、钢柱以及钢结构屋盖模块；所述的钢结构屋盖模块的边框呈正多边形，且整体呈倒伞状，内表面的最低点通过所述的钢柱与楼面模块相连；所述的钢柱内部中空，作为钢结构屋盖模块的排水通道；所述的楼面模块呈正多边形平面结构。本发明的倒伞状六边形钢结构模块体系，当在不同地方重组它的时候，它可以具有一个完全不同的形态，这给与了它更大的灵活度，使它具有更长的生命周期。理论上它可以不停地被移动和重塑，使得建筑具有更长的生命周期，而且具有工业化程度高,装配速度快，现场湿作业少,可再生利用,污染少,自重轻等技术特点。
【专利说明】
倒伞状正多边形钢结构模块及其安装方法
技术领域
[0001]本发明涉及建筑技术领域，尤其涉及一种倒伞状正多边形钢结构模块及其安装方法。
【背景技术】
[0002]中国近年来伴随着建造热潮出现了大量临时建筑，尤其是随着房地产开发而建造的作为售楼处或展厅的临时建筑，常常在结束短暂的使命后被拆除。部分原因是土地并非私有，所以导致了一定的不确定性，建筑常被拆除。
[0003]另外随着消费者生活水平的提高，人们对建筑的品质要求也越来越高。高品质质量需求与落后的生产方式之间的矛盾日益显著。所以传统建筑的设计理念与施工方法已无法满足人们对高品质建筑的需求。
[0004]基于上述存在的问题，发明人经过认真研究设计，开发出一种倒伞状六边形钢结构模块体系，它的模数化建造意味着当在不同地方重组它的时候，它可以具有一个完全不同的形态，这给与了它更大的灵活度，使它具有更长的生命周期，理论上它可以不停地被移动和重塑。另外与传统坡屋面的设计理念有所不同，倒伞状的造型设计具有一定的新颖与独特之处。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，并提供一种倒伞状正多边形钢结构模块及其安装方法。
[0006]本发明的主要核心是设计理念较独特，将所有拼装的部件都形成成品件，然后现场快速安装即可。因此主要是将屋盖以及楼面系统模块化、固接节点标准化。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0007]倒伞状正多边形钢结构模块，包括楼面模块、钢柱以及钢结构屋盖模块;所述的钢结构屋盖模块的边框呈正多边形，且整体呈倒伞状，内表面的最低点通过所述的钢柱与楼面模块相连;所述的钢柱内部中空，作为钢结构屋盖模块的排水通道;所述的楼面模块呈正多边形平面结构。屋盖模块和楼面模块可采用不同的正多边形，但考虑到快速拼装的要求，尽量采用双数边结构，如正六边形、正八边形等。
[0008]本发明中，屋盖模块和楼面模块采用集成化、模块化设计可以连带建筑装饰整体拆卸再次重组，并且其结构安全可靠。屋盖模块和楼面模块的边框均采用正多边形结构，使得其能够根据所需的形状进行自由拼接。另外，与传统的四周设置天沟进行排水的屋面不同的是，室外排水不利于整体造型的美观，本发明屋面设计成向上倾斜，以便于采用内排水方式。屋面的排水口位于屋盖中心，且排水通道直接采用同时作为支撑结构的钢柱，由此大大简化了模块的结构。其次，屋面梁与水平方向的夹角有效地降低了屋面荷载对梁端部的弯矩作用，一定程度上减小了梁的截面尺寸，节省材料具有经济性;再者，倒伞状设计增大了室内净空，提高了居住的舒适度。
[0009]作为优选，所述的钢结构屋盖模块边框由六条边梁围成正六边形，所述的正六边形的6个顶点分别通过6条主梁与钢柱顶部的法兰盘连接，将屋盖模块的内表面分割为6个正三角形栅格，每个正三角形栅格通过3条次梁分割为4个次级正三角形栅格。
[0010]进一步的，所述的主梁与水平面之间的倾斜角为21°。该角度的设置考虑到屋面防水层材料的性能的发挥和构造因素，在该角度下屋面排水能够快速汇集排出，同时整体结构性能也可以得到保证。
[0011]进一步的，所述的主梁次梁采用T型钢或H型钢。该设计时为了便于主梁、次梁的固定，可以直接与法兰盘通过螺栓进行快速装配，缩短工期。
