一种混凝土模块结构体系及其施工方法

技术领域

本发明涉及装配式建筑施工技术领域，具体涉及一种混凝土模块结构体系及其施工方法。

背景技术

装配式建筑因其建设周期短，环境影响小，已成为实现绿色建筑及工业化的重要方向。其中模块化建筑是装配率最高、工业化程度最高的装配式建筑。目前模块化建筑主要有两种，一种是钢结构模块化建筑，一种是混凝土模块化建筑。混凝土模块化建筑结构相对钢结构更便宜，但混凝土模块化建筑也存在连接不方便、现场钢筋绑扎困难等问题。

现有专利提出了一种混凝土模块墙模(CN218933525U)体系，在这一体系中，预制墙(墙模)较薄，从而大幅减少了模块重量，但也由此带来以下问题：其一，剪力墙钢筋设置于剪力墙现浇部分内，钢筋桁架现场绑扎时易与剪力墙钢筋发生碰撞，导致钢筋绑扎效率较低；其二，混凝土浇筑时会产生水平压力，在一对预制墙之间设置对拉装置能够增强预制墙的水平抗压强度和刚度，但对拉装置需贯穿一侧预制墙并通过螺杆进行预紧，多个对拉装置贯穿预制墙导致该侧预制墙难以进行装修，影响施工效率；其三，仅一侧预制墙上设置有钢筋桁架，未设置钢筋桁架的另一侧预制墙同现浇混凝土墙的组合作用有限，模块结构体系受力性能较差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点和不足，本发明提供一种混凝土模块结构体系及其施工方法，其解决了现有模块结构体系施工效率较低和受力性能较差的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明的混凝土模块结构体系包括预制墙主模块、预制墙副模块、混凝土现浇墙、多个卡接件、多个连接件和多个抗剪件；

所述预制墙副模块和所述预制墙主模块上均设置有多个所述卡接件，所述连接件与一对所述卡接件卡接，以使所述连接件能够对所述预制墙副模块与所述预制墙主模块在横向上的移动进行限位；多个所述连接件沿纵向设置；

所述预制墙副模块与所述预制墙主模块围成有一空腔，所述混凝土现浇墙设置于所述空腔内；所述预制墙主模块、所述预制墙副模块、所述卡接件和所述连接件均与所述混凝土现浇墙连接；

多个所述抗剪件沿所述纵向和高度方向阵列设置；所述抗剪件的一端预埋于所述预制墙副模块，另一端与所述混凝土现浇墙连接。

可选地，所述连接件包括操作杆、连接板和一对楔形块；

所述连接板的顶端与所述操作杆连接；

所述连接板的底端的两侧一一对应地与一对所述楔形块连接；

所述卡接件为卡板，一对所述卡板一一对应地设置于所述预制墙副模块和所述预制墙主模块上；所述楔形块与所述卡板卡接。

可选地，所述连接板的顶端设置有螺纹接头；

所述操作杆的底端对应设置有螺纹杆；所述螺纹杆与所述螺纹接头螺纹连接。

可选地，所述连接件包括螺杆、端板和螺母；

所述螺杆的一端与所述端板连接，另一端与所述螺母螺纹连接；

所述卡接件为开口环，一对所述开口环一一对应地设置于所述预制墙副模块和所述预制墙主模块上；所述螺母内置于一所述开口环，所述端板内置于另一所述开口环；一对所述开口环能够对所述连接件在所述横向上的移动进行限位。

