一种模块化钢筋混凝土结构及其施工方法

本发明涉及钢筋混凝土柱，具体说是一种模块化钢筋混凝土结构及其施工方法。

背景技术：

1、模块化建造技术被认为是具有最高预制等级的装配式建造技术，与传统方式相比，它摒弃了仅依赖一维构件(如梁、柱)或二维组件(如墙、板)的做法，而是采用了预先装修好的三维箱式模块作为核心预制单元。这些模块在工厂中完成生产和装修后，通过现场组装的方式，形成具备多样化使用功能的模块化建筑组合。通过模块化建造技术，我们可以将模块生产和内部装修等环节完全移至工厂环境中进行，大幅减少现场施工的工作量。这一做法不仅提升了建筑质量，还显著缩短了现场建造周期，有效节约了劳动力和自然资源，同时减轻了对周边环境的负面影响。因此，模块化建造技术被视为一种绿色、低碳、节能的建造方法，与当前建筑业追求可持续发展的内在需求高度契合。

2、传统的模块化钢筋混凝土结构建筑(mic)将模板、轻质隔墙、底板等非受力构件和叠合板(预制层)集成为一体，在工厂制作成箱体；混凝土立体箱模采用工厂生产、现场安装，通过现场浇筑剪力墙、连梁实现等同于现浇的力学特性。主要承重和抗侧的剪力墙、连梁等构件均为现场浇筑，mic模块单元的顶板相当于混凝土叠合楼板的“预制底板”，可作为后浇混凝土叠合层的模板；当模块安装后，薄壳板仅作为剪力墙和顶部梁的浇筑模板使用，不参与结构受力；主要承重和抗侧的剪力墙、连梁等构件均为现场浇筑，如图1所示：梁模5、轻质外墙6、叠合顶板7、轻质隔墙8、墙模9、底板10、现浇结构梁11、现浇剪力墙12、现浇楼板13。传统的模块化钢筋混凝土结构存在模块连接界面多，现场需要大量的混凝土浇筑，削弱了模块化建造技术的优势，不利于模块化建筑的推广应用。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种减少连接界面和现场湿作业、缩短现场建造周期、大幅度提高施工效率的模块化钢筋混凝土结构及其施工方法。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种模块化钢筋混凝土结构，包括第一预制模块、第二预制模块和第三预制模块，所述第一预制模块、第二预制模块、第三预制模块在水平或竖直方向相邻布置拼装成任意形状具有容纳空间的结构并通过纵向预应力筋、横向钢筋和预制模块梁柱节点处浇筑混凝土形成的连接区域进行连接。

3、作为优选，所述第一预制模块包括至少四个第一竖向钢筋混凝土柱、至少四个与第一竖向钢筋混凝土柱上端连接的第一水平钢筋混凝土梁、一片垂直于第一竖向钢筋混凝土柱布置的第一水平钢筋混凝土顶板；

4、所述第二预制模板包括两个第二水平钢筋混凝土梁、一片与第二水平钢筋混凝土梁连接的第二水平钢筋混凝土顶板；

5、所述第三预制模块包括至少两个第三竖向钢筋混凝土柱、至少一个与第三钢筋混凝土柱上端连接的第三水平钢筋混凝土梁；

6、所述第一水平钢筋混凝土梁，第一水平钢筋混凝土顶板、第二水平钢筋混凝土梁、第二水平钢筋混凝土顶板，第三水平钢筋混凝土梁均采用全预制式或半预制式。

7、作为优选，所述第二预制模板的左右模块均为第一预制模块或一个第一预制模块和一个第三预制模块，所述第二水平钢筋混凝土梁与相邻侧的第一竖向钢筋混凝土柱或第三竖向钢筋混凝土柱连接。

8、作为优选，所述第一竖向钢筋混凝土柱上设置若干纵向贯通柱身且同轴心安装纵向预应力筋的第一孔，所述第一竖向钢筋混凝土柱顶部与第二水平钢筋混凝土梁相交的侧面设置有第一短钢筋，所述第二水平钢筋混凝土梁下部设有伸出表面的第二短钢筋，所述第三竖向钢筋混凝土柱上设置若干纵向贯通柱身且同轴心安装纵向预应力筋的第四孔，所述第三竖向钢筋混凝土柱顶部与第二水平钢筋混凝土梁相交的侧面设置有第三短钢筋；