[0012]进一步的，所述的楼面模块的边框由6条边梁首尾相连形成正六边形平面结构，且其6个顶点分别通过6条双角钢主梁与钢柱底部的法兰盘连接，将楼面模块分割为6个正三角形栅格，每个正三角形栅格通过3条倒T型次梁分割为4个次级正三角形栅格;考虑到放置预制板的需要所以边梁是由方钢管侧壁连接角钢侧壁组合而成的，角钢、双角钢主梁和倒T型次梁的翼缘围成支座，支座上方放置正三角形的预制楼板。
[0013]选用角钢和T型钢作为梁构件是为了放置三角形预制楼板提供支座，实现楼面的快速铺装，而无需进行现场浇筑。
[0014]更进一步的，所述的楼面模块底部设有两种楼面模块支座，包括带方形面板的支座A和带正三角形面板的支座B，且正三角形面板优选进行截角处理;支座A和支座B的面板下方均连接三块相互呈120°夹角的支撑板，支撑板与面板之间通过肋板进行加固；支座A支承于每条双角钢主梁下方，而支座B支承于相邻拼接的三个楼面模块的顶点聚集处。
[0015]由于本楼面模块为正六边形，其水平方向的传力途径并非相互垂直而成一定的角度，本支座设计成三角形状比传统支座十字交叉型受力更为合理，并且节省材料具有一定的经济效益。
[0016]更进一步的，相邻的楼面模块之间通过三种标准化的连接板实现拼接，连接板a上带有阴角，用于连接仅有两块楼面模块拼接时出现的阴角部位;连接板b为截角五边形，用于楼面模块的阳角处连接;连接板c为截角三角形，用于同时连接相邻拼接的三个楼面模块;连接板与楼面模块之间通过螺栓连接。
[0017]根据楼面模块的不同组合选用连接板型，标准化的连接板方便现场的安装作业，并且连接板与楼面模块采用螺栓连接进一步缩短工期。
[0018]进一步的，所述的钢柱顶部的法兰盘上方设有环形连接件，环形连接件上周向固定有6条T型或H型牛腿，每条牛腿与I条主梁通过全螺栓连接。该法兰盘可以与主梁配合，实现快速装配。
[0019]本发明的另一目的在于提供一种倒伞状正多边形钢结构模块的安装方法，步骤如下:
[0020]I) 土建基础施工，并安装预埋件；
[0021 ] 2)安装钢柱的柱脚及楼面模块支座；
[0022]3)在柱脚上安装钢柱，并采用高强螺栓或地脚螺栓连接;钢柱安装好后拉设缆风绳进行临时固定；
[0023]4)在楼面模块支座上依次安装楼面模块主梁、次梁及边梁；
[0024]5)利用起重机械将倒伞状钢结构屋盖模块在地面进行拼装，先将主梁与环形连接件进行拼装，再依次拼装次梁和边梁，最终形成钢结构屋盖模块整体;必要时对屋盖需采取临时加固措施;采用起重机械将拼装完成的屋盖结构安装至钢柱顶部的法兰盘上；
[0025]6)根据目标平面布置图，在需要设置倒伞状正多边形钢结构模块的地方流水或平行施工其他模块结构;各模块之间安装相应的标准化的连接板；
[0026]7)在楼面模块的正三角形栅格上安装三角形预制楼板；
[0027]8)根据设计要求，对钢结构屋盖模块顶部或底部设置相应的屋面维护系统及附件；
[0028]9)根据设计要求，进行墙面维护系统及附件施工；
[0029 ] 1)根据设计要求，对内部进行精装修施工。
[0030]作为优选，当倒伞状正多边形钢结构模块使用完毕，依次对不同倒伞状正多边形钢结构模块间的连接板及各模块本体中的部件进行拆除，实现重复利用；当设计要求改变，需要增加倒伞状正多边形钢结构模块的覆盖范围时，先拆除待连接部位的连接板，再重复步骤I)?10);当设计要求改变，需要删减倒伞状正多边形钢结构模块的覆盖范围时，先拆除该模块与其他模块之间的连接板，再依次拆除模块本体中的各部件。
[0031 ]本发明的倒伞状六边形钢结构模块体系，当在不同地方重组它的时候，它可以具有一个完全不同的形态，这给与了它更大的灵活度，使它具有更长的生命周期。理论上它可以不停地被移动和重塑，使得建筑具有更长的生命周期，而且具有工业化程度高，装配速度快，现场湿作业少，可再生利用，污染少，自重轻等技术特点。
