多高層模塊化鋼結構建筑技術研究與工程實踐

2025-01-03 16:22:27來源：作者：

多高層模塊化鋼結構建筑技術研究與工程實踐

目

錄

01	發(fā)展現(xiàn)狀
02	主要技術問題
03	工程案例
04	正在開展的工作

01. 發(fā)展現(xiàn)狀

裝配式鋼結構建筑具有輕質高強、抗震性能好、施工周期短、綠色環(huán)保、便于工業(yè)化生產、可循環(huán)利用等優(yōu)點，符合建筑行業(yè)綠色、低碳發(fā)展方向，得到國家政策的大力支持。模塊化鋼結構建筑作為其中重要組成部分，受到越來越多的關注。

模塊化鋼結構建筑符合建筑工業(yè)化和綠色建筑的發(fā)展要求，建筑集成效果好、工廠化程度高、建設周期短、對周邊環(huán)境影響小，適用于酒店、學校、醫(yī)院、辦公樓、住宅等項目，特別在應急防疫酒店等對建設速度和功能完整性要求極高的建設項目中，更能發(fā)揮出其獨特的優(yōu)勢。

2023年4月28日，中央政治局召開的經濟形勢和經濟工作會議上，提出了在超大特大城市積極穩(wěn)步推進城中村改造和“平急兩用”公共基礎設施建設。模塊化鋼結構建筑易建造、易拆改、易回收，在這項工作中有突出優(yōu)勢，應用場景有望進一步拓展。

PART/1

體系特點

PART/2

國外發(fā)展情況

模塊化建筑于上世紀60年代最早出現(xiàn)于歐美、日本等國，發(fā)展出了混凝土模塊化建筑、鋼結構模塊化建筑、集裝箱式模塊化建筑等多種形式。

鋼結構模塊化建筑被廣泛應用于酒店、住宅、公寓、學校的建設中，典型工程案例如：東京中銀艙體樓、紐約住宅大廈、布魯克林單身公寓、卡斯爾大學學生公寓等。紐約住宅大廈是目前世界上最高的模塊建筑，共32 層，采用了模塊+鋼框架-支撐結構體系。

·東京中銀艙體樓

·紐約住宅大廈

· 布魯克林單身公寓

PART/3

國內工程情況

在國內，鋼結構模塊化建筑最初多用于工地臨時辦公用房、臨時安置房、展示廳、臨時醫(yī)療診所等臨時性建筑，這類模塊多采用可拆裝的箱體結構，通常自重較輕，可整箱運輸，也可拆解后打包堆疊，運輸十分方便。

近年來，鋼結構模塊化建筑被越來越多地應用于公寓、酒店、辦公樓、學校等永久性建筑，這類模塊為了獲得更加穩(wěn)定的承載能力，通常采用剛接梁柱，模塊主體結構不可拆裝，建筑模塊在工廠內有更高的完成度，采用整箱運輸。

在國內，鋼結構模塊化建筑常見于辦公、醫(yī)療、酒店、公寓、學校等建筑平面標準化程度高、對建設速度又有較高要求的項目中，根據建設高度、環(huán)境條件和建筑效果等，通常采用疊箱結構、疊箱-抗側力結構、嵌入式結構等。

雄安市民中心-臨時辦公區(qū)：疊箱結構（3層）

深圳福田區(qū)幼兒園：疊箱結構（3層）

多層模塊酒店：疊箱-框架（7層）

煙臺萊山健康驛站：疊箱+框架-支撐（20層）

鎮(zhèn)江港南路公租房小區(qū)：疊箱-核心筒（18層）

湖南農業(yè)大學神農英才公寓：嵌入式（8層）

02. 主要技術問題

PART/1

國內標準情況

國內現(xiàn)行的鋼結構模塊化建筑相關標準包括1部行業(yè)標準、多部CECS標準和多部地方標準，涉及的內容和做出的要求均有一定差異。

2022年6月，住房和城鄉(xiāng)建設部印發(fā)了《裝配式鋼結構模塊建筑技術指南》，主要內容包括：項目策劃、建筑設計、結構設計、室內裝飾裝修與設備管線設計、制作與運輸、現(xiàn)場安裝與拆除、質量檢查與驗收、維護與管理，涵蓋了建設過程方方面面，對現(xiàn)有規(guī)范內容進行了一定的梳理。注重完整性、先進性、可操作性，對指導工程實踐有較高價值。

PART/2

抗震要求

抗震相關要求對結構的安全性、經濟性和施工便捷性影響顯著，目前國內針對模塊化鋼結構的規(guī)范對模塊化建筑抗震的要求不盡相同，高鋼規(guī)、鋼規(guī)等直接套用又有適用性的問題，很大程度上需要設計師自行把控，體現(xiàn)在：

最大適用高度

抗側力結構的形式、布置，模塊與模塊之間，模塊與抗側力結構之間的連接構造等都對結構抗震性能有顯著影響，特別在目前各家節(jié)點連接方式及性能各不相同的情況下，結構最大適用高度限值仍需深入研究

抗側力體系

因目前研究和工程經驗較少，對鋼結構模塊化建筑應該按單重體系還是雙重體系來計算仍有爭議，完全不考慮疊箱的抗震貢獻似乎過于保守，特別在高層模塊化建筑應用中會造成成本的大幅增加.

地震剪力分配

疊箱-抗側力體系地震剪力分配調整有2種思路，一是模塊部分單獨調整，二是模塊部分與非模塊部分框架共同調整，二者的合理性取決于疊箱與抗側力結構的協(xié)同工作能力，又受到兩部分規(guī)模比例的影響，仍有待深入研究

性能化設計

目前鋼結構模塊化建筑性能化設計要求尚不明確，主要參考傳統(tǒng)鋼結構建筑設計習慣進行，具體計算要求見仁見智，尚無統(tǒng)一標準，實際操作難度較大。

PART/3

結構體系

鋼結構模塊化建筑的結構體系主要根據抗側力體系的不同進行劃分，通?？煞譃榧?strong style="-webkit-tap-highlight-color: transparent; margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">疊箱結構、疊箱-抗側力結構、嵌入式結構，疊箱-底部框架結構從抗側角度本質屬于疊箱結構。

純疊箱結構僅靠鋼結構模塊抵抗地震作用，建筑高度一般不超過3層，多高層建筑應采用疊箱-抗側力結構或嵌入式結構。疊箱-抗側力結構中可采用框架、框架-支撐、核心筒等作為抗側力結構與疊箱共同承擔地震作用，嵌入式結構則有外部骨架結構承擔全部地震作用，鋼結構模塊主要發(fā)揮建筑集成、工廠預制作用，荷載工況更統(tǒng)一，有潛力實現(xiàn)最大程度的標準化。

疊箱-抗側力結構是目前多高層模塊化建筑最常見的結構形式，模塊嵌入式結構用于高層更加可靠，具備房間可更替潛力。

PART/4

箱體間連接

鋼結構模塊箱體間的連接分為豎向連接和水平連接，鋼結構模塊化建筑相關標準推薦的箱體間連接形式多體現(xiàn)在豎向連接方式的不同，主要可歸納為螺栓連接、拉桿-抗剪鍵連接、自鎖式連接、灌漿連接等。

螺栓連接、拉桿連接、自鎖式連接等多認為是鉸接節(jié)點，灌漿連接經設計加強和試驗驗證可實現(xiàn)剛接性能。

水平連接通常采用能夠釋放豎向位移的構造，通常采用水平鋼板拉接。