模块化钢框架连接装置及其连接方法与流程

本发明涉及建筑工程设备技术领域，涉及一种钢结构模块化建筑中钢结构模块之间的连接节点结构，特别是一种模块化钢框架连接装置及其连接方法。

背景技术：

随着近些年来社会的快速发展，人们生活水平的提高，建筑模式也在悄然发生着变化，人们对建筑的要求不再仅仅注重房屋的整体结构性能，而且对于建筑施工的质量和速度也有了更高的要求。

装配式建筑是采用在工厂制造的构件运输至施工现场进行装配而成的建筑形式。这种建筑的优点包括建造速度快、受气候条件制约小、节约劳动力以及可以提高建筑质量。装配式建筑的发展是建筑工业化的关键环节，也是工业化建筑最终实现途径和根本特征。

目前，根据不同的预制程度，装配式建筑所采用预制单元一般可分为：杆件单元、板体单元和模块单元几种，其所对应建筑结构体系为：直接装配式结构体系、预制板体单元结构体系与模块化建筑结构体系。

模块化建筑作为一种新兴的建筑体系具有高度的预制化比例，对提高工程质量、缩短工期、节约人力物力、保护环境等多方面有显著的优势，符合对于建筑工业化以及绿色建筑的发展要求。

模块化建筑结构体系通常以整个房间作为单个空间模块单元在工厂进行预制，并可对模块单元的内部空间进行布置与装修，之后运输到施工场地采用吊装使模块可靠的连接为建筑整体。

钢结构模块化建筑是指将工厂预制好的钢结构模块运到建筑现场通过连接结构连接起来组成建筑整体。钢结构模块是钢结构模块化建筑的基本单元，其组合与连接方式直接与建筑的形象和力学性能紧密相关。钢结构模块化建筑在中国刚刚起步，对其钢结构模块连接装置的研究很少且工业化程度不高，钢结构模块连接装置的设计中依然存在许多问题，这不利于中国模块化建筑的发展。

现有的钢结构模块建筑主要由3种类型。第一类为用集装箱改造成的集装箱房：可对废弃货柜集装箱再次利用，也可对新集装箱进行改造，使其具备需要的建筑功能，优点是坚固耐用，缺点是用钢量较大且模块尺寸比较单一；第二类为采用冷弯薄壁型钢构成的模块体系：用钢量省，尺寸较灵活，模块间连接较方便，缺点是承载力不高，仅能用于低、多层建筑；第三类为采用型钢焊接而成的模块建筑，具有承载力较高、尺寸选择较灵活的特点。

而对于采用型钢焊接而成的模块建筑，其连接装置接其连接方式，直接影响建筑的美观程度和承载情况，因此，连接装置接其连接方式对于钢结构模块化建筑来说至关重要。

中国专利CN 103993654 A模块化装配式钢结构房屋建筑体系，公开了模块化装配式钢结构房屋建筑体系，包括装配式套间模块和连接部件；其中，装配式套间模块在工厂施工预制完成；所述装配式套间模块包括梁、柱、楼板以及按项目要求在其中添加的结构和设备；在施工现场，套间单元之间能够借助连接件进行连接；连接部件包括高强螺栓、在模块连接用孔洞处及外墙连接处安装的填补部件和装饰部件或安装操作用孔洞的现浇填补部件、模块间起连接作用的给排水管道及给排水管道连接部件、模块间起连接作用的供暖管道及供暖管道连接部件、模块间起连接作用的电线及电线连接部件以及装配式运输设备或楼梯。此专利中的连接部件主要为高强度螺栓，此种加工方式连接处多，施工极其复杂，且牢固程度不能够保障。

中国专利CN 104763059 A建筑用连接件、框架结构和用连接件组装框架结构的方法，公开了一种型材组合模块化建筑用连接件，包括一个中心部件和数个从中心部件向外延伸的连接部；连接部上设置有用于连接梁柱材料的固定装置，其中，固定装置为螺孔。此建筑用连接组件框架与前述专利中所用的连接技术相同，均是采用螺孔与螺栓的配合。但是，此种施工方式的工作量极大，需要每一个螺孔进行固定连接，且连接位置的增加，无疑会增加松动的风险，降低建筑物的承载能力。

