模塊裝配式建筑的研究現(xiàn)狀

張彤

摘要：模塊裝配式建筑是建筑工業(yè)化程度最高的一種結(jié)構(gòu)形式，其由多個(gè)已完成加工的模塊單元拼接而成，整個(gè)安裝過(guò)程僅涉及現(xiàn)場(chǎng)吊裝和拼裝作業(yè)，建造周期短，節(jié)省資源，比較適用于具有規(guī)則單元形狀建筑的建造，本文中對(duì)模塊裝配式建筑的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：模塊裝配式建筑;模塊化建筑;建筑業(yè)

1. 模塊裝配式建筑的發(fā)展趨勢(shì)

裝配式建筑是建筑工業(yè)化下的建筑形式，也是一種新型建造方式。相比傳統(tǒng)建筑業(yè)大量的現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)，裝配式建筑的科技含量更高，建造過(guò)程快速高效。裝配式建筑的發(fā)展，在有效降低工期成本和浪費(fèi)的同時(shí)也能顯著的提高建筑業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率和建筑的質(zhì)量。

近年來(lái)，我國(guó)發(fā)布一系列政策文件，對(duì)裝配式建筑的推廣提出了明確要求。國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議審議通過(guò)了《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見(jiàn)》、中共中央印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見(jiàn)》、住建部《“十三五”裝配式建筑行動(dòng)方案》[1]等文件都強(qiáng)調(diào)了要發(fā)展新型建造方式并加大裝配式建筑在新型建筑中的比例。在政策的引領(lǐng)下，裝配式建筑受到越來(lái)越多的關(guān)注，在實(shí)際工程中的應(yīng)用不斷增加。

2. 模塊裝配式建筑的定義與特點(diǎn)

模塊化建筑將結(jié)構(gòu)分為單個(gè)房間大小的單元，后在工廠完成對(duì)模塊單元的建造、室內(nèi)裝飾和水電安裝等，再將預(yù)制完成的模塊單元運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)并使用起重機(jī)進(jìn)行吊裝，最后連接成結(jié)構(gòu)整體[2，3]。

模塊化建筑與傳統(tǒng)建筑相比，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)[4]。第一，施工質(zhì)量有保證，可對(duì)建筑模塊單元的建造質(zhì)量進(jìn)行全方面檢測(cè)，控制誤差，減少對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的影響。第二，縮短建設(shè)周期，在工廠組裝好直接運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝，顯著加快工期，提高建設(shè)速度。第三，模塊裝配式采用工業(yè)化的建造方式，施工現(xiàn)場(chǎng)模板、腳手架的用量以及水電的用量將大大減少，施工過(guò)程中還可省去抹灰粉刷等工序，也能節(jié)約人力物力，而工地噪聲、粉塵灰塵以及建筑垃圾等問(wèn)題都能得到有效地改善。

3. 模塊裝配式建筑的研究現(xiàn)狀

國(guó)外早期對(duì)模塊裝配式建筑的關(guān)注集中在建筑造型方面，后期逐漸擴(kuò)展到使用性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工細(xì)節(jié)等方面。

英國(guó)薩里大學(xué)Robert Mark Lawson[5，6]等在總結(jié)模塊裝配式建筑發(fā)展技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)多高層模塊裝配式建筑中的輕鋼組合式墻體的抗壓性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并提出了應(yīng)用于高層模塊化建筑的設(shè)計(jì)方法。

由于在模塊單元在吊裝和安裝過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)局部的應(yīng)力集中，影響結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和安全性，加拿大的Jacek Olearczyk[7]等人在總結(jié)模塊化建筑與傳統(tǒng)建筑差異的基礎(chǔ)上，合理的給出了模塊單元尺寸的建議。

新加坡國(guó)立大學(xué)Liew[3]指出由于模塊化結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的靈活性以及制造和施工誤差，模塊化結(jié)構(gòu)在高層建筑中并不常用，并介紹了高層建筑模塊化建中現(xiàn)有挑戰(zhàn)，如模塊單元的重量和尺寸受到運(yùn)輸和提升能力的限制，現(xiàn)場(chǎng)快速安裝技術(shù)面臨的問(wèn)題和自動(dòng)化技術(shù)的高成本投入限制了其發(fā)展。

