模块化组装式建筑结构及其构建方法与流程

技术领域：

本发明涉及建筑结构技术领域，尤其涉及一种模块化组装式建筑结构及其构建方法。

背景技术：
：

我国在大力推进传统建筑向工业化建筑转型，而传统建筑中，绝大部分的工作需在施工现场完成，施工工序繁琐、周期长、效率低、环境污染严重、堆料场地大、施工人员短缺等问题成为抑制建筑产业进步的壁垒。

钢结构建筑是一种新型的建筑体系，打通房地产业、建筑业、冶金业之间的行业界线，集合成为一个新的产业体系，钢结构建筑相比传统的混凝土建筑而言，用钢板或型钢替代了钢筋混凝土，强度更高，抗震性更好，并且由于钢材的可重复利用，可以大大减少建筑垃圾，更加绿色环保，因而被世界各国广泛采用，应用在工业建筑和民用建筑中。

目前在使用钢结构建筑进行建筑施工过程中，通常采用焊接对钢结构之间进行固定，接头结构比较复杂，需要专业的人士采用专业的工具才能安装，这样的连接方式的安全性比较考验焊接工人的手艺，存在施工过程的风险，若因焊接工人焊接时粗心大意，或者自身焊接实力不行，那么将导致钢结构建筑整体的质量问题，易发生倒塌的事故，对人身和财产均会造成损害。并且现有钢结构建筑的接头结构过于复杂，装配精度较差，从而影响整个建筑结构的装配精度。

因此，如何减少施工流程的工序、如何缩短建筑工期、如何减少施工过程的风险、如何保证建筑结构的精度和质量的稳定等是业界急需解决的问题。

技术实现要素：
：

本发明的目的就是针对现有技术存在的不足而提供一种能够实现模块化生产与组装、装拆方便、提高施工效率、安装简单快捷、缩短建筑工期、减少施工过程的风险、提高建筑结构的精度和质量的模块化组装式建筑结构；本发明还提供了这种模块化组装式建筑结构的构建方法及其应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

模块化组装式建筑结构包括至少一组组装式建筑模块，建筑模块包括至少一组支撑框架单元、至少一组功能壁单元，功能壁单元以可装拆方式安装在支撑框架单元上，支撑框架单元由多组支撑杆件依次首尾相互拼接形成多边形结构。

所述支撑框架单元的多组支撑杆件中，至少有一组支撑杆件竖向设置，至少有一组支撑杆件水平设置。

所述支撑杆件包括支撑型管、两个分别位于支撑型管两端的接头、两个连杆，两个接头分别连杆连接在支撑型管的两端，其中，接头外表面上开设有若干螺纹固定孔，连杆的第一端设有外螺纹且螺纹固定连接在相应接头的螺纹固定孔中，连杆的第二端沿轴向插设在支撑型管相应的一端中且通过可装拆方式与支撑型管固定连接；支撑框架单元中相邻两组支撑杆件之间共用一个接头。

所述支撑框架单元中至少有两组支撑杆件的支撑型管上通过螺丝固定连接有接片，各个接片分别通过可装拆方式与功能壁单元固定连接。

所述功能壁单元为外壁组件、内墙组件、门窗组件、厨具组件、卫浴组件、照明组件、空调组件或楼梯组件，

本发明的模块化组装式建筑结构由多组建筑模块通过可装拆方式相互拼接固定而成，相邻两组建筑模块的支撑框架单元之间共用一组支撑杆件。

本发明还公开了模块化组装式建筑结构的构建方法，包括有以下步骤：

a、预制若干功能壁单元以及构成支撑杆件的零件；

b、组装主体支撑架；

其中，主体支撑架由多组支撑框架单元相互拼接固定而成，支撑框架单元由多组支撑杆件依次首尾相互拼接形成多边形结构，相邻两组支撑框架单元之间共用一组支撑杆件；

c、将若干功能壁单元分别安装到主体支撑架的各组支撑框架单元上。

所述支撑杆件包括支撑型管、两个分别位于支撑型管两端的接头、两个连杆，两个接头分别连杆连接在支撑型管的两端，其中，接头外表面上开设有若干螺纹固定孔，连杆的第一端设有外螺纹且螺纹固定连接在相应接头的螺纹固定孔中，连杆的第二端沿轴向插设在支撑型管相应的一端中且通过可装拆方式与支撑型管固定连接；支撑框架单元中相邻两组支撑杆件之间共用一个接头；