【附图说明】
[0032]为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1为本发明所述的倒伞状六边形钢结构建筑体系的结构示意图；
[0034]图2为本发明所述的倒伞状六边形钢结构建筑体系的楼面模块的示意图；
[0035]图3为楼面模块的支座结构示意图；
[0036]图4为连接楼面模块的标准化连接板的结构示意图；
[0037]图5为本发明所述的倒伞状六边形钢结构建筑体系的屋盖模块的示意图；
[0038]图6为连接屋盖模块与钢柱的法兰盘结构示意图。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图对本发明进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部是的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0040]本实施例中，屋盖模块和楼面模块均采用正六边形形式，可以方便的进行拼接组装。其基本构架包括六边形楼面模块、圆形钢柱以及倒伞状六边形钢结构屋盖模块。六边形楼面模块包含24个正三角形栅格、标准化的连接板以及三角形支座，三角形栅格由若干主次梁组成，在每个三角形栅格中放置预制板。标准化的连接板用以连接楼面模块，连接板的样式根据连接楼面模块的位置而定.三角形支座根据设计需求放置于地梁之下.圆形钢柱构件包括分别布置在钢柱两端的标准化法兰盘，法兰盘选用圆形还是弧形取决于所连接构件的数量.倒伞状六边形钢结构屋盖模块包括用于组成屋盖模块的若干主次梁以及以圆形钢柱作为排水通道的屋面内排水系统，而屋面排水通道安置于圆钢柱内部。下面结合附图详细描述该结构的实现方式。
[0041]首先如图1所示，是本实例的一个整体效果示意图，造型新颖独特。其主体结构包括楼面模块、钢柱以及钢结构屋盖模块。钢结构屋盖模块的边框呈正六边形，且整体呈中心凹陷的倒伞状，内表面的最低点位于中心处，且开设通孔与钢柱相连。钢柱内部中空，作为钢结构屋盖模块的排水通道。钢柱与楼面模块相连，楼面模块也呈正六边形平面结构，且楼面模块和钢结构屋盖模块在水平面的投影面积相同。因此其可以直接进行1:1配对组装，无需设置其他的填充物。
[0042]图2所示，为本实施例中的楼面模块。楼面模块的边框由6条边梁首尾相连形成正六边形平面结构，且其6个顶点分别通过6条双角钢主梁与钢柱底部的法兰盘连接，将楼面模块分割为6个正三角形栅格，每个正三角形栅格通过3条倒T型次梁分割为4个次级正三角形栅格;考虑到放置预制板的需要所以边梁是由方钢管侧壁连接角钢侧壁组合而成的，角钢、双角钢主梁和倒T型次梁的翼缘围成支座，支座上方放置正三角形的预制楼板。选用角钢和T型钢作为梁构件是为了放置三角形预制楼板提供支座，预制板厚度可与T型梁腹板高度相同。主梁与边梁直接连接，在边梁与主梁间加次梁以将约40平米的楼面模块划分为24块正三角形栅格，方便运输和现场的安装与拆卸。
[0043 ]图3所示，为本实施例中提出的楼面模块支座。楼面模块底部设有两种楼面模块支座，分别为带方形面板的支座A(图3.b)和带正三角形面板的支座B(图3.a)。其中支座B的正三角形面板预先进行截角处理，即将三角形的三个角截去，便于安装。支座A和支座B的面板下方均连接三块相互呈120°夹角的支撑板。支撑板与面板之间以及支撑板底部均通过肋板进行加固。每条双角钢主梁下需要设置支座A进行支撑。支座B支承于相邻拼接的三个楼面模块的顶点聚集处，若该处只有两个模块也可以用支座B进行支撑。支座B的支撑板可以设置成倒梯形，以节省原料并起到更好的受力效果。
