CN101988305B - 一种新型低层预制装配式钢结构房屋体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型低层预制装配式房屋体系，主要有梁、柱、门、窗体、楼梯和楼板，其特征在于：所述房屋包含，两个或者两个以上的受力柱两个或者两个以上的“基本模数”；两个或两个以上的“基本单元”，所述基本单元由四个“基本模数”组成；两个或两个以上的组合单元，所述组合单元由至少一个基本单元组合而成；所述“组合单元”与“基本单元”共同拼装为一“基本平面”；所述受力柱位于由平面控制轴线和各“基本单元”的外轮廓线所形成的正交网格的交点处，通过对房屋平面的构成方法以及柱、墙体、楼梯和屋面等建筑要素与平面的搭建关系控制，实现对房屋的模数化、单元化整体控制，实现使用需求和产品生产之间的真正互动。

Description

一种新型低层预制装配式钢结构房屋体系

【技术领域】

本发明涉及一种房屋体系，尤其涉及一种新型低层预制装配式钢结构房屋体系。

【背景技术】

低层预制装配式钢结构活动房屋由于具有强度高、自重轻、工业化预制生产、现场快速装配和环保节能等方面的特性而受到当代的关注，特别是伴随着全球能源危机意识和环保节能意识的增强，钢结构房屋正得到越来越多的重视和运用，具有巨大的发展潜力和现实意义。

现行低层预制装配式钢结构活动房屋体系无论产品在应用领域、预制装配的整合程度和多样化需求的应对能力，还是在如何实现产品和需求之间的真正互动方面仍存在不足：

1、产品使用面窄，技术含量不高，产品普遍档次较低。

目前，钢结构活动房屋主要集中在两个使用领域：一是建筑施工现场装配式轻钢临建活动房屋和保安亭等简易临时性用房和低层轻钢结构住宅；二是近年来开始在一些小型建筑，如：展览和小住宅上得到发展的、部分采用热轧型钢的钢结构活动房屋。其中，建筑施工现场装配式轻钢临建活动房屋的发展时间较早，使用量较大，但类型相对单一，空间和结构简单，技术含量不高，给人简陋之感，并在一定程度上影响了人们对钢结构房屋的印象。

2、现有低层钢结构住宅的生产模式在应对多样化需求方面显得被动，未能充分体现钢材料的技术优势。

现有低层钢结构住宅的生产模式主要有两种：一为生产方提供若干现成户型供购买方选择；二为生产方根据购买方提供的图纸专门组织生产以满足特定需求。这两种模式均表现出产品生产与使用需求间的单向规定性而不是使用需求和产品生产之间的真正互动，即要么是购买方被限定在生产方提供的有限范围内进行选择，要么是生产方往往只能被动地为满足特定客户的个性化需求而组织生产。

造成这一状况的根本原因在于现有钢结构活动房屋在生产模式和相关技术的研发上并未直接面对使用需求的多样化和轻钢材料特性等方面的问题：

一方面，传统意义上的别墅是在具体场地上建造的满足特定家庭生活需求的场所，是针对具体建造场地在气候、地貌和特定使用者具体生活需求等条件的应对，而以批量生产为目的的预制装配式低层钢结构活动房屋体系所面临的是建造场地和使用对象的未知；同时，当代消费社会所日益体现出的对个体需求的重视亦要求产品具有多样的可选择性和灵活可变性以适应不同建造基地和使用需求。因此，如何使得产品能够更好地应对使用者在诸如地理气候和地貌等建造场地条件、不同家庭构成及其不同文化背景下生活模式的差异、甚至是使用过程中对空间变化的需求，将成为钢结构活动房屋体系技术研发的核心之一。这意味着如何增强房屋对多样化个性需求的适应能力、如何建立使用需求和产品生产之间的真正互动将成为产品研发的主要目标，而不是以开发满足某一特定建造条件和使用需求的房屋类型为目标，从而获得更大的市场。

另一方面，现有产品无论在外观样式还是空间模式上都体现为对钢筋混凝土别墅的直接模仿。这一采用钢材来模仿钢筋混凝土建筑的做法使得房屋在空间的灵活可变性、预制装配的整合程度等方面未能充分体现钢材的空间特性和技术优势。

【发明内容】

针对现有低层预制装配式钢结构活动房屋体系在预制装配整合程度和“活动”特性等方面的上述不足，本发明提供一种新型低层预制装配式钢结构房屋体系通过模数化的单元构件便捷地组合出多样化的产品，实现使用需求和产品生产之间的真正互动。