技术实现要素：

根据上述不足之处，本发明的目的是提供一种施工便捷，承载力大的模块化钢框架连接装置及其连接方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案在于：一种模块化钢框架连接装置，至少包括内部中空的第一方钢管柱和第二方钢管柱，第一方钢管柱和第二方钢管柱之间通过内套筒相连，内套筒与第一方钢管柱和第二方钢管柱之间间隙配合，内套筒外周环设有与第一方钢管柱和第二方钢管柱的柱口相平行的定位块。

优选的是：所述的定位块至少为上下两层。

优选的是：还包括连接板，所述的连接板设有与内套筒相配合的装配孔。

优选的是：所述的装配孔与内套筒间隙配合。

优选的是：所述的连接板并列设有与内套筒相配合的两个装配孔。

优选的是：所述的连接板中心对称设有与内套筒相配合的四个装配孔。

优选的是：所述相邻的装配孔之间设有间隔筋。

本发明还提供一种模块化钢框架连接装置的连接方法，包括如下步骤：

(1)按施工要求，在工厂内预制所需的第一方钢管柱、第二方钢管柱、内套筒和连接板；

(2)在工厂内预先将内套筒嵌入第二方钢管柱内，通过内套筒的下层定位块卡在第二方钢管柱的柱口位置进行定位；

(3)将内套筒与第二方钢管柱采用周边围焊角焊缝连接，并将定位块打磨至内套筒和连接板下表面外轮廓齐平，然后将焊缝补齐完整；

(4)根据施工要求，将若干个第一方钢管柱连接成上层模块化钢框架，将若干个第二方钢管柱连接成下层模块化钢框架；

(5)将上层模块化钢框架、下层模块化钢框架和连接板运输至施工现场，将下层模块化钢框架的第二方钢管柱与基础固定；

(6)角部连接：将上层模块化钢框架吊装至下层模块化钢框架的内套筒上方，并将上层模块化钢框架的第一方钢管柱下落至接触内套筒，使得内套筒的上端嵌入上层模块化钢框架的第一方钢管柱内，通过内套筒的上层定位块将第一方钢管柱卡在第一方钢管柱的柱口位置进行定位；将内套筒与第一方钢管柱采用周边围焊角焊缝连接，并将定位块打磨至与第一方钢管柱的外轮廓齐平，然后将焊缝补齐完整，完成角部连接；

侧向连接：将设有两个装配孔的连接板吊装至下层模块化钢框架的内套筒上方，并落下，将内套筒套入连接板的装配孔内，同时内套筒侧面的上层定位块托住连接板进行定位，连接板的下表面与内套筒采用周边围焊角焊缝连接，焊接完成后将定位块打磨至与内套筒和连接板下表面外轮廓齐平然后将焊缝补齐完整；通过吊装，再将上层模块化钢框架吊装至内套筒上方，并落下，使得内套筒的上端嵌入上层模块化钢框架的第一方钢管柱内，第一方钢管柱的柱底接触连接板上表面进行定位，将第一方钢管柱的底部与连接板的上表面采用周边围焊V形坡口焊缝连接；

中心连接：将设有四个装配孔的连接板吊装至下层模块化钢框架的内套筒上方，并落下，将内套筒套入连接板的装配孔内同时内套筒侧面的上层定位块托住连接板进行定位，连接板的下表面与内套筒采用周边围焊角焊缝连接，焊接完成后将定位块打磨至与内套筒和连接板下表面外轮廓齐平然后将焊缝补齐完整；通过吊装，再将上层模块化钢框架吊装至内套筒上方，并落下，使得内套筒的上端嵌入上层模块化钢框架的第一方钢管柱内，第一方钢管柱的柱底接触连接板上表面进行定位，将第一方钢管柱的底部与连接板的上表面采用周边围焊V形坡口焊缝连接。

