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(gè)房間作為一個(gè)模塊單元，均在工廠中進(jìn)行預(yù)制生產(chǎn)，完成后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)并通過(guò)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(diǎn)。結(jié)合工程實(shí)例對(duì)模塊化建筑的概念、研究現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)要求以及施工方法等多方面內(nèi)容進(jìn)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(diǎn)是建造速度快、受氣候條件制約小、節(jié)約勞動(dòng)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(duì)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(jì)尺寸切割，主要的開(kāi)洞也在工廠完成，并以單根桿件形式運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，采用螺栓或自攻螺絲連接，均在現(xiàn)場(chǎng)完成。優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)可進(jìn)行一定修改對(duì)工廠設(shè)備要求低可用集裝箱運(yùn)輸，經(jīng)濟(jì)適用于體型復(fù)雜的建筑，缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)量相對(duì)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(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝。這種體系的優(yōu)點(diǎn)是建造速度快，質(zhì)量易于控制，自動(dòng)化程度較高，現(xiàn)場(chǎng)工作量小但相對(duì)運(yùn)輸費(fèi)用高，現(xiàn)場(chǎng)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(gè)房間作為一個(gè)模塊均在工廠進(jìn)行預(yù)制，并可在工廠對(duì)模塊內(nèi)部空間進(jìn)行布置與裝修。然后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)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(jì)，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(dá)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(dá)95%，僅剩余的5%工作為現(xiàn)場(chǎng)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(shí)例
     英國(guó)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(gè)模塊在8個(gè)月內(nèi)安裝完成，總建造耗時(shí)12個(gè)月左右，該建筑是目前已完工的最高的模塊化建筑。
     美國(guó)紐約布魯克林34層住宅大樓——建筑面積34萬(wàn)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(mǎi)得起的住房。60%的建筑將在工廠里制造，估計(jì)將制造大約950鋼框架模塊。該建筑已于2013年3月開(kāi)始動(dòng)工。
    三、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
     國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
     國(guó)內(nèi)對(duì)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(guó)國(guó)際住宅產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)，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(guó)際冶金展，寶鋼集團(tuán)展示了一套2層的剛模塊房屋，有13個(gè)模塊組成。
     哈工大查曉雄教授對(duì)集裝箱改造房進(jìn)行理論分析與試驗(yàn)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(diǎn)有較大不同。
     國(guó)外研究現(xiàn)狀
     國(guó)外的R.M.Lawson等人對(duì)多高層模塊化建筑的結(jié)構(gòu)體系及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了相關(guān)研究，并對(duì)模塊化單元的墻板及連接節(jié)點(diǎn)做了相關(guān)試驗(yàn)和理論分析研究。
     加拿大的C.D.Annan等人對(duì)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(yàn)。
     韓國(guó)的Sung-Gul Hong等人對(duì)帶有雙層鋼板的剛模塊框架進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分析了雙層鋼板對(duì)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(huì)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。