鋼結(jié)構(gòu)模塊建筑發(fā)展趨勢的研究

鋼結(jié)構(gòu)模塊建筑發(fā)展趨勢的研究

鋼結(jié)構(gòu)模塊建筑的工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化水平及質(zhì)量水平較傳統(tǒng)建筑均得到很大提高。作者認(rèn)為，鋼結(jié)構(gòu)體系模塊化建筑的發(fā)展方向應(yīng)該是一次到位和菜單式的“全模塊”模式，也將是本世紀(jì)我國建筑業(yè)工業(yè)化中較為先進的建筑結(jié)構(gòu)體系。本版自今日起刊載天津市建筑設(shè)計院副總工程師張肇毅等撰寫的《鋼結(jié)構(gòu)模塊建筑發(fā)展趨勢的研究》一文，敬請關(guān)注。

——編者

一、背景分析

1.我國建筑結(jié)構(gòu)體系發(fā)展概況

建筑工業(yè)化是我國基本建設(shè)長期以來重大的國策，早在1956年國務(wù)院就頒布了《關(guān)于加強和發(fā)展建筑工業(yè)的決定》，指明了“建筑工業(yè)化是建筑業(yè)的發(fā)展方向”，“大力開展建筑結(jié)構(gòu)和配件的標(biāo)準(zhǔn)化工作”，“積極實行工業(yè)化、機械化施工”。20世紀(jì)六七十年代標(biāo)準(zhǔn)化的住宅體系就大量采用了模數(shù)化的鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件，同時應(yīng)用于工業(yè)廠房鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件也相繼應(yīng)用于工程實踐，并研發(fā)了預(yù)制裝配框架結(jié)構(gòu)體系，20世紀(jì)80年代開發(fā)了內(nèi)澆外砌混合結(jié)構(gòu)體系和鋼筋混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu)體系，并在北京、天津等地興建了數(shù)百萬平方米該結(jié)構(gòu)體系的居住型建筑。上述建筑結(jié)構(gòu)體系對我國基本建設(shè)的發(fā)展起到了推進作用，并積累了工程經(jīng)驗，上世紀(jì)末我國正式提出住宅產(chǎn)業(yè)化概念，為本世紀(jì)建筑結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。

為保障國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，原建設(shè)部在本世紀(jì)初制定了“關(guān)于在大中城市在2～3年內(nèi)消除黏土磚及黏土制品和積極推廣鋼結(jié)構(gòu)住宅”的重大政策，又于2002年發(fā)布了《鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化技術(shù)導(dǎo)則》。很多地方省市相繼編制了《鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計規(guī)程》，2009年中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)（CECS）《鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計規(guī)范》頒布實施，為設(shè)計應(yīng)用提供了充分的設(shè)計依據(jù)，并在山東、上海、天津、武漢及內(nèi)蒙古等省市興建了逾千萬平方米鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑。

2.國內(nèi)外住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展進程

（1）國外住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進程。國外發(fā)達國家的住宅產(chǎn)業(yè)化基本上經(jīng)歷了3個階段。20世紀(jì)50～60年代是住宅產(chǎn)業(yè)化形成的初期，重點是建立工業(yè)化生產(chǎn)體系；20世紀(jì)70～80年代是住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展期，重點是提高住宅的質(zhì)量和性能；20世紀(jì)90年代后，是住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的成熟期，重點轉(zhuǎn)向節(jié)能、降低住宅的物耗和對環(huán)境的負(fù)荷、資源的循環(huán)利用，倡導(dǎo)綠色、生態(tài)、可持續(xù)發(fā)展。目前，在發(fā)達國家的住宅建設(shè)中，工廠化住宅已經(jīng)占據(jù)相當(dāng)?shù)氖袌龇蓊~：日本達到20%～25%，美國為31%，瑞典在60%以上。而就目前看來，住宅模塊化的發(fā)展方向應(yīng)該是一次到位和菜單式的“全模塊”模式。