本发明的有益效果在于：

(1)模块化钢框架之间通过内套筒的方式进行连接，省却了螺钉或螺栓的固定方式，大大节省了现场施工的工序，缩短了施工时间；

(2)通过模块化钢框架与内套筒之间相互焊接，大大增强了框架之间的牢固程度，避免因螺钉或螺栓松动引起的风险；

(3)通过将模块化的钢框架预先在工厂进行部分加工，再到施工现场进行施工，大大缩短了现场施工的时间，并且对于现场的环境不会造成过多的影响；

(4)模块建筑是一种高度工业化的预制装配建筑，符合建筑产业技术进步的趋势和国家的政策导向。钢结构模块建筑有许多优点：功能分区与布置灵活、设计建造周期短、设计生产一体化、建筑重量轻、承载力高、抗震性能优越、产品质量可靠稳定、施工速度快、便于拆除和改建。

附图说明

图1是本发明的角部连接点的结构示意图；

图2是本发明的侧向连接点的结构示意图；

图3是本发明的中心连接点的结构示意图；

图4是本发明的原理示意图；

图5是本发明内套筒的结构示意图；

图6是本发明的二孔连接板的结构示意图；

图7是本发明的四孔连接板的结构示意图；

图8是本发明侧向连接节点的第二方钢管柱与内套筒采用周边围焊角焊缝连接的结构原理示意图；

图9是本发明侧向连接节点的连接板下表面与内套筒采用周边围焊角焊缝连接的结构原理示意图；

图10是发明中心连接节点的第二方钢管柱与内套筒采用周边围焊角焊缝连接的结构原理示意图；

图11是发明中心连接节点的连接板下表面与内套筒采用周边围焊角焊缝连接的结构原理示意图；

图12是本发明模块化钢框架角部连接节点结构示意图；

图13是本发明模块化钢框架侧向连接节点结构示意图；

图14是本发明模块化钢框架中心连接节点结构示意图；

图15是模块化钢框架连接结构示意图。

图中，1-第一方钢管柱；2-连接板；21-四孔连接板；22-二孔连接板；3-内套筒；4-第二方钢管柱；5-定位块；51-上层定位块；52-下层定位块；6-间隔筋；7-装配孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示的一种模块化钢框架连接装置，至少包括内部中空的第一方钢管柱1和第二方钢管柱4，第一方钢管柱1和第二方钢管柱4之间通过内套筒3相连，内套筒3与第一方钢管柱1和第二方钢管柱4之间间隙配合，如图5所示的内套筒3外周环设有与第一方钢管柱1和第二方钢管柱4的柱口相平行的定位块5。

一种优选的实施例是，定位块5至少为上下两层。其中，上层定位块51用于托住连接板2，下层定位块52用于卡在第二方钢管柱4上方。用于角部连接的内套筒3与用于侧向连接和中心连接的内套筒3是不完全一样的，其中用于角部连接的内套筒的上下两层定位块的间距大于用于侧向连接和中心连接的内套筒上的上下两层定位块的间距。这是因为，用于侧向连接和中心连接的内套筒的上表面要安装连接板2，连接板2有一定的宽度，为保证模块化钢框架连接的平整性，用于角部连接的内套筒的上下两层定位块的间距要多留出一个连接板2的厚度。

一种优选的实施例是，还包括连接板2，如图6、7所示，连接板2设有与内套筒3相配合的装配孔7。通过连接板2可以将侧向连接或中心连接的模块化钢框架进行聚拢，一方面是便于形成规整的模块化钢框架，另一方面提高模块化钢框架的牢固程度，从而提高承重能力。