本发明的具体技术方案如下：

1、一种新型低层预制装配式房屋体系的搭建方法，主要是平面的模数化、单元化构成方法和柱、墙体、门窗和楼梯等建筑元素与平面的搭建控制原则两个部分，其方法如下：

(1)、将金属型材加工为均等的预制长度形成为“基本模数”；

(2)、首先在预定房屋建筑处设定平面控制轴线，所述平面控制轴线呈“#”或两个以上的“#”相接而成；

(3)、然后在预定的房屋建筑处立定受力柱4；

(4)、搭建“基本单元”；

(5)、再由“基本单元”拼装成“组合单元”

(6)、所述“组合单元”与基本单元共同拼装形成“基本平面”；

(7)、按照设计的位置安装墙体和门并装设窗、走廊、楼梯；

(8)、立定第二层受力柱；

(9)、依次依照步骤(3)-(7)搭建第二层房屋；

(10)、安装屋顶。

2、一种新型低层预制装配式房屋体系，主要有梁、柱、门、窗体、楼梯和楼板，其特征在于：所述房屋包含，

两个或者两个以上的受力柱；

两个或者两个以上的“基本模数”；

两个或两个以上的“基本单元”，所述基本单元由四个“基本模数”组成；两个或两个以上的组合单元，所述组合单元由至少一个基本单元组合而成；所述“组合单元”与“基本单元”共同拼装为一“基本平面”；

所述受力柱位于由平面控制轴线和各“基本单元”的外轮廓线所形成的正交网格的交点处。

本发明的有益效果是，通过对房屋平面的构成方法以及柱、墙、楼梯和屋面等建筑要素与平面的搭建关系控制，实现对房屋的模数化、单元化整体控制，从而在提高房屋预制装配整合程度的同时，还可以通过模数化的单元构件便捷地组合出多样化的产品，实现使用需求和产品生产之间的真正互动，即：不同的建造场地条件和使用需求可通过选择相应构件进行组合装配而得到满足，从而有别于当前钢结构活动房屋体系的常规做法。此外，单元式预制装配的特点还使得房屋具有便捷地实现局部改建和不断扩建的能力。

【附图说明】

图1-1至图1-3为本发明新型低层预制装配式钢结构房屋的模数为1M的组合单元三种实施例；

图2-1至图2-3为本发明新型低层预制装配式钢结构房屋的模数为2M的组合单元三种实施例；

图3-1至图3-3为本发明新型低层预制装配式钢结构房屋的模数为3M的组合单元三种实施例；

图4为本发明新型低层预制装配式钢结构房屋基本平面的组合方式；

图5为本发明新型低层预制装配式钢结构房屋基板平面的示意图；

图6为本发明新型低层预制装配式钢结构房屋基板平面的示意图；

图7为本发明新型低层预制装配式钢结构房屋体系的示意图；

图8为本发明新型低层预制装配式钢结构房屋体系的示意图。

【具体实施方式】

结合附图及具体实施例对本发明做进一步介绍。

本发明是一种新型低层预制装配式钢结构房屋体系，所述低层预制装配式钢结构房屋体系是通过房屋平面的构成方法和柱、墙体、门窗和楼梯等建筑要素与平面的搭建控制原则两部份构造的新型建筑房屋体系，所有钢结构构件均以螺栓连接组装而成。该低层预制装配式钢结构房屋体系的构件通用标准模数是依据房屋所用金属型材的类型及其结构性能，并综合考虑用料的经济性和人体工学的空间尺度等因素而设定的模数单位，该模数单位的代表符合“M”，将所述“模数单位”取值的2倍(2M)和3倍(3M)而作为“基本模数”1，即：房屋平面构成中采用的模数系列由1M、2M和3M等M倍数组成。该低层预制装配式钢结构房屋以平面由模数化的“基本单元”2和“组合单元”3组合而成，首先，由至少三个基本模数1构成“基本单元”2，然后由至少两个“基本单元”2组成“组合单元”3，再由“基本单元”2和“组合单元”3组合成“基本平面”4。所述平面的搭建控制原则是在预定房屋建筑处设定的平面控制轴线的周围由“基本单元”2和“组合单元”3拼装成“基本平面”4，所述平面控制轴线呈“#”或两个以上的“#”上下或左右相接而成，也就是“基本单元”2和“组合单元”3根据实际使用需求沿着“基本平面”4的正交轴线方向不断拼装形成各种不同规模和形状的房屋平面，即：房屋平面具备通过沿着其正交轴线方向不断拼装“基本单元”2和“组合单元”3而自由扩展的能力。