可选地，所述抗剪件为凸形钢筋，所述凸形钢筋包括凸起段钢筋和一对水平段钢筋，一对所述水平段钢筋一一对应地设置于所述凸起段钢筋的两侧；

所述凸起段钢筋与所述混凝土现浇墙连接；所述水平段钢筋与所述预制墙副模块连接。

可选地，所述预制墙主模块包括第一预制墙、钢筋笼和第一钢筋网；

所述钢筋笼的一端与所述第一钢筋网连接，另一端与所述混凝土现浇墙连接；

所述第一钢筋网预埋于所述第一预制墙内；

所述第一预制墙与所述混凝土现浇墙连接。

可选地，所述钢筋笼包括多个箍筋和多根竖向钢筋；

多根所述竖向钢筋焊接于所述箍筋内侧；

多个所述箍筋沿所述高度方向设置；所述箍筋的一端与所述第一预制墙连接，另一端与所述混凝土现浇墙连接；所述竖向钢筋与所述混凝土现浇墙连接。

可选地，所述钢筋笼还包括横向钢筋；

所述横向钢筋的轴线与所述横向平行，所述横向钢筋的两端均与所述箍筋连接；所述横向钢筋与所述竖向钢筋连接。

可选地，所述预制墙副模块包括第二预制墙和第二钢筋网；

所述第二钢筋网、所述卡接件和所述抗剪件均预埋于所述第二预制墙内；

所述第二预制墙与所述混凝土现浇墙连接。

进一步地，本发明还提供一种混凝土模块结构体系的施工方法，所述混凝土模块结构体系的施工方法基于如上所述的混凝土模块结构体系实施，所述施工方法包括：

预制：所述预制墙主模块、所述预制墙副模块、所述卡接件、所述连接件和所述抗剪件均在工厂内预制；在所述预制墙主模块和所述预制墙副模块内预埋所述卡接件；在所述预制墙副模块内预埋所述抗剪件；

施工：将所述预制墙主模块和所述预制墙副模块进行拼接，通过所述连接件连接固定；

往所述空腔内浇筑混凝土。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

卡接件与预制墙副模块或预制墙主模块一体成型，抗剪件与预制墙副模块一体成型，连接件在工厂内完成预制，钢筋的绑扎或焊接工作均在工厂内完成，施工现场仅需进行简单的模块化拼接和混凝土浇筑，大大降低了施工现场的工作量，提高了模块化建筑的装配效率。

连接件与一对卡接件卡接后即可将预制墙主模块和预制墙副模块进行固定，形成对拉结构，增强混凝土模块结构体系在浇筑混凝土时的水平抗压强度；且卡接件预埋于预制墙主模块或预制墙副模块内，并未贯穿预制墙主模块或预制墙副模块背离混凝土现浇墙的一侧墙面，也即预制墙外墙，不会影响到预制墙外墙作业面的施工，使得预制墙外墙作业面的施工能够与混凝土的浇筑、凝固同步进行，缩短施工周期。

混凝土现浇墙浇筑成型后，抗剪件与混凝土现浇墙连接，预制墙副模块的作用力能够有效地经抗剪件、混凝土现浇墙传递至预制墙主模块，使得预制墙副模块能够参与模块组合受力，进一步增强了混凝土模块结构体系的受力稳定性。