（2）國內(nèi)住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進程。早在1994年國家“九五”科技計劃“國家2000年城鄉(xiāng)小康型住宅科技產(chǎn)業(yè)示范工程”中系統(tǒng)化地制定了中國住宅產(chǎn)業(yè)化科技工作的框架，從而使住宅產(chǎn)業(yè)化在科技和示范工程的層面上得以確定和實施，標(biāo)志著住宅產(chǎn)業(yè)化的進程步入一個新的發(fā)展階段；1999年，國務(wù)院明確指出“滿足人民群眾日益增長的住房需求，加快住宅建設(shè)從粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，推進住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，提高住宅質(zhì)量”，原建設(shè)部成立了住宅產(chǎn)業(yè)化促進中心。隨著我國國民經(jīng)濟和住宅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，人民生活水平有了很大的提高，但目前我國住宅生產(chǎn)與經(jīng)營方式還比較傳統(tǒng)和相對落后，我國每年竣工房屋面積大約在20億平方米左右，現(xiàn)有建筑存量400億平方米，建筑能耗每年達到了1.2萬億度電和4.1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，加上建材生產(chǎn)過程中的能耗，約占全社會能耗的46.7%，房屋建筑大量的能耗迫使人們重新審視住宅建設(shè)的生產(chǎn)方式和增長方式，特別是國家提出發(fā)展節(jié)能省地型住宅的目標(biāo)后，加快促進住宅產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)刻不容緩。

（3）住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展水平評估依據(jù)。具體體現(xiàn)在以下六個方面：

一是新型的、工業(yè)化的建筑結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用程度。目前的以鋼結(jié)構(gòu)、鋼混結(jié)構(gòu)等為主的新型建筑結(jié)構(gòu)體系，使得住宅朝著安全、環(huán)保、節(jié)能和綠色生態(tài)方向發(fā)展。但是目前在我國很多建筑工程，尤其是廣大的農(nóng)村建房還是以手工砌筑的方式進行，難以控制住房建設(shè)的安全質(zhì)量和功能質(zhì)量。

二是住宅產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)和供應(yīng)。住宅產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)和供應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化是實現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)化的重要標(biāo)志，設(shè)計人員可從中選擇適當(dāng)產(chǎn)品進行住宅設(shè)計。瑞典新建住宅中，通用部品占80%左右，日本用了20年的時間推行住宅部品，現(xiàn)在住宅的各個部分都有通用部品，對無特殊要求的住宅，只要將通用部品組合起來即可。

三是墻體材料和建筑節(jié)能。許多工業(yè)發(fā)達國家新型建筑材料的比重一般占60%～90%。我國住宅單位面積的采暖能耗，符合《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》要求的約為發(fā)達國家的3～4倍；符合《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》要求的約為發(fā)達國家1.5～2.2倍，而發(fā)達國家的采暖期比我國長，居室溫度也比我國高。

四是現(xiàn)場施工的技術(shù)。經(jīng)濟發(fā)達國家目前已基本做到分工種、專業(yè)來進行施工，即從設(shè)計到制作逐步形成獨立行業(yè)。在經(jīng)營方面，既可定購、選購，也可租賃與提供技術(shù)指導(dǎo)和現(xiàn)場培訓(xùn)，機械租賃業(yè)也較發(fā)達，同時提供維修服務(wù)。此外，現(xiàn)場運輸、挖掘、運垃圾、現(xiàn)場清理、建筑物拆除等均可委托專業(yè)公司完成。

五是人均竣工面積。人均竣工面積是反映生產(chǎn)、施工的綜合性指標(biāo)。德國和日本在80～100平方米之間，法國、美國在40～80平方米之間（這些國家木結(jié)構(gòu)和輕鋼結(jié)構(gòu)獨立式住宅所占比重較大，勞動生產(chǎn)率較高）。日本人均年竣工建筑面積一般在100平方米左右，但人均住宅竣工面積卻達到110～120平方米。我國人均竣工建筑面積僅在28平方米左右。

