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  • 新兴的模块化建筑技术

        模块化建筑是一种新兴的建筑结构体系,该体系是以每个房间作为一个模块单元,均在工厂中进行预制生产,完成后运输至现场并通过可靠的连接方式组装成建筑整体。与传统建筑的建造方式相比,其具有可缩短工期、节约人力物力、绿色环保、品质精良等优点。结合工程实例对模块化建筑的概念、研究现状、结构特点、设计要求以及施工方法等多方面内容进行介绍与讨论。
        一、装配式建筑与模块化建筑特征
         装配式建筑是指预制的构件在工地装配而成的建筑。这种建筑的优点是建造速度快、受气候条件制约小、节约劳动力并可提高建筑质量。
         根据不同的预制程度,装配式建筑的预制单元一般可分为:杆件单元、板体单元和模块单元几种。对应建筑结构体系即为:直接装配式结构体系、预制大板结构体系与模块化建筑结构体系。
         直接装配式结构体系:结构中所有的杆件按设计尺寸切割,主要的开洞也在工厂完成,并以单根杆件形式运至现场,采用螺栓或自攻螺丝连接,均在现场完成。优点是现场可进行一定修改对工厂设备要求低可用集装箱运输,经济适用于体型复杂的建筑,缺点是现场劳动量相对较大。
        预制大板结构体系:结构中带骨架的墙板、屋面板及屋架均在工厂用专用模具预制成型,并运输至现场进行组装。这种体系的优点是建造速度快,质量易于控制,自动化程度较高,现场工作量小但相对运输费用高,现场需要提升设备。
        模块化建筑结构体系:结构以单个房间作为一个模块均在工厂进行预制,并可在工厂对模块内部空间进行布置与装修。然后运输至现场通过吊装将模块可靠的连接为建筑整体。模块化建筑结构体系预制化比例高,可节约人力、物力,减少工期、绿色环保。
        据统计,预制大板结构体系的预制比例可打60%左右,而模块化建筑结构体系的预制比例一般可达85%以上,其中完全工厂制造的模块化建筑的预制比例可高达95%,仅剩余的5%工作为现场基础施工与模块安装的连接工作。
        二、模块化建筑的工程实例
        英国伍尔弗汉普顿学生公寓建筑共25层,于2009年8月完工,共820个模块在8个月内安装完成,总建造耗时12个月左右,该建筑是目前已完工的最高的模块化建筑。
        美国纽约布鲁克林34层住宅大楼??建筑面积34万平方英尺,是最大的预制模块化建筑。大厦有350套公寓,其中一半是中低收入人群买得起的住房。60%的建筑将在工厂里制造,估计将制造大约950钢框架模块。该建筑已于2013年3月开始动工。
        三、国内外的研究现状
        1、国内研究现状
        国内对与模块化建筑结构体系的研究还比较少,而且只有几种在低层模块化住宅的研究。如:2009年的第七届中国国际住宅产业博览会,浙江泰格集成房屋有限公司展示了一套2层的模块化住宅;
        2011年的上海国际冶金展,宝钢集团展示了一套2层的刚模块房屋,有13个模块组成。
        哈工大查晓雄教授对集装箱改造房进行理论分析与试验研究。集装箱改装房与模块化建筑形式相似,但结构特点有较大不同。
        2、国外研究现状
        国外的R.M.Lawson等人对多高层模块化建筑的结构体系及结构设计进行了相关研究,并对模块化单元的墙板及连接节点做了相关试验和理论分析研究。
        加拿大的C.D.Annan等人对带有支撑的多层刚模块建筑的抗震性能做了具体研究及相关试验。
        韩国的Sung-Gul Hong等人对带有双层钢板的刚模块框架进行了试验研究,分析了双层钢板对刚模块框架的抗震性能的影响。
        四、建筑所用的模块类型
        根据建筑模块的结构与功能类型,目前模块化建筑所用的模块可分为:墙体承重模块、角柱支撑模块、楼梯模块和非承重模块几种。
        1、墙体承重模块
        模块包括四块墙体,由竖向立柱、水平横杆和支撑组成。楼板和天花板托梁的跨度方向平行于模块单元的短边。除了四块外墙,也可包括非承重隔墙,用于将所围空间划分为适当大小的房间。这种建筑类型应用于宾馆、学生宿舍和社会保障房或工人宿舍十分理想,这些房屋通常是由大量的小房间组成。
        为使建筑内部模块布局更加灵活,并且考虑到可通过合并多个模块单元来实现大的内部空间设计,可对墙体承重模块的侧向墙体进行局部开孔设计,并对开孔附近设置附加边梁或支柱进行补强。
        2、角柱支撑模块
        角部支撑模块类似于传统的热轧钢结构,在方钢管角柱中布置梁高较高的纵向边梁,与带有轻钢承重墙的墙体模块形成明显对比。角部支撑模块的关键优势是模块的一个或多个面可以完全开放,当模块并排安装在一起时可以创建大的开放式空间。这种建筑形式是学校和医院的理想选择。
        3、楼梯模块
        楼梯模块在一个独立的预制单元中提供楼梯(通常为两跑,中间为楼梯平台)和平台,由此通往模块结构更高的楼层。它们一般与常规公寓模块(卧室、客厅等)一起使用组成模块化住宅公寓楼。楼梯平台和中建平台由纵向墙体所支承,并根据需要设置一定的附属钢结构。这种结构形式一般用于完全模块化建筑。
        4、非承重模块
        非承重模块用于在非模块化建筑中提供空间预制单元构件。它们一般用于浴室、厨房和设备室,这些设施在工厂环境下安装具有明显的优点。厨房和浴室一般在交送到现场是配备齐全的,包括水暖、电气、配套家具和装饰。非承重模块具有有限的结构强度,必须依靠于其他结构构件的支承,如构造钢构件过楼板构件。然而,它们需要设计承担其自重荷载及其在进行吊装时所受的力。

    (建筑时报)

    发布时间:2013年10月17日 00:04
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