模块化建筑研究现状及展望

1.1模块化技术特点

模块化主要是在解决某一个复杂的问题时，把它们划分成若干个子程序，再将其逐步解决。在进行设计时，以一个房间单元为一个模块，并将这些模块在工厂进行施工，施工完成后再运送到施工现场进行拼装。模块化建筑预制程度高，能够极大减少人力物力，使用模块化技术能够缩短施工周期，并且绿色环保。模块是结构的一个组成部分，由一个单一的建筑构件、结构的一部分或整个建筑的一部分，即功能单元。通过基本模块的重复组合，能够得到许多不同的结构。模块也应该是简单的预制，很容易连接到另一个模块。与传统体系结构相比，模块化体系结构的优势在于能够化繁从简，将复杂系统逐个分解并将其模数化，使建筑更易于管理。

1.2模块化技术的发展历程

国外最早在1962年，为了解决工商管理方面的问题，西蒙提出了模块化的概念并对其相关理论加以研究。西蒙指出将要解决的问题分成多个模块，并且在这种形势下，每个模块都能够独立运作，使整体工作效率达到最高。1965 年， Starr提出了模块化就是通过设计和生产一个模块，并以尽可能多的方式与另一个模块之间进行组合。在面对复杂的问题时，模块化能进行有效的简化，从而提高质量及效益。因此在建筑设计中，模块化技术的运用能够极大地提升效率，解 决复杂的建筑设计和施工过程。

模块化的建筑最早开始发展并且形成的一个框架结构体系就是在加拿大的蒙特利尔市，该框架结构利用一个盒子所设计而形成的整体造型共由 158个单元和多个体块组成，并且每个单元模块都以38x17英尺的尺寸通过混凝土浇筑组合完成。每个模块在加工完成后都通过吊装的方式运输到指定位置，再以参差错落的形式堆积起来，给人们呈现了一种新的建筑形象。Habitat67 综合居住体一直保存到今天，并且远远超过它的预期寿命，可以预料，它仍然会以一个成功的综合居住体继续存在，成为一个时代的象征。

到了现代，模块化技术得到了飞速的发展， 美国、英国、加拿大、日本等国家对模块化技术进行了深入的研究，将其应用到医院、学校、体育馆等建筑设计中，并在建筑设计与建筑建造等方面有了一定的成果。 随后，模块化技术又被应用在木结构建筑中，目前采用模块化技术的木结构建筑在国外得到大力推广，多被应用在住宅或公共建筑中。

2 .1模块运输

综合经济和模块尺寸等因素，采用公路货车运输，为了减少在运输过程中的碰撞，模块单元需要进行密封处理，使用较厚的干燥塑料膜对其进行覆盖。运输前对工厂装配的模块进行质量验收，并进行预组装，局部校正，合格后运输至施工现场，减少后期返工和维修费用。

2.2模块吊装

(1)确定吊点位置

选择不同的吊装位置，会影响结构稳定性，模块单元在吊装操作过程中的受力将产生与使用过程不同的内部应力，可能使所提升部位存在局部的受力集中。模块单元的提升可使用绳索与其顶部构件进行连接，此方法需要调整吊装绳索的角度以使水平构件的受力分量不会过大。模块最佳的吊点为距模块单元两端长度约20%左右处，此时模块单元的吊装相对最稳定。

因为模块角部刚度最大，为了保证吊装单元的整体稳定性和侧向稳定性，且受力位置在模块的角件，可考虑使用独立框架协助吊装，框架应与模块单元的平面尺寸相同，可实现垂直起吊，四点受力均匀，满足吊装刚度的要求，最大程度地减小在模块单元上产生水平力与剪力，满足吊装模块稳定性要求。

( 2)吊装方法

①安装协助框架和穿钢丝绳， 根据施工组织设计要求，严格按照规程操作，四点吊装采用22.5mm、强度级别为1570MPa的钢丝绳。 QY50起重机通过协助框架完成模块吊装工作，钢丝绳穿入预留吊装框架边长 20%孔洞处。 吊装框架通过钢丝绳连接垂直起吊模块，钢丝绳穿过模块的角件处，由于模块角件刚度较大，可以保证模块结构整体稳定性。 严格保证钢丝绳上下不交叉，钢丝绳与水平线成60°左右比较适宜，受力均匀适中。

(3) 吊装与定位

制订详细的起吊方案，借助钢框架实现模块角件受力，从而保证结构整体稳定性和吊装平衡性。吊车支撑点应坚实，严禁支撑于松土或回填土上，同时在坚实地面上应采取木枋支垫，以免支撑脚在受力过程中下沉，防止吊车倾翻。全面检查吊点结构、承重体系和提升装置，通过预提升来检查局部连接和钢丝绳连接件是否可靠。起吊前和起吊后分别用全站仪和水准仪检查模块的整体垂直度和整体平面弯曲偏差情况，并且记录数据，偏差值满足钢结构工程施工质量验收规范允许偏差限值。

(4)就位与固定

吊装前，要先校核画好的点位坐标以及角件尺寸位置，并在垫层上画好模块控制边线。吊装就位后，通过手拉葫芦，进行细部校正定位，并与预埋板件进行螺栓连接与焊接。紧固连接件为构件高强螺栓，接合面应按要求检查处理，高强螺栓应按规定进行初紧和终紧;组装结构采用焊接连接，施工焊接应符合设计或施工验收规范的规定，控制焊接工艺防止焊接变形。

虽然模块化建筑在我国起步较晚，但经过近年来的蓬勃发展，在防疫医院、学校、酒店等建筑领域，市场占有率逐步增大。但是模块建筑的成本过高依然是限制其发展最主要的因素，由于其多柱多梁的特殊构造形式，目前成本仍远高于钢筋混凝土剪力墙结构以及传统钢结构。因此模块化建筑要发挥自身生产周期短的优势，以时间换空间，并且利用主要部件在工厂生产的优势，做到产品精细化、装配一体化，提高自身在同类产品当中的竞争力。

我国最新版的地震动参数区划图已取消了不设防区，抗震设防需做到全覆盖，这也对模块化建筑节点的抗震性能提出了更严格的要求。国内模块化建筑的节点主要参考了海运集装箱的连接形式，目前较多地应用在低层建筑当中，难以应用到抗震设防区域的高层建筑当中，部分高层节点研究深度不足，因此仍需加强在高层模块化建筑节点抗弯刚度、抗剪强度方面的试验研究和数值模拟，为施工过程提供理论支撑和技术指导。

近年来装配式建筑发展迅猛，模块化建筑作为装配式建筑的一种形式，依靠其标准化制作、高效率的施工，以及节能环保的、方便拆装的技术优势，只要能保持高质量发展，未来必然能在建筑行业占据一席之地。