六是環(huán)境保護和資源節(jié)約和“可持續(xù)發(fā)展”?？沙掷m(xù)發(fā)展是指保護地球環(huán)境和節(jié)約資源，住宅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將為改善環(huán)境作出貢獻。住宅產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展問題已引起世界各國的重視。

2012年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部住宅產(chǎn)業(yè)化促進中心、內(nèi)蒙古住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳、中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會等單位在內(nèi)蒙古包頭市召開“高層鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化技術(shù)現(xiàn)場交流會”，就浙江杭蕭鋼構(gòu)股份有限公司在“萬郡·大都城”項目中采用鋼結(jié)構(gòu)集成技術(shù)的經(jīng)驗進行了交流，此舉體現(xiàn)了國家對建筑節(jié)能、提高建筑抗震性能的重視和關(guān)注。

二、模塊建筑體系概述

1.模塊建筑的概念內(nèi)涵

（1）模塊建筑概念。模塊建筑是指在住宅構(gòu)件工業(yè)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，采用模塊化組裝的方式來建造的住宅，是在工廠制造，再運輸至項目現(xiàn)場進行安裝的。模塊建筑是由一系列形狀為正方體、長方體及多邊形體經(jīng)組合疊加形成的建筑，其中每個模塊，都具有自身完善的、設(shè)定的分項建筑功能，它可以是僅有門窗的空曠單元，也可以是廚房單元、衛(wèi)生間單元、樓梯單元、陽臺單元等，經(jīng)在平面上和豎向上組合形成建筑師要求的總體完備的建筑功能，一經(jīng)安裝完畢，即可投入使用。

（2）模塊建筑的4個涵義。住宅建筑的標(biāo)準(zhǔn)化；住宅建筑的工業(yè)化；住宅生產(chǎn)、經(jīng)營的一體化；住宅協(xié)作服務(wù)的社會化。

本文所述模塊建筑主要為鋼結(jié)構(gòu)體系，模塊工廠化整體預(yù)制現(xiàn)場裝配，相比于上世紀(jì)蘇聯(lián)、東歐等國家建筑企業(yè)采用梁、柱、板等構(gòu)件在工廠預(yù)制、工地裝配的建筑，其工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化水平及質(zhì)量水平均得到更大提高。

2.模塊建筑的優(yōu)勢與推進難點

（1）模塊建筑的優(yōu)勢。

第一，可持續(xù)性生態(tài)優(yōu)勢。可持續(xù)性是模塊化住宅與傳統(tǒng)建筑方式相比最明顯的優(yōu)勢之一。建造過程中的集中生產(chǎn)也使得建造能耗低于傳統(tǒng)手工方式，工業(yè)化生產(chǎn)改變了混凝土構(gòu)件的養(yǎng)護方式，實現(xiàn)養(yǎng)護用水的循環(huán)使用；工廠化集中生產(chǎn)的方式，降低了建筑主材的損耗；裝配化施工的方式，降低了建筑輔材的損耗；現(xiàn)場裝配施工相較傳統(tǒng)的施工方式，極大程度地減少了建筑垃圾的產(chǎn)生、建筑污水的排放、建筑噪音的干擾、有害氣體及粉塵的排放。

第二，節(jié)能優(yōu)勢。模塊建筑設(shè)計采用合理的窗墻比例，圍護結(jié)構(gòu)采用高質(zhì)量的保溫隔熱復(fù)合墻板，隔絕了熱橋，比現(xiàn)有同類鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的能耗得到了較大幅度的降低。由于復(fù)合墻板具有較高的密度，熱惰性指標(biāo)高，隔熱、隔聲性能也好，其節(jié)能指標(biāo)達到三步節(jié)能65%以上的要求，并向四步節(jié)能要求發(fā)展。同時，模塊建筑可以組合成各種建筑平面和立面形式，美觀大方，為人類居住、辦公等提供了十分舒適的人文環(huán)境。

