模塊裝配式建筑的研究現狀

張彤

摘要：模塊裝配式建筑是建筑工業化程度最高的一種結構形式，其由多個已完成加工的模塊單元拼接而成，整個安裝過程僅涉及現場吊裝和拼裝作業，建造周期短，節省資源，比較適用于具有規則單元形狀建筑的建造，本文中對模塊裝配式建筑的研究現狀進行了總結。

關鍵詞：模塊裝配式建筑;模塊化建筑;建筑業

1. 模塊裝配式建筑的發展趨勢

裝配式建筑是建筑工業化下的建筑形式，也是一種新型建造方式。相比傳統建筑業大量的現場施工作業，裝配式建筑的科技含量更高，建造過程快速高效。裝配式建筑的發展，在有效降低工期成本和浪費的同時也能顯著的提高建筑業的勞動生產率和建筑的質量。

近年來，我國發布一系列政策文件，對裝配式建筑的推廣提出了明確要求。國務院常務會議審議通過了《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》、中共中央印發《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》、住建部《“十三五”裝配式建筑行動方案》[1]等文件都強調了要發展新型建造方式并加大裝配式建筑在新型建筑中的比例。在政策的引領下，裝配式建筑受到越來越多的關注，在實際工程中的應用不斷增加。

2. 模塊裝配式建筑的定義與特點

模塊化建筑將結構分為單個房間大小的單元，后在工廠完成對模塊單元的建造、室內裝飾和水電安裝等，再將預制完成的模塊單元運送到現場并使用起重機進行吊裝，最后連接成結構整體[2，3]。

模塊化建筑與傳統建筑相比，具有明顯的優點[4]。第一，施工質量有保證，可對建筑模塊單元的建造質量進行全方面檢測，控制誤差，減少對現場作業的影響。第二，縮短建設周期，在工廠組裝好直接運送到現場進行吊裝，顯著加快工期，提高建設速度。第三，模塊裝配式采用工業化的建造方式，施工現場模板、腳手架的用量以及水電的用量將大大減少，施工過程中還可省去抹灰粉刷等工序，也能節約人力物力，而工地噪聲、粉塵灰塵以及建筑垃圾等問題都能得到有效地改善。

3. 模塊裝配式建筑的研究現狀

國外早期對模塊裝配式建筑的關注集中在建筑造型方面，后期逐漸擴展到使用性能、結構設計和施工細節等方面。

英國薩里大學Robert Mark Lawson[5，6]等在總結模塊裝配式建筑發展技術的基礎上，對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行了試驗研究，并提出了應用于高層模塊化建筑的設計方法。

由于在模塊單元在吊裝和安裝過程中可能會出現局部的應力集中，影響結構的整體穩定性和安全性，加拿大的Jacek Olearczyk[7]等人在總結模塊化建筑與傳統建筑差異的基礎上，合理的給出了模塊單元尺寸的建議。

新加坡國立大學Liew[3]指出由于模塊化結構節點的靈活性以及制造和施工誤差，模塊化結構在高層建筑中并不常用，并介紹了高層建筑模塊化建中現有挑戰，如模塊單元的重量和尺寸受到運輸和提升能力的限制，現場快速安裝技術面臨的問題和自動化技術的高成本投入限制了其發展。

相比與國外模塊裝配式建筑的發展，我國模塊裝配式建筑發展緩慢，現階段隨著國家政府大力推進建筑工業化、產業化，國內各大高校以及相關建筑企業投入大量資金進行裝配式建筑的研究和應用，其中的模塊裝配式建筑具有良好的應用前景，目前對于模塊裝配式結構體系的研究主要通過有限元軟件數值模擬與試驗相結合的方式，圍繞模塊裝配式建筑的結構設計和性能測試，國內學者開展了一定的研究。

天津大學的曲可鑫[8]詳細的介紹了目前模塊裝配式建筑中常用單元的類型、模塊結構體系和連接節點形式，并對4層模塊公寓樣本樓進行了設計分析，為了研究節點剛度對結構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力時程分析和靜力分析。

哈爾濱工業大學的向沛國[9]根據中集集團提出開發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點，根據梁柱節點抗彎性能試驗分析模塊內梁柱節點的抗彎性能及破壞模式，并用有限元軟件驗證了其正確性，最后通過模塊間連接節點的滯回試驗研究了在地震作用下的性能。

為了較方便的使用高強螺栓連接相鄰模塊單元，同濟大學的孫瑛志[10]等提出可將槽形截面鋼拼接形成模塊柱，并通過理論推導了組合柱的換算長細比和截面慣性柱，后建立有限元模型驗證了理論結果。

由于普通鋼框架的設計方法并不適用于箱式模塊化鋼框架的設計中，同濟大學的曹珂、李國強[11]等推導出了無側移半剛性連接箱式模塊化框架柱的計算長度系數公式，并結合有限元分析驗證了理論推導以及分析了影響柱長度系數的因素。

北京大跨度預應力鋼結構工程研究中心[12，13]提出了一種新型的模塊化梁柱節點，采用試驗與有限元相結合的方法，設計了四個足尺模型進行靜力和擬靜力試驗。分別研究了桁架梁弦桿厚度、腹板厚度及焊接質量對節點靜力性能和抗震性能的影響。

4. 總結

在我國大力推廣裝配式建筑的背景下，模塊裝配式建筑近年來得到了快速的發展，已應用于多個實際工程，相比國外40多年的發展歷史，我國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，針對多高層模塊化建筑的研究較少。因此在政策的引領下，加快裝配式建筑的步伐對于整個建筑業的發展是非常重要的。

參考文獻：

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[8]曲可鑫. 鋼結構模塊化建筑結構體系研究[D]. 天津：天津大學，2014.

[9]向沛國. 裝配式模塊化建筑節點試驗研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業大學，2017.

[10]孫瑛志，楊曉杰，陸燁，等. 模塊建筑槽鋼組合柱長細比與截面慣性矩研究[J]. 鋼結構， 2016， 31（5）： 1-5.

[11]曹軻，李國強，陸燁. 無側移半剛性連接箱式模塊化框架的穩定分析[J]. 建筑科學與工程學報，2016， 33（1）： 83-89.

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[13]Liu XC， Pu SH， Zhang AL， et al. Static and seismic experiment for bolted-welded joint in modularized prefabricated steel structure[J]. Journal of Constructional Steel Research， 2015， 115： 417-433.57244036-02C4-4759-8D36-246E83708853