所述组装主体支撑架的步骤具体为：

b1、组装支撑杆件：将两个连杆的第一端分别螺纹固定连接在两个接头的螺纹固定孔中，形成两个带有接头的连杆；将两个带有接头的连杆的第二端分别沿轴向插设在支撑型管的两端中，形成支撑杆件；

b2、组装相邻的支撑杆件：以支撑杆件的其中一个接头为基础，重复步骤b1形成相邻的支撑杆件；

b3、组装支撑框架单元：重复步骤b2若干次使组装的多组支撑杆件依次首尾相互连接形成多边形结构，并通过螺丝将各个连杆分别固定连接在相应的支撑型管上形成支撑框架单元；

b4、组装相邻的支撑框架单元：以支撑框架单元的其中一组支撑杆件为基础，重复步骤b3形成相邻的支撑框架单元；

b5、组装主体支撑架：重复步骤b4若干次形成主体支撑架。

本发明还公开了上述模块化组装式建筑结构的应用，其用于组合玩具、组合家具或课程教具。

本发明有益效果在于：本发明模块化组装式建筑结构包括至少一组组装式建筑模块，建筑模块包括至少一组支撑框架单元、至少一组功能壁单元，功能壁单元以可装拆方式安装在支撑框架单元上，支撑框架单元由多组支撑杆件依次首尾相互拼接形成多边形结构，与传统建筑结构相比具有以下优点：

1、本发明建筑结构的主体支撑架采用若干支撑杆件拼接而成，功能壁单元以及构成支撑杆件的零件都采用标准化、模块化组件，采用工厂预制现场组装的方式构建建筑结构，能够实现模块化生产与组装，能系统化建筑工艺与标准，可满足多方技术需求的规格。

2、本发明采用模块化组装工法，简化建筑结构构建工艺，减少施工流程的工序，通过工厂预制现场组装方式能够缩短建筑工期，提高施工效率，安装简单快捷，不需要专业的技术人员以及专业的工具，而由普通人员采用通用的工具即可完成，减少施工过程的风险。

3、本发明各模块化零部件可以采用模具铸造量化生产，大大提高生产效率，又保证产品规格的精度，提高建筑结构的精密度，并且能以标准流程作业规范来保证产品质量的稳定性，提高建筑结构的质量。

附图说明：

为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。

图1是本发明的模块化组装式建筑结构的结构示意图。

图2是本发明的主体支撑架的结构示意图。

图3是本发明的支撑杆件的结构示意图。

图4是本发明的支撑杆件的分解示意图。

图5是本发明的接头的结构示意图。

图6是本发明的四方支撑型管的结构示意图。

图7是本发明的八方支撑型管的结构示意图。

图8是本发明的支撑框架单元的结构示意图。

图9是本发明的建筑模块的结构示意图。

图10是本发明单面安装功能壁单元的建筑模块结构示意图。

图11是本发明双面安装功能壁单元的建筑模块结构示意图。

图12是本发明第二实施例的主体支撑架的结构示意图。

图13是本发明第三实施例的主体支撑架的结构示意图。

具体实施方式：

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1～11所示，本发明模块化组装式建筑结构包括至少一组组装式建筑模块，建筑模块包括一组支撑框架单元1、一组或两组与支撑框架单元1形状相匹配的功能壁单元3，功能壁单元3以可装拆方式安装在支撑框架单元1上，支撑框架单元1由多组支撑杆件2依次首尾相互拼接形成多边形结构。支撑框架单元1的多组支撑杆件2中，至少有一组支撑杆件2竖向设置，至少有一组支撑杆件2水平设置，以保证结构的稳定性。支撑框架单元1可以为三角形、矩形或其它多边形结构，在本实施例中，支撑框架单元1正方形。多组支撑框架单元1之间相互拼接固定连接，相邻两组支撑框架单元1之间共用一组支撑杆件2。本发明的模块化组装式建筑结构可以只由一组建筑模块构成，制成标准化模块；本发明的模块化组装式建筑结构也可以由多组建筑模块通过可装拆方式相互拼接固定而成，相邻两组建筑模块的支撑框架单元1之间共用一组支撑杆件2，各组建筑模块的支撑框架单元1拼接后形成主体支撑架，各组建筑模块的功能壁单元3之间组合形成墙壁及嵌墙式功能组件。