第三，抗震性能的優(yōu)勢。鋼結(jié)構(gòu)模塊住宅建筑結(jié)構(gòu)一般采用鋼框架或鋼框架——支撐結(jié)構(gòu)體系。對于超高層建筑，則采用消能減震支撐結(jié)構(gòu)體系，鋼結(jié)構(gòu)承載力高，延性好，且連接節(jié)點可靠，即使在大地震作用下，也可達到經(jīng)一般維修仍可繼續(xù)使用的性能目標(biāo)，其抗震性能遠高于現(xiàn)澆或裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，確保了人們的生命和財產(chǎn)的安全。

第四，防滲漏以及隔聲等建筑物理性能的優(yōu)勢。由于采用了高質(zhì)量的復(fù)合墻板并具有較好的延性性能，能很好地適應(yīng)總體結(jié)構(gòu)因各種不同荷載作用產(chǎn)生的變形，確保外墻不開裂；對于接縫處，除采用密封膠封閉外，在里側(cè)設(shè)置誘導(dǎo)水孔，以使接縫處可能發(fā)生的滲水誘導(dǎo)至水孔泄出，確保圍護結(jié)構(gòu)的水密性要求，衛(wèi)生間采用隔水性能良好的柔性材料，杜絕了滲漏現(xiàn)象，營造了舒適干凈的衛(wèi)生間。

第五，施工效率及施工質(zhì)量的優(yōu)勢。由于模塊建筑95%以上的工作在工廠完成，不受季節(jié)或環(huán)境的影響，且模塊元素的制作和組裝都在生產(chǎn)流水線上完成，機械化程度高、效率高，在工地采用機械吊裝，安裝速度快。根據(jù)英國、美國相關(guān)經(jīng)驗，一幢1萬平方米的高層鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑樓在現(xiàn)場僅需1臺吊車和10余個工人4個月內(nèi)即能完成安裝；而普通現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工周期一般要在1年半以上，即使采用梁、柱、板構(gòu)件裝配式建筑或大板樓建筑等也需要1年以上。相比之下，鋼結(jié)構(gòu)模塊建筑的施工速度比上述兩種施工方法分別提高了兩倍到3倍，由此可見，施工效率的提高是前所未有的。

此外，模塊單元均在工廠建造，包括鋼材加工、焊接框架、組裝墻板和電氣水暖設(shè)備都在工廠車間生產(chǎn)流水線上進行，精密程度高，并進行有效的質(zhì)量檢控，因此，模塊建筑的施工質(zhì)量遠高于普通現(xiàn)場露天施工的建筑工程。

第六，節(jié)約材料及降低成本的優(yōu)勢。鋼結(jié)構(gòu)模塊建筑標(biāo)準(zhǔn)化程度高，減少了材料的消耗，邊角料在車間易回收再利用，可避免普通現(xiàn)澆鋼筋混凝土建筑現(xiàn)場施工的浪費現(xiàn)象。同時考慮了工業(yè)廢料的利用，如發(fā)電廠的粉煤灰，廢棄的聚苯乙烯材料等經(jīng)過加工制成各種墻板構(gòu)件的部品，可以達到節(jié)約材料的目的。

鋼結(jié)構(gòu)模塊建筑雖然用鋼量略高于普通鋼筋混凝土建筑，機械施工費用也較高，但結(jié)構(gòu)重量輕，降低了地基處理費用，且可回收的材料應(yīng)用較多，減少了原材料的浪費，特別是縮短了施工周期，減少了現(xiàn)場施工人員，降低了施工成本，資金回籠速度快。經(jīng)綜合對比，其建造成本可與普通鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)持平，是經(jīng)濟合理的。

（2）鋼結(jié)構(gòu)模塊化住宅建筑的推進難點。目前，我國模塊化建筑推進并不理想，鋼結(jié)構(gòu)模塊化住宅也是如此。影響模塊化住宅推廣的主要原因有5點：

