多高層模塊化鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)研究與工程實(shí)踐
目 錄 01 發(fā)展現(xiàn)狀 02 主要技術(shù)問(wèn)題 03 工程案例 04 正在開(kāi)展的工作 01. 發(fā)展現(xiàn)狀 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑具有輕質(zhì)高強(qiáng)、抗震性能好、施工周期短、綠色環(huán)保、便于工業(yè)化生產(chǎn)、可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn),符合建筑行業(yè)綠色、低碳發(fā)展方向,得到國(guó)家政策的大力支持。模塊化鋼結(jié)構(gòu)建筑作為其中重要組成部分,受到越來(lái)越多的關(guān)注。 模塊化鋼結(jié)構(gòu)建筑符合建筑工業(yè)化和綠色建筑的發(fā)展要求,建筑集成效果好、工廠(chǎng)化程度高、建設(shè)周期短、對(duì)周邊環(huán)境影響小,適用于酒店、學(xué)校、醫(yī)院、辦公樓、住宅等項(xiàng)目,特別在應(yīng)急防疫酒店等對(duì)建設(shè)速度和功能完整性要求極高的建設(shè)項(xiàng)目中,更能發(fā)揮出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。 2023年4月28日,中央政治局召開(kāi)的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)和經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議上,提出了在超大特大城市積極穩(wěn)步推進(jìn)城中村改造和“平急兩用”公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。模塊化鋼結(jié)構(gòu)建筑易建造、易拆改、易回收,在這項(xiàng)工作中有突出優(yōu)勢(shì),應(yīng)用場(chǎng)景有望進(jìn)一步拓展。 PART/1 體系特點(diǎn) PART/2 國(guó)外發(fā)展情況 鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑被廣泛應(yīng)用于酒店、住宅、公寓、學(xué)校的建設(shè)中,典型工程案例如:東京中銀艙體樓、紐約住宅大廈、布魯克林單身公寓、卡斯?fàn)柎髮W(xué)學(xué)生公寓等。紐約住宅大廈是目前世界上最高的模塊建筑,共32 層,采用了模塊+鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系。 ·東京中銀艙體樓 ·紐約住宅大廈 · 布魯克林單身公寓 PART/3 國(guó)內(nèi)工程情況 在國(guó)內(nèi),鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑最初多用于工地臨時(shí)辦公用房、臨時(shí)安置房、展示廳、臨時(shí)醫(yī)療診所等臨時(shí)性建筑,這類(lèi)模塊多采用可拆裝的箱體結(jié)構(gòu),通常自重較輕,可整箱運(yùn)輸,也可拆解后打包堆疊,運(yùn)輸十分方便。 在國(guó)內(nèi),鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑常見(jiàn)于辦公、醫(yī)療、酒店、公寓、學(xué)校等建筑平面標(biāo)準(zhǔn)化程度高、對(duì)建設(shè)速度又有較高要求的項(xiàng)目中,根據(jù)建設(shè)高度、環(huán)境條件和建筑效果等,通常采用疊箱結(jié)構(gòu)、疊箱-抗側(cè)力結(jié)構(gòu)、嵌入式結(jié)構(gòu)等。 深圳福田區(qū)幼兒園:疊箱結(jié)構(gòu)(3層) 多層模塊酒店:疊箱-框架(7層) 煙臺(tái)萊山健康驛站:疊箱+框架-支撐(20層) 鎮(zhèn)江港南路公租房小區(qū):疊箱-核心筒(18層) 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)神農(nóng)英才公寓:嵌入式(8層) 02. 主要技術(shù)問(wèn)題 PART/1 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)情況 國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)包括1部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、多部CECS標(biāo)準(zhǔn)和多部地方標(biāo)準(zhǔn),涉及的內(nèi)容和做出的要求均有一定差異。