本发明新型低层预制装配式房屋体系的实施方法步骤为：

1、首先在预定房屋建筑处设定平面控制轴线，所述平面控制轴线呈“#”或两个以上的“#”相接而成；

2、然后在预定的房屋建筑处立定受力柱5，此受力柱5必须放置在由平面控制轴线6“#”型的正交网格的交点处7(交点在本发明中称为“中心控制点”)，即：主、次梁的交点处。

3、搭建“组合单元”3。所述“组合单元”3由任意四个“基本单元”2按以下方式组合而成：四个“基本单元”2两两以边相连接，且以角部交汇于一点7(交点在本发明中称为“中心控制点”，见图4)；“组合单元”3的轴线经过“中心控制点”7且与四个“基本单元”2两两相连接的各边重合；

4、在预定房屋建筑处设定的基本平面控制轴线的周围由“基本单元”2和“组合单元”3拼装成“基本平面”4。所述“基本平面”4由至少一个“组合单元”3构成，所述“基本平面”4由四个“组合单元”3和若干“基本单元”2按以下方式组合而成：首先，四个“组合单元”3“中心控制点”7的顺次连线构成长方形或正方形，四个“组合单元”3的轴线两两重合，这些正交轴线构成“基本平面”5的主要控制轴线；其次，各“组合单元”3间可以各边直接相连接，或者可在相邻“组合单元”3间通过增加一列“基本单元”1相连接(见图8)。所述活动房屋体系中，房屋平面可根据实际空间使用需求在一个“基本平面”4的基础上通过增加若干“基本平面”4、“组合单元”3形成。其中，新增“组合单元”3的“中心控制点”7应在“基本平面”4主要控制轴线的延长线上，且新增“组合单元”3的轴线方向应与“基本平面”4的主要控制轴线一致；此外，“基本平面”3与新增“组合单元”3间，或新增“组合单元”3间可直接相连，或者通过一列“基本单元”2相连接。但在本体系的平面构成中，不出现两列“基本单元”2直接并列相连的做法(见图8)。构成房屋平面的“基本平面”4和各“组合单元”3可根据实际空间使用需求选择不同尺寸或不同钢结构排列方式的“基本单元”2组成，房屋各层平面的“中心控制点”7和主要控制轴线必须上下对齐，但上、下层平面相对应的“组合单元”3和“基本单元”2在尺寸和内部钢结构配置上可不相同。在平面主要控制轴线和各“组合单元”3的外轮廓边线处设置主梁或次梁，但主、次梁的具体布置方式依据房屋的实际空间需求而定。钢结构则既可以选择直接安装在主、次梁上，然后在主、次梁和钢结构组成的楼板结构层上安装地板面层；或者结合平面的生成方式，将钢结构与地板面层相结合预制成“基本单元”2和“组合单元”，3等构件，再安装到主、次梁上(见图6)。根据使用者的实际使用需求，在房屋楼板构件的生产过程中，组成平面的“组合单元”3既可预制成一个整体构件，也可以“基本单元”2为拆分单元，拆分成若干构件进行预制生产和现场装配，以适应空间在垂直方向上的变化需求，如：楼梯的设置、复式空间的营造等，除上述提及的内容外，房屋可留出阳台，使得建筑造型更为多变。

4、按照设计的位置在安装墙体和门并装设窗、走廊、楼梯。在“基本单元”1控制轴线的外框上放置主要承重构件，如主、次梁等，内部控制轴线上则一般放置钢结构构件，即：“基本单元”2内部钢结构构件的配置方向与“基本单元”2的各边平行或垂直，钢结构构件中心轴线间的距离为1M。如遇特殊情况需要在相关的钢结构位置上部设置墙体，则该钢结构可更换为相应的承重构件，凡涉及建筑构件与其控制轴线的位置关系时，如无特殊说明，控制轴线均为相关构件的中轴线。结合内部钢结构的不同设置方式，“基本单元”2共有9种不同类型(见图1-3)。墙体的龙骨和各种隔音防火填充材料以及装饰面层等均在工厂组装为成品墙体，现场直接装配。门、窗洞口的宽度可以M或者1/2M作为模数进行控制，高度则根据需要具体确定，并在工厂预制墙体时预留(见图7)，房屋的楼梯主要布置在“基本平面”4四个“中心控制点”7所围合的方形空间的外围空间中，或者放置于连接“基本平面”4与新增“组合单元”3的“基本单元”2处。楼梯主要有单跑直梯和“L”形转角双跑梯两种形式。其中，“L”形转角双跑梯放置于“基本平面”的四个“中心控制点”7外围空间的四角；单跑直梯放置在“基本平面”4的四个“中心控制点”7外围空间的四边，或是连接“基本平面”4与新增“组合单元”3的“基本单元”2处(见图8)，各层平面所预留的楼梯洞口长、宽尺寸应符合平面模数，并根据实际情况和平面“基本单元”2和“组合单元”3的构成方式而定。房屋中设置楼梯处应适当去除楼板中部分相应的结构构件，如：部分主、次梁和“基本单元”2等部分构件。