一是建造模塊的預(yù)制工廠投資太大，運輸、安裝需要大型設(shè)備，建筑的單方面造價也較貴。

二是建筑形式。我國現(xiàn)在新開發(fā)的房屋建筑主要是高層建筑，在高層建筑的建設(shè)過程中，承重體系的計算非常重要，用模塊化的形式去生產(chǎn)，面臨不少困難。美國、日本的房屋大部分是獨立住宅，與高層建筑相比，獨立住宅用工業(yè)化的形式生產(chǎn)更有利。

三是勞動力成本。我國的建筑行業(yè)是勞動密集型的產(chǎn)業(yè)，吸納了大量的剩余勞動力，勞動力成本便宜。住宅工業(yè)化生產(chǎn)與農(nóng)民工現(xiàn)場生產(chǎn)相比，在生產(chǎn)成本上沒有優(yōu)勢，這是影響住宅產(chǎn)業(yè)化的一個重要障礙。

四是運輸成本和技術(shù)的問題。如何把在工廠生產(chǎn)的住宅運送到施工現(xiàn)場，也是一個必須面對的問題。筆者認(rèn)為，影響我國住宅產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展的重要原因是我國的工業(yè)化水平總體上較低。

三、模塊建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的基本要求

近年來，在天津市相關(guān)主管部門的領(lǐng)導(dǎo)和組織下，由天津市建筑設(shè)計院、天津大學(xué)等單位聯(lián)合組成鋼結(jié)構(gòu)組合技術(shù)研究課題組，研究開發(fā)適合中國的鋼結(jié)構(gòu)模塊建筑體系是該科研工作的一部分。

課題組詳細分析了美國、英國、澳大利亞、中東地區(qū)模塊建筑結(jié)構(gòu)體系，結(jié)合我國抗震設(shè)計以及綠色建筑設(shè)計等相關(guān)要求，提出了不同高度的模塊建筑體系以及相關(guān)技術(shù)措施。

1.建筑專業(yè)

（1）合理的模塊尺寸。由于模塊單元在運輸、吊裝以及安裝施工過程中結(jié)構(gòu)安全的需要，經(jīng)綜合分析，其最大尺寸寬度不宜大于4.2米，長度不宜超過12米，高度可為3.0米、3.3米、3.6米、3.9米、4.2米、4.5米，不宜超過6.0米。最小寬度可為1.2米、1.5米、1.8米。在建筑設(shè)計時，開間和進深大小不受限制，利用模塊拼接即可。

（2）建筑模數(shù)。模塊單元的模數(shù)原則上應(yīng)遵守國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑模數(shù)協(xié)調(diào)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ 2）。對于特殊形體的建筑物可采用非模數(shù)化的尺寸?；灸?shù)為1000毫米。水平擴大模數(shù)基數(shù)可為3米、6米、12米、15米、30米、60米。豎向擴大模數(shù)基數(shù)為3米、6米。分模數(shù)基數(shù)為1/10米、1/5米、1/2米。

（3）豎向?qū)痈叩拇_定。模塊單元豎向組合時有兩種情況：

一是直接疊放，建筑層高即為模塊單元高度。

二是采用有墊塊連接件時，則建筑層高應(yīng)取模塊單元高度和墊塊連接件的高度之和。建筑層高控制在3.0米或3.2米。（4）模塊單元劃分有4種情況：

一是全封閉式模塊單元，即空間框架單元的頂板、底部以及四面?zhèn)葔Χ家淹瓿?，其?nèi)部裝修已完成（灶具、潔具等已安裝，其安裝方式可為散件安裝或整體式廚房和整體式衛(wèi)生間）?！叭忾]式模塊單元”在多層建筑中可全部采用，在高層和超高層建筑中可大部分應(yīng)用，是工廠制作中的主流形式模塊單元。

二是基本封閉模塊單元，即空間鋼框架單元的頂板、底板、內(nèi)墻板、外墻板已基本全組裝完畢，僅在框架柱連接范圍局部構(gòu)件明露，以便于工地安裝時框架柱的上下連接施工，節(jié)點連接完成后再完善局部墻體的拼接。