PART/2 抗震要求 抗震相關(guān)要求對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和施工便捷性影響顯著,目前國(guó)內(nèi)針對(duì)模塊化鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)范對(duì)模塊化建筑抗震的要求不盡相同,高鋼規(guī)、鋼規(guī)等直接套用又有適用性的問(wèn)題,很大程度上需要設(shè)計(jì)師自行把控,體現(xiàn)在: · 最大適用高度 抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的形式、布置,模塊與模塊之間,模塊與抗側(cè)力結(jié)構(gòu)之間的連接構(gòu)造等都對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能有顯著影響,特別在目前各家節(jié)點(diǎn)連接方式及性能各不相同的情況下,結(jié)構(gòu)最大適用高度限值仍需深入研究 · 抗側(cè)力體系 因目前研究和工程經(jīng)驗(yàn)較少,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑應(yīng)該按單重體系還是雙重體系來(lái)計(jì)算仍有爭(zhēng)議,完全不考慮疊箱的抗震貢獻(xiàn)似乎過(guò)于保守,特別在高層模塊化建筑應(yīng)用中會(huì)造成成本的大幅增加. · 地震剪力分配 疊箱-抗側(cè)力體系地震剪力分配調(diào)整有2種思路,一是模塊部分單獨(dú)調(diào)整,二是模塊部分與非模塊部分框架共同調(diào)整,二者的合理性取決于疊箱與抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作能力,又受到兩部分規(guī)模比例的影響,仍有待深入研究 · 性能化設(shè)計(jì) 目前鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑性能化設(shè)計(jì)要求尚不明確,主要參考傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)習(xí)慣進(jìn)行,具體計(jì)算要求見(jiàn)仁見(jiàn)智,尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),實(shí)際操作難度較大。
PART/3 結(jié)構(gòu)體系 鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑的結(jié)構(gòu)體系主要根據(jù)抗側(cè)力體系的不同進(jìn)行劃分,通常可分為純疊箱結(jié)構(gòu)、疊箱-抗側(cè)力結(jié)構(gòu)、嵌入式結(jié)構(gòu),疊箱-底部框架結(jié)構(gòu)從抗側(cè)角度本質(zhì)屬于疊箱結(jié)構(gòu)。 MORE 純疊箱結(jié)構(gòu)僅靠鋼結(jié)構(gòu)模塊抵抗地震作用,建筑高度一般不超過(guò)3層,多高層建筑應(yīng)采用疊箱-抗側(cè)力結(jié)構(gòu)或嵌入式結(jié)構(gòu)。疊箱-抗側(cè)力結(jié)構(gòu)中可采用框架、框架-支撐、核心筒等作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)與疊箱共同承擔(dān)地震作用,嵌入式結(jié)構(gòu)則有外部骨架結(jié)構(gòu)承擔(dān)全部地震作用,鋼結(jié)構(gòu)模塊主要發(fā)揮建筑集成、工廠(chǎng)預(yù)制作用,荷載工況更統(tǒng)一,有潛力實(shí)現(xiàn)最大程度的標(biāo)準(zhǔn)化。 PART/4 箱體間連接 鋼結(jié)構(gòu)模塊箱體間的連接分為豎向連接和水平連接,鋼結(jié)構(gòu)模塊化建筑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)推薦的箱體間連接形式多體現(xiàn)在豎向連接方式的不同,主要可歸納為螺栓連接、拉桿-抗剪鍵連接、自鎖式連接、灌漿連接等。 螺栓連接、拉桿連接、自鎖式連接等多認(rèn)為是鉸接節(jié)點(diǎn),灌漿連接經(jīng)設(shè)計(jì)加強(qiáng)和試驗(yàn)驗(yàn)證可實(shí)現(xiàn)剛接性能。 水平連接通常采用能夠釋放豎向位移的構(gòu)造,通常采用水平鋼板拉接。 More
現(xiàn)場(chǎng)施工便捷性 · 模塊化建筑追求快速建造,應(yīng)避免采用焊接量大、構(gòu)造復(fù)雜、安裝誤差敏感性大的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造 多模塊連接可操作性 · 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮多模塊安裝時(shí)的可操作性,最多時(shí)一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接上下層共8個(gè)模塊 盡量保證箱體的完整性 · 模塊單元通常為全裝修,節(jié)點(diǎn)安裝方法盡量不要破壞墻體,需要克服缺少施工空間的問(wèn)題
PART/5 設(shè)計(jì)流程 預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)、二次機(jī)電深化設(shè)計(jì)、裝修深化設(shè)計(jì)等工作應(yīng)前置。
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