9、所述第一竖向钢筋混凝土柱的第一短钢筋与第二预制模块的第二短钢筋通过第一连接器连接，所述第三竖向钢筋混凝土柱的第三短钢筋与第二水平钢筋混凝土梁的第二短钢筋通过第二连接器相连。

10、作为优选，所述第一水平钢筋混凝土梁、第二水平钢筋混凝土梁、第三水平钢筋混凝土梁均为全预制的水平钢筋混凝土梁时，横向钢筋为横向预应力筋，所述第一水平钢筋混凝土梁上部设置若干横向贯通梁身且安装横向预应力筋的第二孔，所述第二孔的位置高于第一竖向钢筋混凝土柱的顶面，所述第二水平钢筋混凝土梁上部设置若横向贯通梁身且同轴心安装横向预应力筋的第三孔，所述第三水平钢筋混凝土梁上部设置若干横向贯通梁身且同轴心安装横向预应力筋的第五孔，所述第五孔的位置高于第三竖向钢筋混凝土柱的顶面。

11、作为优选，所述第一水平钢筋混凝土梁、第二水平钢筋混凝土梁、第三水平钢筋混凝土梁均为半预制的水平钢筋混凝土梁时，横向钢筋为横向普通钢筋，所述第一水平钢筋混凝土梁、第二水平钢筋混凝土梁、第三水平钢筋混凝土梁顶部用于连接的横向普通钢筋均通过后浇筑混凝土与第一水平钢筋混凝土梁或第二水平钢筋混凝土梁或第三水平钢筋混凝土梁形成整体。

12、作为优选，上下层第一竖向钢筋混凝土柱和上下层第三竖向钢筋混凝土柱的纵向预应力筋均通过第三连接器连接，同时所述上下层第一竖向钢筋混凝土柱和上下层第三竖向钢筋混凝土柱间均设有支撑件，所述支撑件为垫块或型钢支座，所述型钢支座的上端插入第一竖向钢筋混凝土柱下端或第三竖向钢筋混凝土柱下端。

13、作为优选，所述第一竖向钢筋混凝土柱的上端与第二水平钢筋混凝土梁相交的侧面安装第一牛腿，所述第三竖向钢筋混凝土柱的上端与第二水平钢筋混凝土梁相交的侧面安装第二牛腿。

14、作为优选，所述第一预制模板、第二预制模板、第三预制模板分别设有第一竖向围护墙、第二竖向围护墙、第三竖向围护墙，同时所述第一竖向围护墙、第二竖向围护墙、第三竖向围护墙的数量均大于或等于0。

15、本发明还提供了一种模块化钢筋混凝土结构的施工方法，包括以下步骤：

16、s1，根据应用需求提供多个第一预制模块、第二预制模块和第三预制模块；

17、s2，安装首层的第一预制模块和第三预制模块；

18、s3，在第一竖向钢筋混凝土柱的上端与第二水平钢筋混凝土梁相交的侧面安装第一牛腿，在第三竖向钢筋混凝土柱的上端与第二水平钢筋混凝土梁相交的侧面安装第二牛腿；

19、s4，安装首层所有的第二预制模块，用第一连接器连接第一竖向钢筋混凝土柱的第一短钢筋与第二预制模块的第二短钢筋，用第二连接器连接第三竖向钢筋混凝土柱的第三短钢筋与第二预制模块的第二短钢筋；

20、s5，安装二层的第一预制模块和第三预制模块，通过型钢支座或垫块实现首层的第一预制模块和第三预制模块对二层的第一预制模块和第三预制模块的支撑，上下层第一竖向钢筋混凝土柱的纵向预应力筋通过第三连接器连接；上下层第三竖向钢筋混凝土柱的纵向预应力筋通过第三连接器连接；