附图说明

图1为本发明的混凝土模块结构体系的模块拼装平面图；

图2为图1中沿1-1的截面图；

图3为图1中沿2-2的截面图；

图4为图1中沿3-3的截面图；

图5为图4中01处的放大图；

图6为图5中沿4-4的截面图；

图7为本发明的连接件的俯视图；

图8为图7中沿11-11的截面图；

图9为本发明的第一实施例中卡接件的示意图；

图10为本发明的第二实施例中连接件和卡接件的连接示意图；

图11为本发明的第二实施例中连接件和卡接件的结构示意图

图12为本发明的抗剪件的结构示意图；

图13为本发明的预制墙主模块的结构示意图；

图14为图13中沿5-5的截面图；

图15为图13中沿6-6的截面图；

图16为本发明的钢筋笼的结构示意图；

图17为本发明的钢筋笼的实施例一的结构示意图；

图18为本发明的钢筋笼的实施例二的结构示意图；

图19为本发明的预制墙副模块的结构示意图；

图20为图19中沿7-7的截面图；

图21为图19中沿8-8的截面图。

【附图标记说明】

1：预制墙主模块；11：第一预制墙；12：钢筋笼；121：竖向钢筋；122：箍筋；123：横向钢筋；13：卡板；131：插孔；14：第一钢筋网；

2：预制墙副模块；21：第二预制墙；22：抗剪件；23：开口环；24：第二钢筋网；

3：连接件；31：连接板；32：楔形块；33：螺纹接头；34：螺杆；35：端板；36：螺母；37：操作杆；

4：混凝土现浇墙。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1至图4，本发明提供一种混凝土模块结构体系，混凝土模块结构体系包括预制墙主模块1、预制墙副模块2、混凝土现浇墙4、多个卡接件、多个连接件3和多个抗剪件22；预制墙副模块2和预制墙主模块1上均设置有多个卡接件，连接件3与一对卡接件卡接，以使连接件3能够对预制墙副模块2与预制墙主模块1在横向上的移动进行限位；多个连接件3沿纵向阵列设置；预制墙副模块2与预制墙主模块1围成有一空腔，混凝土现浇墙4设置于空腔内，可以在预制墙副模块2与预制墙主模块1上连接挡板，共同围挡成空腔，用于后续混凝土的浇筑；预制墙主模块1、预制墙副模块2、卡接件和连接件3均与混凝土现浇墙4连接；多个抗剪件22沿纵向和高度方向阵列设置；抗剪件22的一端与预制墙副模块2连接，另一端与混凝土现浇墙4连接。预制墙主模块1、预制墙副模块2和混凝土现浇墙4共同组成剪力墙。其中，横向是指垂直于预制墙主模块1和预制墙副模块2的预制墙的墙面的方向，纵向是指平行于预制墙主模块1和预制墙副模块2的预制墙的墙面的水平方向，横向和纵向位于同一水平面内；高度方向是指垂直于水平面的方向，也即竖向钢筋121的轴向。

卡接件与预制墙副模块2或预制墙主模块1一体浇筑成型，抗剪件22与预制墙副模块2一体浇筑成型，连接件3在工厂内完成预制，钢筋的绑扎或焊接工作均在工厂内完成，施工现场仅需进行简单的模块化拼接和混凝土浇筑，大大降低了施工现场的工作量，提高了模块化建筑的装配效率。

施工时，将预制墙主模块1和预制墙副模块2吊装靠近，将连接件3与一对卡接件卡接(卡合连接)后即可将预制墙主模块1和预制墙副模块2进行固定，形成对拉结构，防止预制墙在混凝土浇筑时出现损坏或大的变形，增强混凝土模块结构体系在浇筑混凝土时的水平抗压强度；且卡接件预埋于预制墙主模块1或预制墙副模块2内，并未贯穿预制墙主模块1或预制墙副模块2背离混凝土现浇墙4的一侧墙面，也即预制墙外墙，不会影响到预制墙外墙作业面的施工，既不需要对预制墙外墙贯穿点进行维修，也使得预制墙外墙作业面的施工能够与混凝土的浇筑、凝固同步进行，缩短施工周期。

混凝土现浇墙4浇筑成型后，抗剪件22与混凝土现浇墙4连接，预制墙副模块2的作用力能够有效地经抗剪件22、混凝土现浇墙4传递至预制墙主模块1，提升预制墙副模块2和混凝土现浇墙4的组合受力作用，充分利用预制墙的材料承载力，进一步增强了混凝土模块结构体系的受力稳定性。需要说明的是，钢筋桁架是作为混凝土模块结构体系的主力承载结构，在剪力墙中还预埋有剪力墙钢筋网，剪力墙钢筋网的作用在于提高剪力墙的受力稳定性，并将剪力墙的作用力传递至钢筋桁架上。传统的施工方式中，通过在预制墙主模块1和预制墙副模块2之间绑扎钢筋以解决预制墙副模块2的承载力受限问题，但钢筋桁架需要锚入剪力墙与内置的剪力墙钢筋网进行绑扎或焊接，增加了作业工时和施工成本。现有专利提出了一种免拆混凝土模块墙模(CN218933525U)，通过设置对拉装置连接两块剪力墙，但对拉装置仅一侧设置有桁架筋，另一侧则是将螺杆贯穿剪力墙，螺杆抗压、抗剪能力较弱，导致螺杆贯穿侧的剪力墙承载力受限，模块组合受力效果较差。