5、立定第二层受力柱，房屋各层平面的柱子放置在由平面主要控制轴线和各“基本单元”2的外轮廓线所形成的正交网格的交点处，即：主、次梁的交点处。同时，各层平面的柱网可结合房屋的实际空间需求灵活布置，不强求上下层平面柱网的完全对齐，但柱网间距不能超过楼板承重构件所选钢材的力学性能，且在房屋平面的外沿不一定设置柱子。

6、依照步骤2-4搭建第二层房屋结构；

7、安装屋顶，所述屋顶根据人们的喜好可搭建不同样式的屋顶。

所述活动房屋体系中，房屋均利用柱子架空于地面之上，以减少房屋的建造对自然环境的破坏。

所述一种新型低层预制装配式钢结构活动房屋体系主要用途在于低层预制装配式居住建筑类型，然而，本发明的房屋体系并不限于居住建筑类型。可以理解，根据本发明的活动房屋体系，其房屋随着建造材料、房屋平面的构成方式、柱、墙、门窗和楼梯等建筑要素与平面的搭建关系等方面的不同，可以具有各种不同的结构形式、空间跨度、平面形状和布局等，适应不同的功能、目的和用途。

通过采用房屋平面的构成方法和柱、墙、门窗和楼梯等建筑要素与平面的搭建控制原则两部份，对平面构成方式以及柱、墙和楼梯等建筑要素与平面的搭建关系控制，实现一种不仅具有模数化、单元化整体控制，而且还具备在产品生产和使用需求之间建立互动的低层预制装配式钢结构活动房屋体系。因此，附图中涉及房屋构件的截面形式和尺寸等相关技术问题，仅为示意，具体做法应依据所选用的建造材料和空间的实际需求情况而具体确定。

本发明的技术核心主要在于阐明这一体系的组建方法，如：房屋平面的构成方式以及房屋各组成部分的搭建控制原则，而非某一特定材料和通途的房屋的具体建造技术；同时，本发明的钢结构活动房屋体系在材料、功能和空间形式等方面具有较强的灵活可变性和适应力，不同建造材料、功能类型对具体节点的构造做法会提出不同的要求。

特别需要说明的是，若依本发明的形状、构造、安装方法等所作的等效改变，其所产生的结构、功能、尺寸、安装方法等未超出本权利要求书、说明书及附图所涵盖技术特征的实质时，均应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种低层预制装配式钢结构房屋体系的搭建方法，其包括平面的模数化、单元化构成方法和柱、墙体、门窗和楼梯等建筑元素与平面的搭建控制原则两个部分，该搭建方法如下：

(1)、将金属型材加工为均等的预制长度形成为“基本模数”；

(2)、首先在预定房屋建筑处设定基本平面控制轴线，所述基本平面控制轴线呈“#”或两个以上的“#”相接而成；

(3)、然后在预定的房屋建筑处立定受力柱；

(4)、搭建“基本单元”，由至少三个基本模数构成“基本单元”；

(5)、再由“基本单元”拼装成“组合单元”；

(6)、所述“组合单元”与基本单元共同拼装形成“基本平面”；

(7)、按照设计的位置安装墙体和门并装设窗、走廊、楼梯；

(8)、立定第二层受力柱；

(9)、依次依照步骤(4)一(7)搭建第二层房屋；

(10)、安装屋顶。

2.根据权利要求1所述的一种低层预制装配式钢结构房屋体系的搭建方法，其特征在于：所述“基本模数”的长度为依据房屋所用金属材料的类型及其结构性能，并综合考虑用料的经济性和人体工学的空间尺度因素而设定的模数单位的倍数。

3.根据权利要求1所述的一种低层预制装配式钢结构房屋体系的搭建方法，其特征在于：所述“组合单元”由四个“基本单元”搭接而成且以角部交汇于“中心控制点”。

4.根据权利要求1所述的一种低层预制装配式钢结构房屋体系的搭建方法，其特征在于：所述“基本平面”由至少一个“组合单元”和两个以上的“基本单元”搭接而成。

5.根据权利要求1所述的一种低层预制装配式钢结构房屋体系的搭建方法，其特征在于：所述房屋各层平面的受力柱位于由基本平面控制轴线和各“基本单元”的外轮廓线所形成的正交网格的交点处。

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