相比與國(guó)外模塊裝配式建筑的發(fā)展，我國(guó)模塊裝配式建筑發(fā)展緩慢，現(xiàn)階段隨著國(guó)家政府大力推進(jìn)建筑工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化，國(guó)內(nèi)各大高校以及相關(guān)建筑企業(yè)投入大量資金進(jìn)行裝配式建筑的研究和應(yīng)用，其中的模塊裝配式建筑具有良好的應(yīng)用前景，目前對(duì)于模塊裝配式結(jié)構(gòu)體系的研究主要通過(guò)有限元軟件數(shù)值模擬與試驗(yàn)相結(jié)合的方式，圍繞模塊裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能測(cè)試，國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)展了一定的研究。

天津大學(xué)的曲可鑫[8]詳細(xì)的介紹了目前模塊裝配式建筑中常用單元的類型、模塊結(jié)構(gòu)體系和連接節(jié)點(diǎn)形式，并對(duì)4層模塊公寓樣本樓進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析，為了研究節(jié)點(diǎn)剛度對(duì)結(jié)構(gòu)體系受力性能的影響，完成了在剛接和鉸接兩種不同情況下樣本樓的動(dòng)力時(shí)程分析和靜力分析。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)的向沛國(guó)[9]根據(jù)中集集團(tuán)提出開(kāi)發(fā)的高層模塊裝配式建筑體系提出了一種連接該模塊建筑的節(jié)點(diǎn)，根據(jù)梁柱節(jié)點(diǎn)抗彎性能試驗(yàn)分析模塊內(nèi)梁柱節(jié)點(diǎn)的抗彎性能及破壞模式，并用有限元軟件驗(yàn)證了其正確性，最后通過(guò)模塊間連接節(jié)點(diǎn)的滯回試驗(yàn)研究了在地震作用下的性能。

為了較方便的使用高強(qiáng)螺栓連接相鄰模塊單元，同濟(jì)大學(xué)的孫瑛志[10]等提出可將槽形截面鋼拼接形成模塊柱，并通過(guò)理論推導(dǎo)了組合柱的換算長(zhǎng)細(xì)比和截面慣性柱，后建立有限元模型驗(yàn)證了理論結(jié)果。

由于普通鋼框架的設(shè)計(jì)方法并不適用于箱式模塊化鋼框架的設(shè)計(jì)中，同濟(jì)大學(xué)的曹珂、李國(guó)強(qiáng)[11]等推導(dǎo)出了無(wú)側(cè)移半剛性連接箱式模塊化框架柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)公式，并結(jié)合有限元分析驗(yàn)證了理論推導(dǎo)以及分析了影響柱長(zhǎng)度系數(shù)的因素。

北京大跨度預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)工程研究中心[12，13]提出了一種新型的模塊化梁柱節(jié)點(diǎn)，采用試驗(yàn)與有限元相結(jié)合的方法，設(shè)計(jì)了四個(gè)足尺模型進(jìn)行靜力和擬靜力試驗(yàn)。分別研究了桁架梁弦桿厚度、腹板厚度及焊接質(zhì)量對(duì)節(jié)點(diǎn)靜力性能和抗震性能的影響。

4. 總結(jié)

在我國(guó)大力推廣裝配式建筑的背景下，模塊裝配式建筑近年來(lái)得到了快速的發(fā)展，已應(yīng)用于多個(gè)實(shí)際工程，相比國(guó)外40多年的發(fā)展歷史，我國(guó)模塊化的研究起步較晚，目前主要集中于低層模塊化建筑的研究，針對(duì)多高層模塊化建筑的研究較少。因此在政策的引領(lǐng)下，加快裝配式建筑的步伐對(duì)于整個(gè)建筑業(yè)的發(fā)展是非常重要的。

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