本发明在预制阶段将钢筋笼12与预埋于预制墙主模块1内的剪力墙钢筋网绑扎或焊接，也即与第一钢筋网14绑扎或焊接，工厂预制阶段完成了复杂的绑扎、焊接作业，托运至施工现场后，仅需进行简单的对接、浇筑等作业，施工更加方便、快捷，大幅缩短了施工现场的作业工时。在预制墙副模块2上预埋有抗剪件22，混凝土成型后能够与抗剪件22黏接，使得预制墙副模块2上的作用力能够有效地经抗剪件22、混凝土现浇墙4和钢筋笼12传递至预制墙主模块1，增强了混凝土模块结构体系的受力稳定性。且相较于预制墙主模块1和预制墙副模块2件之间绑扎钢筋的方式，卡接件、连接件3和抗剪件22的成本更低，节省了施工成本。

在第一实施例中，如图5至图9所示，连接件3包括操作杆37、连接板31和一对楔形块32；连接板31的顶端与操作杆37连接；连接板31的底端的两侧一一对应地与一对楔形块32连接；卡接件为卡板13，一对卡板13一一对应地设置于预制墙副模块2和预制墙主模块1上；楔形块32与卡板13卡接，楔形块32的形状可以是圆柱形、方形或锥形，在楔形块32的底端倒角，便于楔形块32进行卡接即可。本实施例中，卡板13为L形卡板，L形卡板包括垂直连接的竖直卡板和水平卡板，竖直卡板预埋于预制墙主模块1内；水平卡板的一端预埋于预制墙主模块1内，另一端向预制墙副模块2一侧延伸。相较于普通钢板，将钢板弯折或焊接成L形卡板能够有效提高卡板13与预制墙副模块2或预制墙主模块1的抓合力，提高卡板13的限位强度和抗压抗剪强度。

参见图9，水平卡板上开设有插孔131，楔形块32能够沿高度方向插入插孔131，实现预制墙主模块1和预制墙副模块2的快速连接，形成对拉结构。卡接件和连接件3能够有效地提高混凝土模块结构体系的水平抗压强度，无需在施工现场再临时绑扎钢筋，大大提高了施工效率；连接件3与混凝土现浇墙4配合也能够一定程度上提高混凝土模块结构体系的抗剪强度，与抗剪件22配合使用能够进一步提高混凝土模块结构体系的抗剪强度。

进一步地，连接板31的顶端设置有螺纹接头33；操作杆37的底端对应设置有螺纹杆；螺纹杆与螺纹接头33螺纹连接。操作杆37可以预留在混凝土现浇墙4中充当植筋，也可以通过可拆卸连接的方式，在浇筑混凝土前将操作杆37拆除回收。本实施例中，通过将操作杆37与连接板31螺纹连接，使得两者在连接时，操作杆37能够在高度方向上移动，便于将楔形块32深入空腔并插入卡板13，操作杆37的长度可根据实际需求进行设置；在回收操作杆37时，反转操作杆37，解除操作杆37与连接板31的螺纹连接即可。预留操作杆37能够提高混凝土模块结构体系的受力稳定性，拆除回收操作杆37则能够反复利用，节省施工成本。