[0044]图4所示，为本实施例中提出的楼面模块连接板。楼面模块间的连接共由三种标准化的连接板完成。连接板a(图4中a)上带有阴角，用于连接仅有两块楼面模块拼接时出现的阴角部位;连接板b(图4中b)为五边形，其中两个角进行截角处理，用于楼面模块的阳角(SP正六边形中没有与其他模块相接的角)处连接。连接板c(图4中c)为截角处理后的三角形，用于同时连接相邻拼接的三个楼面模块。根据楼面模块的不同组合选用连接板型，标准化的连接板方便现场的安装作业，并且连接板与楼面模块采用螺栓连接进一步缩短工期。
[0045]图5所示，为本实施例中提出的倒伞状钢结构屋盖模块。首先，室外排水不利于整体造型的美观和内部空间的利用，因此将屋面设计成向上倾斜，以便于采用内排水方式。钢结构屋盖模块周边的边框由六条边梁围成正六边形，正六边形的6个顶点分别通过6条主梁与钢柱顶部的法兰盘连接，将屋盖模块的内表面分割为6个正三角形栅格，每个正三角形栅格通过3条次梁分割为4个次级正三角形栅格。最后，考虑到屋面防水层材料的性能和构造因素，最终将倾斜角定位为21度。主梁次梁采用可采用T型钢或H型钢，视屋面所需附着的面板或填充物而定。正三角形栅格的设计，可以利用预制板或其他预制材料实现屋面的快速装配。屋盖顶部和底部的钢结构上，均可进行二次装修。例如可以在屋盖上的正三角形栅格中依次铺设网状支撑层、隔热填充层和防水面料层，其底部安装吊顶面板。当无防雨需求时，也可直接在正三角形栅格中设置百叶。本实施例中，屋面模块由变高度焊接的T型主梁、焊接的T型次梁和焊接槽型边梁组成。屋面梁相互搭接组成24块正三角形栅格保证了屋面模块的刚度与整体稳定性。槽型边梁上下翼缘分别相隔500mm，预留螺栓孔，螺栓连接替代现场焊接，方便现场作业，易于把控施工质量。
[0046]图6所示，为本实施例中提出的连接屋盖模块与钢柱的法兰盘。所述的钢柱顶部的法兰盘上方设有环形连接件，环形连接件上周向固定有6条T型或H型牛腿，每条牛腿与I条主梁通过全螺栓连接。屋面梁通过法兰盘连接为一个屋盖模块，该法兰盘与柱上端预留法兰盘通过螺栓连接。这种设计方式可以实现建筑工业化、集成化、拼装化。
[0047]一种倒伞状正多边形钢结构模块的安装方法，步骤如下:
[0048]I) 土建基础施工，并安装预埋件；
[0049]2)安装钢柱的柱脚及楼面模块支座；
[0050]3)在柱脚上安装钢柱，并采用高强螺栓或地脚螺栓连接;钢柱安装好后拉设缆风绳进行临时固定；
[0051]4)在楼面模块支座上依次安装楼面模块主梁、次梁及边梁；
[0052]5)利用起重机械将倒伞状钢结构屋盖模块在地面进行拼装，先将主梁与环形连接件进行拼装，再依次拼装次梁和边梁，最终形成钢结构屋盖模块整体;必要时对屋盖需采取临时加固措施;采用起重机械将拼装完成的屋盖结构安装至钢柱顶部的法兰盘上；
[0053]6)根据目标平面布置图，在需要设置倒伞状正多边形钢结构模块的地方流水或平行施工其他模块结构;各模块之间安装相应的标准化的连接板；
[0054]7)在楼面模块的正三角形栅格上安装三角形预制楼板；
[0055]8)根据设计要求，对钢结构屋盖模块顶部或底部设置相应的屋面维护系统及附件，如顶部铺设玻璃或金属屋面及其他装饰物；
[0056]9)根据设计要求，进行墙面维护系统及附件施工，如玻璃幕墙、金属板材幕墙；
[0057]10)根据设计要求，对内部进行精装修施工。
[0058]当倒伞状正多边形钢结构模块使用完毕，依次对不同倒伞状正多边形钢结构模块间的连接板及各模块本体中的部件进行拆除，实现重复利用；当设计要求改变，需要增加倒伞状正多边形钢结构模块的覆盖范围时，先拆除待连接部位的连接板，再重复步骤I)?10);当设计要求改变，需要删减倒伞状正多边形钢结构模块的覆盖范围时，先拆除该模块与其他模块之间的连接板，再依次拆除模块本体中的各部件。
【主权项】
