钢结构模块化建筑在幼儿园项目中的应用

齐华伟，丁 桃，赵浩宇，丁 磊

(1.中建国际工程有限公司，安徽 合肥 230093； 2.深圳海龙建筑科技有限公司，广东 深圳 518110； 3.中海建筑有限公司,安徽 合肥 230093； 4.安徽海龙建筑工业有限公司，安徽 合肥 230601)

1 项目概况

本项目位于深圳市福田区福强路深圳文化创意园内，占地面积4 290.73 m2，新建总建筑面积3 119.07 m2，其中计容建筑面积3 119.07 m2。幼儿园各层功能设置为：1层为架空活动、晨检兼门厅、多功能厅、厨房及水泵房等，2层～3层为标准教室活动单元、办公室、机动教室等，见图1。

2 模块化建筑介绍

钢结构模块化建筑发展虽然起步较晚，但随着近年国家对模块化建筑的重视及推广，钢结构模块建筑行业也取得了一系列影响显著的科研成果，相关的行业规范也陆续建立起来，行业类也涌现了多家实力雄厚的企业，为钢结构模块建筑在国内的后续发展打下了坚实的基础，当前国内钢结构模块建筑体系主要由两种结构形式，一种是集装箱式的钢结构模块体系；一种是钢结构框架式模块体系，两种体系各有优劣[1]。

2.1 集装箱式模块体系

结构组成：由钢梁、柱、角件、波纹板组成。先将边框梁、柱焊接在角件上，组成钢框架，再焊接顶、底板以及端墙与侧墙的波纹板，最后在地面浇筑混凝土。每个模块为一个独立建筑单元，自成体系。

优点：外侧及顶部波纹板密封性能好，钢性防水更可靠；抗冲击性能好，适合长途运输；采用角件，吊装及运输时的固定更为简便。

缺点：制作工序上需先完成整体框架才能进行内部装修作业，工艺比较复杂，需要配套专门的设备及生产线才能进行钢结构模块的批量生产。

适用范围：适用于宿舍、酒店、模块化的数据中心、军队移动营房、医院病房等[2]。

2.2 钢结构框架式模块体系

结构组成：主体结构由钢梁与钢柱直接焊接而成，组成钢框架。再焊接顶、底板，最后地面浇筑混凝土。外墙为防火石膏板，外覆盖呼吸纸。

优点：框架焊接与墙体制作可同步进行，缩短工期；无角件及波纹板等构件，制作工艺简单，利于快速生产。

缺点：外墙为脆性材料，抗冲击性差，不适合长途运输。

适用范围：一般由多个MIC模块组合成一个建筑单元，适用于教室、展厅、会议室等[3]。装箱式的钢结构模块体系如图2所示，钢结构框架式模块体系如图3所示。

3 模块化建筑的建造流程

3.1 钢结构模块建筑的运输

钢结构模块建筑最大的特点就是模块在工厂制作、装修完成后再运输到现场进行安装，所以模块的运输也是一个比较关键的问题[4]。实际应用时必须了解相关运输条件：能够允许通过的最大、最重的模块尺寸分别是多少，这对于我们选定运输路线，制定合理的运输方案都起着至关重要的作用。总的来说钢结构MIC的运输应遵循以下原则：

1)MIC单元模块的运输应选取具备相应资质和规模的物流运输公司作为模块的承运单位。

2)MIC单元模块的场外运输路线应根据道路、桥梁、当地交通的实际条件确定，提前与当地交通部门沟通协调。

3)MIC单元模块在运输当中应做好防水、防撞等成品保护措施。

3.2 钢结构模块的起吊

按照目前一般的情况下，一个完成装修钢结构模块的重量从几吨到几十吨不等，应根据整个项目的模块重量分布以及地盘现场施工条件选取适宜的起吊设备和设备操作点，制定合理模块吊装方案。模块的吊装应遵循以下几点：

1)选择适宜的起吊设备。2)制定合理的吊装顺序。3)采用安全的吊装吊具。

具体如图4所示。

3.3 钢结构模块的连接

1)钢结构模块MIC与基础之间的连接。

钢结构MIC与基础的连接时通过基础预埋板的方式与基础连接，在基础施工时，埋入高强拉爆螺栓，并在两个高强拉爆螺栓间垫上基础连接板，板中部位置设有M20高强螺杆连接套筒，钢结构模块底部留有贯穿模块支撑柱的M20高强连接螺杆，将M20高强连接螺杆与M20高强螺杆连接套筒连接，实现模块与基础的连接，如图5所示。