在第二实施例中，如图10和图11所示，连接件3包括螺杆34、端板35和螺母36；螺杆34的一端与端板35连接，另一端与螺母36螺纹连接；卡接件为开口环23，一对开口环23一一对应地设置于预制墙副模块2和预制墙主模块1上；螺母36内置于一开口环23，端板35内置于另一开口环23；一对开口环23能够对连接件3在横向上的移动进行限位，也即通过连接件3能够实现对预制墙主模块1和预制墙副模块2在横向上的移动限位，提高混凝土模块结构体系的水平抗压强度。本实施例中，连接件3为螺栓和螺母的螺纹连接结构，开口环23采用开口方通，开口环23的长度可根据实际需求进行设置，以对连接件3起到限位和导向作用；还可以在开口环23的底端焊接一挡片，以对连接件3在高度方向上的移动进行限位，提高连接件3安装位置的灵活性。开口环23的作用在于对端板35或螺母36进行横向上的限位，也即对螺杆34在横向上的限位，提高混凝土模块结构体系在浇筑混凝土时的水平抗压强度，增强施工的稳定性和模块结构体系结构强度。本实施例中，连接件3能够在高度方向上移入并卡进一对开口环23内，开口环23的开口口径大于螺杆34外径，小于端板35或螺母36的外径，以使端板35或螺母36不会脱离开口环23，起到横向上的限位作用。相较于第一实施例，第二实施例的连接件3能够通过转动螺母36调节与端板35的间距，从而提高对一对开口环23不同间距安装的适应性。

参见图12，抗剪件22为凸形钢筋，凸形钢筋包括凸起段钢筋和一对水平段钢筋，一对水平段钢筋一一对应地设置于凸起段钢筋的两侧；凸起段钢筋与混凝土现浇墙4连接；水平段钢筋与预制墙副模块2连接。抗剪件22可以是由一根钢筋弯折而成，也可以是抗剪栓钉或槽钢。凸形钢筋连接混凝土现浇墙4和预制墙副模块2，能够有效地传递作用力；且凸形结构能够进一步增强抗剪件22的抗压抗剪强度。抗剪件22的设置能够有效地替换传统的钢筋绑扎的方式，使预制墙副模块2参与模块组合受力，在提高混凝土模块结构体系结构强度的同时，简化了施工工艺。

参见图13至图15，预制墙主模块1包括第一预制墙11、钢筋笼12和第一钢筋网14；钢筋笼12的一端与第一钢筋网14连接，另一端与混凝土现浇墙4连接；第一钢筋网14预埋于第一预制墙11内；第一预制墙11与混凝土现浇墙4连接。具体地，第一钢筋网14为第一预制墙11内置的剪力墙钢筋网，钢筋笼12可视为第一预制墙11外置的钢筋桁架或混凝土现浇墙4内置的钢筋桁架，钢筋笼12作为混凝土模块结构体系的主力承载结构。钢筋笼12同时连接混凝土现浇墙4和第一预制墙11，第二预制墙21上的作用力能够有效地经抗剪件22、混凝土现浇墙4传递至钢筋笼12上，增强了模块组合受力强度。第一预制墙11、钢筋笼12和第一钢筋网14均在工厂内完成预制，一体浇筑成型，大幅降低了施工现场的工作强度，提高了施工效率。

如图16至图18所示，钢筋笼12包括多个箍筋122和多根竖向钢筋121；多根竖向钢筋121焊接于箍筋122内侧；多个箍筋122沿高度方向设置；箍筋122的一端与第一预制墙11连接，另一端与混凝土现浇墙4连接；竖向钢筋121与混凝土现浇墙4连接。具体地，箍筋122的一端与第一预制墙11一体浇筑成型，可以根据模块结构强度需求选择是否绑扎钢筋；同时，箍筋122与竖向钢筋121焊接的方式能够替换传统的钢筋绑扎的方式，大幅提高作业的便利性。本实施例中，竖向钢筋121的顶端设置有挂钩，挂钩由竖向钢筋121弯折而成，挂钩能够搭接在箍筋122上，提高预制墙主模块1吊装搬运时的稳定性。