21、s6，安装上下层竖向钢筋混凝土柱连接部位处预应力筋外围的套管；

22、s7，所述第一水平钢筋混凝土梁、第二水平钢筋混凝土梁、第三水平钢筋混凝土梁均为全预制的水平钢筋混凝土梁时，从梁的上部预留孔一次性穿横向预应力筋连接各模块，横向预应力筋贯穿第一水平钢筋混凝土梁的第二孔、第二水平钢筋混凝土梁的第三孔，并完成水平钢筋混凝土梁横向预应力筋的张拉；

23、所述第一水平钢筋混凝土梁、第二水平钢筋混凝土梁、第三水平钢筋混凝土梁均为半预制的水平钢筋混凝土梁时，所述第一水平钢筋混凝土梁、第二水平钢筋混凝土梁、第三水平钢筋混凝土梁顶部用于连接的横向普通钢筋均通过后浇筑混凝土与第一水平钢筋混凝土梁或第二水平钢筋混凝土梁或第三水平钢筋混凝土梁形成整体；

24、s8，浇筑现浇区域的混凝土；

25、s9，依序循环完成上部楼层的结构安装，在第一竖向钢筋混凝土柱与第三竖向钢筋混凝土柱的顶部一次性张拉纵向预应力筋或以多层为一段分段张拉纵向预应力筋形成整体，拆除牛腿，完成整个结构施工。

26、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

27、1、本发明的模块化结构由由几种基本模块单元组装而成，构件连接主要通过干式连接，连接节点后浇混凝土区仅集中在板厚范围内，而传统的柱连接节点后浇混凝土区高度一般在梁高范围内，能够大幅度的减少连接界面和现场湿作业，相比传统模块化钢筋混凝土结构节约成本30％，提高了模块化建造技术的优势，有助于模块化建筑的推广应用；

28、2、本发明的模块化结构在工厂中完成生产和装修后，通过现场组装的方式，可以形成具备多样化使用功能的模块化建筑组合，适应市场多种化需求；

29、3、本发明通过模块化制造方法，可以将模块生产和内部装修等环节完全移至工厂环境中进行，大幅减少现场施工的工作量，不仅提升了建筑质量，还显著缩短了现场建造周期，大大提高施工效率，有效节约了劳动力和自然资源，同时减轻了对周边环境的负面影响；

30、4、本发明的模块化建造技术被视为一种绿色、低碳、节能的建造方法，与当前建筑业追求可持续发展的内在需求高度契合。

技术特征：

1.一种模块化钢筋混凝土结构，其特征在于：包括第一预制模块(1)、第二预制模块(2)和第三预制模块(3)，所述第一预制模块、第二预制模块、第三预制模块在水平或竖直方向相邻布置拼装成任意形状具有容纳空间的结构并通过纵向预应力筋(109)、横向钢筋(111)和预制模块梁柱节点处浇筑混凝土形成的连接区域进行连接。

2.根据权利要求1所述模块化钢筋混凝土结构，其特征在于：所述第一预制模块包括至少四个第一竖向钢筋混凝土柱(101)、至少四个与第一竖向钢筋混凝土柱(101)上端连接的第一水平钢筋混凝土梁(102)、一片垂直于第一竖向钢筋混凝土柱(101)布置的第一水平钢筋混凝土顶板(103)；

3.根据权利要求2所述模块化钢筋混凝土结构，其特征在于：所述第二预制模板(2)的左右模块均为第一预制模块(1)或一个第一预制模块(1)和一个第三预制模块(3)，所述第二水平钢筋混凝土梁(201)与相邻侧的第一竖向钢筋混凝土柱(101)或第三竖向钢筋混凝土柱(301)连接。

4.根据权利要求2所述模块化钢筋混凝土结构，其特征在于：所述第一竖向钢筋混凝土柱(101)上设置若干纵向贯通柱身且同轴心安装纵向预应力筋(109)的第一孔(105)，所述第一竖向钢筋混凝土柱(101)顶部与第二水平钢筋混凝土梁(201)相交的侧面设置有第一短钢筋(106)，所述第二水平钢筋混凝土梁下部设有伸出表面的第二短钢筋(204)，所述第三竖向钢筋混凝土柱(301)上设置若干纵向贯通柱身且同轴心安装纵向预应力筋(109)的第四孔(304)，所述第三竖向钢筋混凝土柱(301)顶部与第二水平钢筋混凝土梁(201)相交的侧面设置有第三短钢筋(305)；