2)钢结构模块之间的相互连接。

通过钢结构模块支撑柱中预留的M20高强螺栓，上下贯通部位的M20高强螺栓间垫入M20高强连接螺杆，通过M20高强螺杆连接套筒连接，若该模块为顶层模块，则在相邻模块顶部的M20高强连接螺杆间垫入连接板，并采用M20高强螺母固定，如图6所示。

具体安装步骤：

1)完成首层钢结构平台施工。

2)将BM连接件按照BM连接件布置图焊接到钢平台上，并调平，将连接套筒拧紧到BM板上的螺杆上。

3)按照模块布局以及BM板连接件布局，将二层模块吊装到相应的位置，并落入到相应的连接板上，注意模块落位时的水平与竖直方向对正，并落实到连接板上。

4)将连接螺杆顺着支撑柱内的导槽拧入到BM连接板上的套筒里，直至与BM板上的螺杆接触。

5)将套筒及箱体与箱体之间的连接板(MM连接件)以及中间段螺杆用长螺杆连接起来，为安装上层模块做准备。

6)将第三层模块吊装到相应的位置，并落入到相应的连接板上，注意模块落位时的水平与竖直方向对正，并落实到连接板上，后将屋面连接板按照屋面连接板布局放到相应的位置上并调平，最后用螺母预紧，完成模块的安装。

4 模块化建筑优势

4.1 空间个性化

通过单元模块的排列组合不但能适应不同的场地条件，还能组成个性化的总图形式。本项目在模块拆分中根据建筑平面功能主要分为功能模块与交通模块。功能模块主要由教室模块和卫生间模块组成，组合形成功能空间。交通模块主要由走廊模块和楼梯模块组成，组合形成完整的交通空间[5]。

4.2 工艺高效能

现场施工部分基本为模块单元拼接部分及整体屋面，大大的减少了现场施工的作业量、施工周期等。具体优势如下：

1)管线分离：电气管线主要利用建筑墙体与内装饰面之间的缝隙及天花吊顶内敷设，从而省去了在建筑结构体内预留预埋电气配管的过程，降低了建筑构造对各专业的配合度要求，且方便后期管道检修管道模块化设计：标准箱体喷淋管道、消火栓管道、消火栓箱模块化设计，工厂完成施工，仅在现场进行喷淋主管与模块中喷淋支管的连接，集成化程度高，施工速度快。

2)整体卫生间集成设计：卫生间卫生器具、给水管、排水管随箱体在工厂中完成安装，仅在地盘进行竖向管道与卫生间给排水管道连接，集成化程度高，工厂施工质量能得到保证，现场施工便捷。墙面机电点位部分：墙面机电点位选择与背景墙同色开关面板，密拼并列安装，融洽而不突兀；电视背景墙位于钢结构MIC内侧，可在工厂提前制作安装，节约现场施工时间。

4.3 施工安全低风险

项目在模块单元中将机电、外装饰、内装饰等各部分由设计到加工高度集中，将工厂生产部分最大化。大大减少高空作业，减少施工现场人员拥挤、交叉作业所导致的施工风险。现场污染少，通过设计生产的工厂高度集中化，彻底减少现场的施工作业面，保证施工环境的干净整洁，施工工艺的有序，减少对周围环境的破坏性污染。

所有的MIC装配式模块，通过工厂制作完成后进行现场快速拼装吊装，仅仅三个月的时间便已基本完成结构、内外装修、机电的工艺，展现出八所社区幼儿园的基本面貌。对于一般教育类建筑而言，一所同类型高品质学校要达到相同完成程度，通常也需要10个～12个月的时间。在整个社区幼儿园学校项目里，约70%的建筑面积是以MIC装配式模块建设的，对比传统项目现场减少了近70%建筑垃圾生成，现场劳动力投入对比传统项目更是减少至1/10，且所用工期仅为常规施工的1/3，大大节省了时间[6]。

5 结语

随着建筑行业环保绿色要求，同时结合国家碳中和理念，钢结构模块化建筑市场占有率逐渐提升，其主要有以下优势：

1)模块化设计，根据现场数据设计，工厂组装，提升构件精确度。

2)标准化制作，提高施工效率，保证施工质量。

3)批量化生产，提升劳动效率，节省劳动成本。

4)整体化安装，降低现场湿作业，安全环保。