1.一种倒伞状正多边形钢结构模块，其特征在于，包括楼面模块、钢柱以及钢结构屋盖模块;所述的钢结构屋盖模块的边框呈正多边形，且整体呈倒伞状，内表面的最低点通过所述的钢柱与楼面模块相连;所述的钢柱内部中空，作为钢结构屋盖模块的排水通道;所述的楼面模块呈正多边形平面结构。2.如权利要求1所述的倒伞状六边形钢结构模块，其特征在于，所述的钢结构屋盖模块边框由六条边梁围成正六边形，所述的正六边形的6个顶点分别通过6条主梁与钢柱顶部的法兰盘连接，将屋盖模块的内表面分割为6个正三角形栅格，每个正三角形栅格通过3条次梁分割为4个次级正三角形栅格。3.如权利要求2所述的倒伞状六边形钢结构模块，其特征在于，所述的主梁与水平面之间的倾斜角为21°。4.如权利要求2所述的倒伞状六边形钢结构模块，其特征在于，所述的主梁次梁采用T型钢或H型钢。5.如权利要求2所述的倒伞状六边形钢结构模块，其特征在于，所述的楼面模块的边框由6条边梁首尾相连形成正六边形平面结构，且其6个顶点分别通过6条双角钢主梁与钢柱底部的法兰盘连接，将楼面模块分割为6个正三角形栅格，每个正三角形栅格通过3条倒T型次梁分割为4个次级正三角形栅格;所述的边梁由方钢管侧壁连接角钢而成，角钢、双角钢主梁和倒T型次梁的翼缘围成支座，支座上方放置正三角形的预制楼板。6.如权利要求5所述的倒伞状六边形钢结构模块，其特征在于，所述的楼面模块底部设有两种楼面模块支座，包括带方形面板的支座A和带正三角形面板的支座B，且正三角形面板优选进行截角处理;支座A和支座B的面板下方均连接三块相互呈120°夹角的支撑板，支撑板与面板之间通过肋板进行加固；支座A支承于每条双角钢主梁下方，而支座B支承于相邻拼接的三个楼面模块的顶点聚集处。7.如权利要求5所述的倒伞状六边形钢结构模块，其特征在于，相邻的楼面模块之间通过三种标准化的连接板实现拼接，连接板a上带有阴角，用于连接仅有两块楼面模块拼接时出现的阴角部位;连接板b为截角五边形，用于楼面模块的阳角处连接;连接板c为截角三角形，用于同时连接相邻拼接的三个楼面模块;连接板与楼面模块之间通过螺栓连接。8.如权利要求4所述的倒伞状六边形钢结构模块，其特征在于，所述的钢柱顶部的法兰盘上方设有环形连接件，环形连接件上周向固定有6条T型或H型牛腿，每条牛腿与I条主梁通过全螺栓连接。9.一种倒伞状正多边形钢结构模块的安装方法，其特征在于，步骤如下: 1)土建基础施工，并安装预埋件； 2)安装钢柱的柱脚及楼面模块支座； 3)在柱脚上安装钢柱，并采用高强螺栓或地脚螺栓连接;钢柱安装好后拉设缆风绳进行临时固定； 4)在楼面模块支座上依次安装楼面模块主梁、次梁及边梁； 5)利用起重机械将倒伞状钢结构屋盖模块在地面进行拼装，先将主梁与环形连接件进行拼装，再依次拼装次梁和边梁，最终形成钢结构屋盖模块整体;必要时对屋盖需采取临时加固措施;采用起重机械将拼装完成的屋盖结构安装至钢柱顶部的法兰盘上； 6)根据目标平面布置图，在需要设置倒伞状正多边形钢结构模块的地方流水或平行施工其他模块结构;各模块之间安装相应的标准化的连接板； 7)在楼面模块的正三角形栅格上安装三角形预制楼板； 8)根据设计要求，对钢结构屋盖模块顶部或底部设置相应的屋面维护系统及附件； 9)根据设计要求，进行墙面维护系统及附件施工； 10)根据设计要求，对内部进行精装修施工。10.如权利要求9所述的倒伞状正多边形钢结构模块的安装方法，其特征在于，当倒伞状正多边形钢结构模块使用完毕，依次对不同倒伞状正多边形钢结构模块间的连接板及各模块本体中的部件进行拆除，实现重复利用；当设计要求改变，需要增加倒伞状正多边形钢结构模块的覆盖范围时，先拆除待连接部位的连接板，再重复步骤I)?10);当设计要求改变，需要删减倒伞状正多边形钢结构模块的覆盖范围时，先拆除该模块与其他模块之间的连接板，再依次拆除模块本体中的各部件。
【文档编号】E04B1/00GK105926765SQ201610513484
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】徐晗, 刘兵华, 张帅彬, 钱利, 金建勇
【申请人】中天建设集团浙江钢构有限公司