新興的模塊化建筑技術(shù)

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    模塊化建筑是一種新興的建筑結(jié)構(gòu)體系，該體系是以每個房間作為一個模塊單元，均在工廠中進行預(yù)制生產(chǎn)，完成后運輸至現(xiàn)場并通過可靠的連接方式組裝成建筑整體。與傳統(tǒng)建筑的建造方式相比，其具有可縮短工期、節(jié)約人力物力、綠色環(huán)保、品質(zhì)精良等優(yōu)點。結(jié)合工程實例對模塊化建筑的概念、研究現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)特點、設(shè)計要求以及施工方法等多方面內(nèi)容進行介紹與討論。
    一、裝配式建筑與模塊化建筑特征
     裝配式建筑是指預(yù)制的構(gòu)件在工地裝配而成的建筑。這種建筑的優(yōu)點是建造速度快、受氣候條件制約小、節(jié)約勞動力并可提高建筑質(zhì)量。
     根據(jù)不同的預(yù)制程度，裝配式建筑的預(yù)制單元一般可分為：桿件單元、板體單元和模塊單元幾種。對應(yīng)建筑結(jié)構(gòu)體系即為：直接裝配式結(jié)構(gòu)體系、預(yù)制大板結(jié)構(gòu)體系與模塊化建筑結(jié)構(gòu)體系。
     直接裝配式結(jié)構(gòu)體系：結(jié)構(gòu)中所有的桿件按設(shè)計尺寸切割，主要的開洞也在工廠完成，并以單根桿件形式運至現(xiàn)場，采用螺栓或自攻螺絲連接，均在現(xiàn)場完成。優(yōu)點是現(xiàn)場可進行一定修改對工廠設(shè)備要求低可用集裝箱運輸，經(jīng)濟適用于體型復(fù)雜的建筑，缺點是現(xiàn)場勞動量相對較大。
     預(yù)制大板結(jié)構(gòu)體系：結(jié)構(gòu)中帶骨架的墻板、屋面板及屋架均在工廠用專用模具預(yù)制成型，并運輸至現(xiàn)場進行組裝。這種體系的優(yōu)點是建造速度快，質(zhì)量易于控制，自動化程度較高，現(xiàn)場工作量小但相對運輸費用高，現(xiàn)場需要提升設(shè)備。
     模塊化建筑結(jié)構(gòu)體系：結(jié)構(gòu)以單個房間作為一個模塊均在工廠進行預(yù)制，并可在工廠對模塊內(nèi)部空間進行布置與裝修。然后運輸至現(xiàn)場通過吊裝將模塊可靠的連接為建筑整體。模塊化建筑結(jié)構(gòu)體系預(yù)制化比例高，可節(jié)約人力、物力，減少工期、綠色環(huán)保。
     據(jù)統(tǒng)計，預(yù)制大板結(jié)構(gòu)體系的預(yù)制比例可打60%左右，而模塊化建筑結(jié)構(gòu)體系的預(yù)制比例一般可達85%以上，其中完全工廠制造的模塊化建筑的預(yù)制比例可高達95%，僅剩余的5%工作為現(xiàn)場基礎(chǔ)施工與模塊安裝的連接工作。
    二、模塊化建筑的工程實例
     英國伍爾弗漢普頓學(xué)生公寓——建筑共25層，于2009年8月完工，共820個模塊在8個月內(nèi)安裝完成，總建造耗時12個月左右，該建筑是目前已完工的最高的模塊化建筑。
     美國紐約布魯克林34層住宅大樓——建筑面積34萬平方英尺，是最大的預(yù)制模塊化建筑。大廈有350套公寓，其中一半是中低收入人群買得起的住房。60%的建筑將在工廠里制造，估計將制造大約950鋼框架模塊。該建筑已于2013年3月開始動工。
    三、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
     國內(nèi)研究現(xiàn)狀
     國內(nèi)對與模塊化建筑結(jié)構(gòu)體系的研究還比較少，而且只有幾種在低層模塊化住宅的研究。如：2009年的第七屆中國國際住宅產(chǎn)業(yè)博覽會，浙江泰格集成房屋有限公司展示了一套2層的模塊化住宅；2011年的上海國際冶金展，寶鋼集團展示了一套2層的剛模塊房屋，有13個模塊組成。
     哈工大查曉雄教授對集裝箱改造房進行理論分析與試驗研究。集裝箱改裝房與模塊化建筑形式相似，但結(jié)構(gòu)特點有較大不同。
     國外研究現(xiàn)狀
     國外的R.M.Lawson等人對多高層模塊化建筑的結(jié)構(gòu)體系及結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了相關(guān)研究，并對模塊化單元的墻板及連接節(jié)點做了相關(guān)試驗和理論分析研究。
     加拿大的C.D.Annan等人對帶有支撐的多層剛模塊建筑的抗震性能做了具體研究及相關(guān)試驗。
     韓國的Sung-Gul Hong等人對帶有雙層鋼板的剛模塊框架進行了試驗研究，分析了雙層鋼板對剛模塊框架的抗震性能的影響。
    四、建筑所用的模塊類型
     根據(jù)建筑模塊的結(jié)構(gòu)與功能類型，目前模塊化建筑所用的模塊可分為：墻體承重模塊、角柱支撐模塊、樓梯模塊和非承重模塊幾種。
     墻體承重模塊
     模塊包括四塊墻體，由豎向立柱、水平橫桿和支撐組成。樓板和天花板托梁的跨度方向平行于模塊單元的短邊。除了四塊外墻，也可包括非承重隔墻，用于將所圍空間劃分為適當(dāng)大小的房間。這種建筑類型應(yīng)用于賓館、學(xué)生宿舍和社會保障房或工人宿舍十分理想，這些房屋通常是由大量的小房間組成。