一种优选的实施例是，装配孔7与内套筒3间隙配合。这样可以便于将连接板与内套筒或者连接板进行连接固定，便于后期的焊接，减少焊材的使用。

一种优选的实施例是，连接板2并列设有与内套筒3相配合的两个装配孔7，即二孔连接板22，如图6所示，将其用于侧向连接的模块化钢框架，如图2所示。

一种优选的实施例是，连接板2中心对称设有与内套筒3相配合的四个装配孔7，即四孔连接板21，如图7所示，将其用于中心连接的模块化钢框架，如图3所示。

一种优选的实施例是，相邻的装配孔7之间设有间隔筋6，如图6、7所示，通过间隔筋6可以使得模块化钢框架进行组装时，便于焊接，使其更加牢固。

本发明还提供一种模块化钢框架连接装置的连接方法，包括如下步骤：

(1)按施工要求，在工厂内预制所需的第一方钢管柱1、第二方钢管柱4、内套筒3和连接板2；

(2)在工厂内预先将内套筒3嵌入第二方钢管柱4内，通过内套筒3的下层定位块54卡在第二方钢管柱4的柱口位置进行定位；

(3)将内套筒3与第二方钢管柱4采用周边围焊角焊缝连接，并将下层定位块52打磨至内套筒3和连接板2下表面外轮廓齐平，然后将焊缝补齐完整；

(4)根据施工要求，将若干个第一方钢管柱1连接成上层模块化钢框架，将若干个第二方钢管柱连接成下层模块化钢框架；

(5)将上层模块化钢框架、下层模块化钢框架和连接板2运输至施工现场，将下层模块化钢框架的第二方钢管柱4与基础固定；

(6)角部连接：将上层模块化钢框架吊装至下层模块化钢框架的内套筒3上方，并将上层模块化钢框架的第一方钢管柱1下落至接触内套筒3，使得内套筒3的上端嵌入上层模块化钢框架的第一方钢管柱1内，通过内套筒3的上层定位块51将第一方钢管柱1卡在第一方钢管柱1的柱口位置进行定位；将内套筒3与第一方钢管柱1采用周边围焊角焊缝连接，并将上层定位块51打磨至与第一方钢管柱1的外轮廓齐平，然后将焊缝补齐完整，完成角部连接；

侧向连接：将设有两个装配孔7的连接板2吊装至下层模块化钢框架的内套筒3上方，并落下，将内套筒3套入连接板的装配孔7内，同时内套筒3侧面的上层定位块51托住连接板2进行定位，连接板2的下表面与内套筒3采用周边围焊角焊缝连接，焊接完成后将定位块打磨至与内套筒3和连接板2下表面外轮廓齐平然后将焊缝补齐完整；通过吊装，再将上层模块化钢框架吊装至内套筒3上方，并落下，使得内套筒3的上端嵌入上层模块化钢框架的第一方钢管柱1内，第一方钢管柱1的柱底接触连接板2上表面进行定位，将第一方钢管柱1的底部与连接板2的上表面采用周边围焊V形坡口焊缝连接；

中心连接：将设有四个装配孔7的连接板2吊装至下层模块化钢框架的内套筒3上方，并落下，将内套筒3套入连接板2的装配孔7内同时内套筒3侧面的上层定位块51托住连接板2进行定位，连接板2的下表面与内套筒3采用周边围焊角焊缝连接，焊接完成后将上层定位块51打磨至与内套筒3和连接板2下表面外轮廓齐平然后将焊缝补齐完整；通过吊装，再将上层模块化钢框架吊装至内套筒3上方，并落下，使得内套筒3的上端嵌入上层模块化钢框架的第一方钢管柱1内，第一方钢管柱1的柱底接触连接板2上表面进行定位，将第一方钢管柱1的底部与连接板2的上表面采用周边围焊V形坡口焊缝连接。

采用周边围焊V形坡口焊缝连接，可以增加受力性能，使得承载力更大。

最终形成如图12、13和14所示的角部连接模块化钢框架、侧向连接的模块化钢框架和中心连接的模块化钢框架。

经过施工现场的施工，最终形成如图15所示的模块化钢框架连接结构。