用于连接模块化钢框架的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，特别是一种用于连接模块化钢框架的连接装置及其连接方法。

背景技术：

目前，我国建筑行业正处于高速发展时期，房屋建设的年增量成为全球第一。同时，也使我国建筑能耗升高，约占社会总能耗的33％，建筑能耗和环境污染问题也越来越受到人们的关注。目前国内建筑仍采用传统粗放型、劳动密集型的手工建造生产方式进行建设，具有建设周期长、能耗高、环境污染大、效率低的特点，并且由于建筑工人的技术水平参差不齐，导致建筑的质量和性能难以保障，不符合国家对于“绿色建筑”的发展理念。

因此，模块化建筑作为一种新兴的装配式建筑结构体系，具有施工速度快、环境污染小、质量易保证等优点。近五十年来，美国、日本、欧洲等建筑的模块化房屋技术、市场已较为完善，模块化房屋已是人们必备的生活、工作、住宅建筑。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。

模块化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。根据不同的预制程度，模块化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。

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，承载力大的用于连接模块化钢框架的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：一种用于连接模块化钢框架的连接装置，至少包括端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，内套筒的外周环设有定位块和承接角钢，定位块位于承接角钢的下方，定位块的下边缘与第一方钢管柱的柱口相平行，承接角钢的承接面与第二方钢管柱的柱口相平行。

优选的是：还包括连接板，连接板设有与内套筒相配合的装配孔。

优选的是：所述装配孔的外周设有若干个螺栓孔。

优选的是：所述的装配孔与内套筒间隙配合。

优选的是：所述的连接板设有与内套筒相配合的一个装配孔。

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。

优选的是：所述的承接角钢包括相互成直角的第一承接面和第二承接面，所述的第二承接面上设有与连接板上螺栓孔相配合的通孔。

本发明还提供一种用于连接模块化钢框架的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、承接角钢和连接板；

(2)将承接角钢的第一承接面焊接在内套筒定位块的上方；

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

(4)将内套筒与第二方钢管柱焊接，并将定位块打磨至与内套筒和连接板的下表面外轮廓齐平，再将焊缝补齐完整；

(5)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；

(6)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建筑固定；

(7)将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，同时内套筒侧面的承接角钢的第二承接面托住连接板进行定位，采用高强螺栓将第二承接面上的螺栓孔与连接板的通孔相互连接，并进行固定；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，通过内套筒上的承接角钢的第二承接面承接住第一方钢管柱；将第一方钢管柱的底部与连接板的上表面进行焊接。

本发明的有益效果在于：

(1)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，大大节省了现场施工的工序，缩短了施工时间，并且对于现场的环境不会造成过多的影响；

(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)模块化钢框架之间通过内套筒的方式进行连接，并通过承接角钢与连接板进行固定，缩短了现场施工的时间，提高了建筑的强度；

(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的结构示意图；

图2是本发明的侧向连接的结构示意图；

图3是本发明的中心连接的结构示意图；

图4是本发明的原理示意图；

图5是本发明角部连接第二方钢管柱与连接板连接的结构示意图；

图6是本发明侧向连接第二方钢管柱与连接板连接的结构示意图；

图7是本发明中心连接第二方钢管柱与连接板连接的结构示意图；

图8是本发明的内套筒的结构示意图

图9是本发明单孔连接板的结构示意图；

图10是本发明双孔连接板的结构示意图；

图11是本发明四孔连接板的结构示意图；

图12是本发明角部连接的第二方钢管柱与内套筒连接的结构示意图；

图13是本发明侧向连接的第二方钢管柱与内套筒连接的结构示意图；

图14是本发明中心连接的第二方钢管柱与内套筒连接的结构示意图；

图15是本发明模块化钢框架角部连接节的结构示意图；

图16是本发明模块化钢框架侧向连接节的结构示意图；

图17是本发明模块化钢框架中心连接节的结构示意图；

图18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；2A-四孔连接板；2B-双孔连接板；2C-单孔连接板；3-高强螺栓；4-承接角钢；41-第一承接面；42-第二承接面；5-内套筒；6-第二方钢管柱；7-定位块；8-通孔；9-螺栓孔；10-装配孔；11-连接筋。

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1-3所示的一种用于连接模块化钢框架的连接装置，至少包括端部中空的第一方钢管柱1和第二方钢管柱6，第一方钢管柱1和第二方钢管柱6之间通过内套筒5相连，内套筒5与第一方钢管柱1和第二方钢管柱6之间间隙配合，如图8所示的内套筒5的外周环设有定位块7和承接角钢4，定位块7位于承接角钢4的下方，定位块7的下边缘与第一方钢管柱1的柱口相平行，承接角钢4的承接面与第二方钢管柱6的柱口相平行。

一种优选的实施例是，如图4所示，本装置还包括连接板2，连接板2设有与内套筒5相配合的装配孔10。装配孔与内套筒间隙配合，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，连接板上的装配孔可以是一个，如图9所示，也可以是并列设置的两个，如图10所示，还可以是中心对称设置的四个，如图11所示，分别称为单孔连接板、双孔连接板和四孔连接板。单孔连接板用于角部连接的模块化钢框架，如图5所示；双孔连接板是用于侧向连接的模块化钢框架，如图6所示；四孔连接板是用于中心连接的模块化钢框架，如图7所示。通过连接板2可以将角部连接侧向连接或中心连接的模块化钢框架进行聚拢并与内套筒进行紧固，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，如图9-11所示的装配孔10的外周设有若干个螺栓孔9。另外，如图4所示的承接角钢4包括相互成直角的第一承接面41和第二承接面42，第二承接面42上设有与连接板上螺栓孔9相配合的通孔8。安装时，通过螺栓孔与通孔相互配合，通过高强螺栓进行连接固定，实现将上层模块化钢框架的第一方钢管柱与内套筒的连接。

一种优选的实施例是，如图9-11所示，相邻的装配孔10之间设有间隔筋11。通过间隔筋11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。

本用于连接模块化钢框架的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6、内套筒5、承接角钢4和连接板2；

(2)将承接角钢4的第一承接面41焊接在内套筒5定位块7的上方；

(3)在工厂内预先将内套筒5嵌入第二方钢管柱6内，通过内套筒5的定位块7卡在第二方钢管柱6的柱口位置进行定位，如图12-14所示；

(4)将内套筒5与第二方钢管柱6焊接，并将定位块7打磨至与内套筒5和连接板2的下表面外轮廓齐平，再将焊缝补齐完整；

(5)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6连接成下层模块化钢框架；

(6)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6与基础建筑固定；

(7)将连接板2吊装至下层模块化钢框架的内套筒5上方，并落下，将内套筒5套入连接板2的装配孔10内，同时内套筒5侧面的承接角钢4的第二承接面42托住连接板2进行定位，采用高强螺栓3将第二承接面42上的螺栓孔9与连接板2的通孔8相互连接，并进行固定；将上层模块化钢框架吊装至下层模块化钢框架的内套筒5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5，使得内套筒5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5上的承接角钢的第二承接面42承接住第一方钢管柱1；将第一方钢管柱1的底部与连接板2的上表面进行焊接。

其中，焊接时，下层模块化钢框架的第二方钢管柱6与内套筒5采用周边围焊角焊缝连接；内套筒5与承接角钢的第一承接面采用周边围焊角焊缝连接；上层模块化钢框架的第一方钢管柱1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15、16和17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18所示的模块化钢框架连接结构。