支撑杆件2包括支撑型管21、两个分别位于支撑型管21两端的接头22、两个连杆23，两个接头22分别连杆23连接在支撑型管21的两端，其中，支撑型管21为四方形型管或八方形型管，支撑型管21的内腔为正八边形结构，接头22外表面上开设有若干螺纹固定孔221，连杆23的第一端设有外螺纹231且螺纹固定连接在相应接头22的螺纹固定孔221中，连杆23的第二端为与支撑型管的内腔匹配的八棱柱结构，连杆23的第二端沿轴向插设在支撑型管21相应的一端中且通过螺丝24与支撑型管21固定连接；支撑框架单元1中相邻两组支撑杆件2之间共用一个接头22。

支撑框架单元1中每组支撑杆件2的支撑型管21上均通过螺丝24固定连接有接片25，各个接片25分别通过榫卯结构或螺丝与功能壁单元3固定连接。接片25可以为单面结构或双面结构，单面接片25的前端或后端延伸出有连接部251，双面接片25的前端和后端均延伸出有用于与功能壁单元3连接的连接部251。见图10所示，支撑框架单元1可以只是在前端面或后端面安装一组功能壁单元3，通过单面接片25将功能壁单元3分别安装在支撑框架单元1前端面或后端面上。见图11所示，支撑框架单元1也可以是前后两个端面均安装功能壁单元3，通过双面接片25将两组功能壁单元3分别安装在支撑框架单元1前后两个端面上。

功能壁单元3为外壁组件、内墙组件、门窗组件、厨具组件、卫浴组件、照明组件、空调组件或楼梯组件，通过将外壁组件、内墙组件、门窗组件、厨具组件、卫浴组件、照明组件、空调组件或楼梯组件制成模块化的功能壁单元3，大大提高施工速度。

接头22外表面上开设有18个螺纹固定孔221，其中，接头22以其中心为原点，在xy轴平面上沿周向均匀分布8个螺纹固定孔221，在xz轴平面上沿周向均匀分布8个螺纹固定孔221，在yz轴平面上沿周向均匀分布8个螺纹固定孔221。接头22为等边48棱体，外表面形成26个面，包括18个正方形面和8个等边三角形面，18个正方形面中中心处均开设有螺纹固定孔221。通过这种接头22可以使两组支撑杆件2之间能够在不同方位上以45°、90°、135°与180°等角度组装，提高组装灵活性，能够组装各种形状的主体支撑架。

组装外壁建筑结构时，支撑型管21采用八方形型管，可与接头22以45°、90°、135°与180°连结形成多种面体，其中呈90°与180°四面体具有主应力面功能，呈45°与135°四面体具有主剪应力面功能，呈斜面三角形面体具有应力面功能；此力学定理与数学模型基于西安交通大学博士生导师、俞茂宏教授2004年出版的【统一强度理论及其应用】。2018年俞茂宏教授更提出26面体应力强度理论，将线性的单剪、双剪理论与非线性的三剪理论都统一于一体。

组装内墙建筑结构时，支撑型管21采用四方形型管，与接头22连结形成90°与180°四面体，除具备力学主应力面功能，更具备室内隔间、动线规划与内装修饰等设计功能。

所以建筑体力学结构部分使用八方型管，建筑体室内修饰部分则使用四方型管。通过四种角度两种管型来增加结构角度的多元化，支撑管型与接头22通过四方八方等距连接来增加抗剪切力的强度，以点线带面网状结构来增加刚性结构的韧度。

本发明还公开了上述模块化组装式建筑结构的构建方法，包括有以下步骤：

a、预制若干功能壁单元3以及构成支撑杆件2的零件。

b、组装主体支撑架：其中，主体支撑架由多组支撑框架单元1相互拼接固定而成，支撑框架单元1由多组支撑杆件2依次首尾相互拼接形成多边形结构，相邻两组支撑框架单元1之间共用一组支撑杆件2；支撑杆件2包括支撑型管21、两个分别位于支撑型管21两端的接头22、两个连杆23，两个接头22分别连杆23连接在支撑型管21的两端，其中，接头22外表面上开设有若干螺纹固定孔221，连杆23的第一端设有外螺纹231且螺纹固定连接在相应接头22的螺纹固定孔221中，连杆23的第二端沿轴向插设在支撑型管21相应的一端中且通过可装拆方式与支撑型管21固定连接；支撑框架单元1中相邻两组支撑杆件2之间共用一个接头22。