其次，钢筋笼12还包括横向钢筋123；横向钢筋123的轴线与横向平行，横向钢筋123的两端均与箍筋122连接；横向钢筋123与竖向钢筋121焊接。本实施例中，在混凝土现浇墙4的边缘位置的钢筋笼12上加设横向钢筋123，相较于混凝土现浇墙4的靠近中间位置的钢筋笼12，增设一横向钢筋123能够增加竖向钢筋121的焊接数量，增强混凝土模块结构体系边缘位置的受力稳定性，进而增强混凝土模块结构体系的整体的受力稳定性。

参见图19至图21，预制墙副模块2包括第二预制墙21和第二钢筋网24；第二钢筋网24、卡接件和抗剪件22均预埋于第二预制墙21内；第二预制墙21与混凝土现浇墙4连接。本实施例中，第二钢筋网24的两自由端做弯折处理，形成弯折端，弯折端能够在浇筑混凝土后预埋在混凝土现浇墙4中，进一步提高混凝土模块结构体系的结构强度。其中，第二钢筋网24、卡接件、抗剪件22在工厂内与第二预制墙21一体浇筑成型，卡接件与连接件3连接后能够提高第二预制墙21的水平抗压强度，能够取代钢筋绑扎作业，降低工作强度，并且卡接件和抗剪件22并未贯穿第二预制墙21，不会影响到第二预制墙21背离混凝土现浇墙4一侧的施工作业，在混凝土现浇墙4等待凝固的时间段内能够同步进行第二预制墙21背离混凝土现浇墙4一侧的施工作业，缩短施工工时。第一钢筋网14同理，不再赘述。第二钢筋网24和抗剪件22均能够增强第二预制墙21的抗压抗剪强度，有效地将受力传递至混凝土现浇墙4和钢筋笼12，提高模块结构体系组合受力强度。

此外，本发明还提供一种混凝土模块结构体系的施工方法，混凝土模块结构体系的施工方法基于如上的混凝土模块结构体系实施，施工方法包括：

预制：预制墙主模块1、预制墙副模块2、卡接件、连接件3和抗剪件22均在工厂内预制；预制墙主模块1和预制墙副模块2上均一体成型有卡接件；抗剪件22在一体成型时完成与预制墙副模块2的连接；连接件3备用；

具体地，制备预制墙主模块1时，先搭建第一钢筋网14和钢筋笼12，将第一钢筋网14和钢筋笼12绑扎或焊接，浇筑混凝土后形成第一预制墙11；其中钢筋笼12基本覆盖混凝土现浇墙4在横向上的宽度尺寸，提高混凝土模块结构体系的结构稳定性；制备预制墙副模块2时，先搭建第二钢筋网24，将预制好的抗剪件22固定至预设位置，浇筑混凝土后形成第二预制墙21；以上步骤均在工厂内完成，各模块提前预制，简化施工现场的安装工艺，提高施工效率；

施工：将预制墙主模块1和预制墙副模块2进行拼接，通过连接件3连接固定；具体地，将第一预制墙11和第二预制墙21吊装至预设位置，卡接件同步相互靠近，下放连接件3与一对卡接件卡接；

对第一预制墙11和第二预制墙21的周边进行封堵，仅留出顶端开口用于浇筑混凝土；往空腔内浇筑混凝土，混凝土凝固后形成混凝土现浇墙4；可同步进行第一预制墙11和第二预制墙21的墙面粉刷、雕刻等作业。

本发明通过将各模块在工厂内提前预制，搬运至施工现场后仅需进行简单的施工，大大简化了施工工艺，节省了施工时间，提高了施工效率。混凝土模块结构体系预埋有钢筋笼12和抗剪件22，可以使预制墙与混凝土现浇墙4有效组合，共同受力，充分发挥材料性能，提高组合受力效果，有效地节省了施工成本。

需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。