三是半封閉模塊單元，即內(nèi)外墻板等有部分尚未組裝，其中有的是因安裝重要構(gòu)件需要、有的是因建筑功能需要某些側(cè)面無墻、有的是因為與其他模塊單元拼接合用隔墻等。

四是開敞式鋼框架模塊組合單元。此類單元在某些工程中特定應(yīng)用，可解決某些復(fù)雜的空間組合配合連接應(yīng)用。所謂開敞式鋼框架模塊組合單元，即空間鋼框架單元4個側(cè)面和頂板、底板均不安裝，采用工廠內(nèi)制作時將2 3層鋼框架模塊單元豎向組合成整體單元，也可根據(jù)建筑功能，將橫向2-3個進深鋼結(jié)構(gòu)模塊單元橫向組合成整體單元。

將上述開敞式鋼框架模塊單元運至工地現(xiàn)場安裝，與主體結(jié)構(gòu)通過預(yù)埋件和連系梁連接形成整體框架，再安裝圍護結(jié)構(gòu)等，可大量減少焊接作業(yè)量，且節(jié)點連接質(zhì)量可靠。

2.設(shè)備專業(yè)

（1）水平向各種管線盡量布置在模塊單元的頂棚內(nèi)或底板內(nèi)，豎向管線可布置在模塊單元的周邊墻體內(nèi)。

（2）各種水平和豎向管線的匯集應(yīng)合理，宜在模塊單元上部和下部設(shè)置統(tǒng)一的出入接口，以便于與相鄰單元的連接。

（3）對于主管道、主管線應(yīng)設(shè)置管道井，管道井可設(shè)置在某一模塊單元內(nèi)，其連接出入口應(yīng)方便與其他模塊單元的連接，必要時應(yīng)進行預(yù)裝配連接。

（4）模塊單元的管線，應(yīng)采取防水、防腐和防撞擊的防護措施。

（5）設(shè)備立管需要穿過模塊單元頂板、底板時，應(yīng)預(yù)先定位開孔，孔徑應(yīng)考慮安裝誤差，封口應(yīng)滿足防火、防水和隔聲的有關(guān)要求。

（6）配電系統(tǒng)應(yīng)利用組合后的鋼結(jié)構(gòu)進行總等電位連接。

（7）防雷接地應(yīng)與交流工作接地、安全保護接地共用模塊單元和其他鋼構(gòu)件為自然接地體，此時應(yīng)按規(guī)定位置將上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)鋼筋連系焊接，達不到接地電阻要求時應(yīng)另外引出接地極。

（8）模塊單元房屋供電的外線接口宜采用專用的插口，并符合該插口所規(guī)定的額定電流。

3.結(jié)構(gòu)專業(yè)

（1）一般要求。當(dāng)層數(shù)在4層及以上時，一般應(yīng)設(shè)置專門的抗側(cè)力構(gòu)件，可選擇在山墻、部分隔墻、樓（電）梯間等部位的模塊單元設(shè)置豎向桁架。桁架形式一般可為八字形、V字形、單斜撐形以方便開設(shè)門窗等需要。該模塊單元一般稱為非標(biāo)準(zhǔn)單元，其余則為標(biāo)準(zhǔn)單元。框架柱的截面尺寸宜同墻厚，一般不宜突出內(nèi)墻面，可以突出外墻結(jié)構(gòu)面。模塊單元應(yīng)注意單元組裝、單元運輸和吊裝施工過程的安全性和可行性，并應(yīng)驗算結(jié)構(gòu)的剛度、強度、抗裂性是否滿足規(guī)范要求，確保模塊單元成品不發(fā)生損壞。