组装主体支撑架的步骤具体为：

b1、组装支撑杆件2：将两个连杆23的第一端分别螺纹固定连接在两个接头22的螺纹固定孔221中，形成两个带有接头22的连杆23；将两个带有接头22的连杆23的第二端分别沿轴向插设在支撑型管21的两端中，形成支撑杆件2；

b2、组装相邻的支撑杆件2：以支撑杆件2的其中一个接头22为基础，重复步骤b1形成相邻的支撑杆件2；

b3、组装支撑框架单元1：重复步骤b2若干次使组装的多组支撑杆件2依次首尾相互连接形成多边形结构，并通过螺丝24将各个连杆23分别固定连接在相应的支撑型管21上形成支撑框架单元1；作为更优方案，也可以通过螺丝24同时将各个连杆23、接片25分别固定连接在相应的支撑型管21上形成支撑框架单元1；

b4、组装相邻的支撑框架单元1：以支撑框架单元1的其中一组支撑杆件2为基础，重复步骤b3形成相邻的支撑框架单元1；

b5、组装主体支撑架：重复步骤b4若干次形成主体支撑架。

c、将若干功能壁单元3分别通过接片25安装到主体支撑架的各组支撑框架单元1上，完成模块化组装式建筑结构的构建。

本发明也可以将两个已经组装好的建筑结构拼接在一起，两个建筑结构的主体支撑架相对应的接头22之间通过支撑型管21、连杆23以组装支撑杆件2的方式连接在一起。

本发明还公开了上述模块化组装式建筑结构的应用，可以依据不同材质、规格与尺寸，应用于组合玩具、组合家具或课程教具。

本发明建筑结构的主体支撑架采用若干支撑杆件2拼接而成，功能壁单元3以及构成支撑杆件2的零件都采用标准化、模块化组件，采用工厂预制现场组装的方式构建建筑结构，能够实现模块化生产与组装，能系统化建筑工艺与标准，可满足多方技术需求的规格，各模块化组件可以采用轻质复合材质制成，以减少建材自身的重量，可以通过高温烧结复合材质的方式来增加材料材质的硬度，并且可以通过内部作业逐层组装施工来减少施工过程的风险。

本发明采用模块化组装工法，简化建筑结构构建工艺，减少施工流程的工序，通过工厂预制现场组装方式能够缩短建筑工期，提高施工效率，安装简单快捷，不需要专业的技术人员以及专业的工具，而由普通人员采用通用的工具即可完成，减少施工过程的风险，可满足不同环境、用途与需求的建筑。

在工业设计技术方面，本发明可以通过人体人因工学设计各模块化组件来提高消费体验的满意度，生产标准化零件时可以通过传感智能调控技术来提高智能科技的应用，采用绿色建筑生态工法提高环境生态的保护，通过在模块组装空间预留来提高维护更新的便利性。

本发明各模块化零部件可以采用模具铸造量化生产，大大提高生产效率，又保证产品规格的精度，提高建筑结构的精密度，并且能以标准流程作业规范来保证产品质量的稳定性，提高建筑结构的质量。同时又能通过零件编码智能分单来保证交货日期的准确，通过标准流程作业规范来保证产品质量的稳定，通过材料溯源产品溯源来保证材料材质的安全。

作为本发明的第二实施例，见图12所示，本发明的主体支撑架主要由矩形支撑框架单元1拼接而成，在顶部边角处为三角形支撑框架单元1。本实施例在主体支撑架底部设置桩基，桩基包括若干锚固杆4，若干锚固杆4分别通过打桩的方式打入地下，锚固杆4的顶部突出地面并连接有接头22，主体支撑架底部与锚固杆4的接头22固定连接，通过桩基提高本发明的结构稳固性，在斜坡地形或不平的地面构建建筑结构时，无需大面积整地破坏环境生态，仅需指定点上打桩调整水平，方便快捷。

作为本发明的第三实施例，见图13所示，本发明的主体支撑架若干由三角形支撑框架单元1拼接形成金字塔型结构。

当然，以上所述仅是本发明的较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。