5.根据权利要求2所述模块化钢筋混凝土结构，其特征在于：所述第一水平钢筋混凝土梁(102)、第二水平钢筋混凝土梁(201)、第三水平钢筋混凝土梁(302)均为全预制的水平钢筋混凝土梁时，横向钢筋(111)为横向预应力筋，所述第一水平钢筋混凝土梁(102)上部设置若干横向贯通梁身且安装横向预应力筋的第二孔(107)，所述第二孔的位置高于第一竖向钢筋混凝土柱(101)的顶面，所述第二水平钢筋混凝土梁(201)上部设置若横向贯通梁身且同轴心安装横向预应力筋(111)的第三孔(205)，所述第三水平钢筋混凝土梁(302)上部设置若干横向贯通梁身且同轴心安装横向预应力筋的第五孔(306)，所述第五孔(306)的位置高于第三竖向钢筋混凝土柱(301)的顶面。

6.根据权利要求2所述模块化钢筋混凝土结构，其特征在于：所述第一水平钢筋混凝土梁(102)、第二水平钢筋混凝土梁(201)、第三水平钢筋混凝土梁(302)均为半预制的水平钢筋混凝土梁时，横向钢筋(111)为横向普通钢筋，所述第一水平钢筋混凝土梁(102)、第二水平钢筋混凝土梁(201)、第三水平钢筋混凝土梁(302)顶部用于连接的横向普通钢筋均通过后浇筑混凝土与第一水平钢筋混凝土梁(102)或第二水平钢筋混凝土梁(201)或第三水平钢筋混凝土梁(302)形成整体。

7.根据权利要求2所述模块化钢筋混凝土结构，其特征在于：上下层第一竖向钢筋混凝土柱(101)和上下层第三竖向钢筋混凝土柱(301)的纵向预应力筋(109)均通过第三连接器(110)连接，同时所述上下层第一竖向钢筋混凝土柱(101)和上下层第三竖向钢筋混凝土柱(301)间均设有支撑件(108)，所述支撑件为垫块或型钢支座，所述型钢支座的上端插入第一竖向钢筋混凝土柱(101)下端或第三竖向钢筋混凝土柱(301)下端。

8.根据权利要求2所述模块化钢筋混凝土结构，其特征在于：所述第一竖向钢筋混凝土柱(101)的上端与第二水平钢筋混凝土梁(201)相交的侧面安装第一牛腿(208)，所述第三竖向钢筋混凝土柱(301)的上端与第二水平钢筋混凝土梁(201)相交的侧面安装第二牛腿(308)。

9.根据权利要求2所述模块化钢筋混凝土结构，其特征在于：所述第一预制模板、第二预制模板、第三预制模板分别设有第一竖向围护墙(104)、第二竖向围护墙(203)、第三竖向围护墙(303)，同时所述第一竖向围护墙、第二竖向围护墙、第三竖向围护墙的数量均大于或等于0。

10.一种根据权利要求1-9任意一项所述的模块化钢筋混凝土结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种模块化钢筋混凝土结构及其施工方法，其包括第一预制模块、第二预制模块和第三预制模块，所述第一预制模块、第二预制模块、第三预制模块在水平或竖直方向相邻布置拼装成任意形状具有容纳空间的结构并通过纵向预应力筋、横向钢筋、短钢筋及对应连接器和预制模块梁柱节点处浇筑混凝土形成的连接区域和预制模块之间进行连接。本发明由几种基本模块单元组装而成，构件连接主要通过干式连接，连接节点后浇混凝土区仅集中在板厚范围内，而传统的柱连接节点后浇混凝土区高度一般在梁高范围内，能够大幅度的减少连接界面和现场湿作业，相比传统模块化钢筋混凝土结构节约成本30％，提高了模块化建造技术的优势，有助于模块化建筑的推广应用。

技术研发人员：刘付钧,赵倩,肖永生,莫志军,徐刚,徐德平
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5