（2）根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)構(gòu)造特征對模塊單元的劃分

第一，主模塊單元。在結(jié)構(gòu)上除了承受自重荷載作用外（包括恒荷載和活荷載），尚應(yīng)承受上部模塊單元體系之荷載。在風(fēng)荷載和地震作用下，尚應(yīng)承受部分側(cè)向作用。因此一般模塊單元四個框架柱和上下各四個框架梁需要較大的剛度和強度，而且梁柱節(jié)點必須形成剛接，部分主模塊單元當(dāng)承受較大的側(cè)向力時，需具備較大的側(cè)向剛度，可采用設(shè)置普通支撐、偏心支撐、消能支撐或設(shè)置消能器等方式，其中普通支撐主要提高側(cè)向剛度。偏心支撐尚能提供部分消耗地震能量，后兩種主要是消耗地震能量，達到減震的效果，并提高一部分剛度。其形式概述如下：

一是普通支撐。普通支撐一般在模塊單元的長向側(cè)面內(nèi)呈八字形或V字形布置；在模塊單元的短向側(cè)面內(nèi)，由一斜桿或由兩十字交叉的斜桿構(gòu)成的支撐。

二是偏心支撐。在模塊單元的長向側(cè)面，上框架梁和下框架梁之間設(shè)有由兩斜桿構(gòu)成的支撐，所述兩斜桿呈八字形或V字形布置，支撐與框架梁和框架柱中心線交點應(yīng)偏離，該偏離段即為鋼梁消耗能段，其原理為通過該段鋼梁的剪切變形消耗能量。對于人形支撐，梁耗能段設(shè)置在下框架梁。對于V字形支撐，梁耗能段設(shè)置在上框架梁，耗能段長度一般可取1000毫米，其腹板應(yīng)設(shè)置加勁板。

在模塊單元的短向側(cè)面內(nèi)，所述上框架梁和下框架梁之間設(shè)有一斜桿，稱為單斜桿支撐。如在門窗洞口，則應(yīng)設(shè)計成門架支撐。

一般來講，對于單斜桿支撐，可以在下框架梁設(shè)計耗能段；對于門架支撐可以在上框架梁設(shè)置耗能段，耗能段長度的距離宜小于800毫米，其腹板均應(yīng)設(shè)計加勁板。

第二，次模塊單元。在模塊單元進行組合時，部分可采用次模塊單元填塞，還有部分現(xiàn)有建筑中結(jié)構(gòu)樓面上設(shè)置功能性模塊，也可采用此模塊單元。次模塊單元結(jié)構(gòu)一般僅承受自重，以及承受本身在地震中產(chǎn)生的慣性力，并將上述兩種力傳遞至主模塊單元，因此次模塊單元的抗側(cè)剛度和強度遠小于主模塊單元，故在次模塊單元中，除了模塊底部框架梁與框架柱宜作剛接，模塊單元頂部因荷載較輕，因此，上部框架梁與框架柱可以做成鉸接。

四、結(jié)論與展望

鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑產(chǎn)品在其生命周期內(nèi)能源利用效率較高，產(chǎn)品在使用期結(jié)束拆卸時依然有大量的材料及部品可回收再利用，而不至于產(chǎn)生大量的建筑垃圾，鋼結(jié)構(gòu)模塊化的生產(chǎn)方式使建筑的建設(shè)過程和最終產(chǎn)品更加環(huán)保，資源利用更加合理。

我國基本建設(shè)規(guī)模大，每年開工項目的面積已達到五億平方米以上，節(jié)約資源保護環(huán)境，提倡建筑工程的工業(yè)化和住宅產(chǎn)業(yè)化是我國工程建設(shè)的基本國策。集成模塊建筑是一種綠色建筑結(jié)構(gòu)體系，在倡導(dǎo)綠色建筑、綠色設(shè)計以及綠色施工的同時對建筑體系、結(jié)構(gòu)體系、建筑設(shè)備、鋼結(jié)構(gòu)圍護以及工廠化生產(chǎn)與施工安裝也是一次新的產(chǎn)業(yè)升級，它的出現(xiàn)必將在我國建筑領(lǐng)域的發(fā)展中結(jié)出豐富的碩果。

（轉(zhuǎn)載自《中國建設(shè)報》）