多高层钢结构模块化居住建筑的方案比选与分析

0 引言

三维模块是完全装配好的预制单元，可以是一个房间或一个房间的一部分，在工厂预制后运到现场像搭积木一样在现场组装。由于大多数的施工任务都是在工厂中完成的，三维模块的预制化程度很高，现场组装主要是将模块吊装就位并连接电气和管道等设施

。

脂肪酸中的a-H，由于受到羧基的吸电子诱导效应的影响而具有一定的酸性，可参与比如卤代、磺化、烷基取代等反应。

三维模块预制体系可以最大程度地提高劳动效率和节省现场施工时间，但吊装对结构的额外要求会增加材料的成本，同时公路运输对模块的尺寸有很大限制

。通常预制模块的最大宽度不超过3.6m，长度不超过13m，超大型模块的运输需要特殊批准，同时会极大地增加运输成本。运输对模块大小的限制使三维模块适合于酒店、旅馆或经济适用房等跨度较小，重复性高的建筑。同时在浴室和厨房等需要防水处理，装修复杂和设备较多的房间，预制模块也有特别的优势。应该注意的是，重复性高并不意味着居住单元的设计需要一模一样，相反，各种标准化模块可以以不同的方式拼装在一起，产生个性化的设计。

1 工程概况

本项目位于山东省烟台市莱山区，为一栋地上20 层地下1 层高层驿站酒店，建筑面积约为36 100m

，主体结构高度77.60m，其中地上三层层高为6.0m，第四层为转换层层高4.5m，标准层层高为3.45m，属于高层建筑，建筑剖面图与标准层平面图如图1 所示。

可你后来也在文字上吃苦最多。你越发努力地想去完善自己的灵感，却像桑代克的猫被困于迷笼，找寻不到出路，曾经最悦耳的音符也像是笨重的锤音，又如磨钝的铅笔在白纸上茫然地拉扯出声音。你拿着自己从前的文字反复琢磨，苦思冥想，却渐渐陷于困顿之中。

一是学习不足。医院管理人员多从临床医务工作者中选拔，临床业务技能强，但在管理专业知识方面却相对薄弱，加之医院管理的特殊性，不少干部均为“双肩挑”，学习中埋头拉车而疏于抬头看路，重业务、轻管理的现象客观存在，需要平衡临床业务与管理投入。

从建筑标准层平面图来看，本项目客房排布整齐、类型标准、布置规则，选用钢结构模块比较合适。因此采用钢结构模块与抗侧力体系复合结构型式，钢结构模块布置在地上5～20层南侧和西侧，放置于4 层转换层上，建筑内侧的楼梯与电梯间为传统抗侧力体系。

2 结构体系与模块单元设计

从模块尺寸和结构设计两方面综合分析，确定合理可行的建筑结构体系。

2.1 模块单元选型

模块单元需要在工厂内制作并运送至施工现场

，为了满足道路运输及吊装需求，模块单元的宽度一般为2.5～3.6m，高度不超过4.2m

。

但对谢清森来说，并没有满足，他的心思早已漂洋过海。“让中国保安为世界做安保。”这是他一直以来的一个心愿。

点睛：配制一定物质的量浓度溶液一般会用到量筒、托盘天平、容量瓶三个计量仪器。托盘天平用于称量固体药品的质量,注意称量前先要调零,左盘放物品,右盘放砝码,药品不能直接放在托盘上,易潮解、腐蚀性药品如NaOH等应放在烧杯中称量,其精度为0.1g;容量瓶用于准确配制一定体积一定物质的量浓度的溶液,实际上容量瓶是确定所配制溶液的体积大小,注意使用前要检查是否漏水。配制一定物质的量浓度溶液要按照一定的步骤进行,步骤要熟记,注意每步操作的目的以及使用的主要仪器,根据公式:,进行简单的误差分析。

2.2 结构体系的确定

由于本项目为高层结构，建筑层数较多，模块结构不能独立抵抗水平荷载作用，须另采用抗侧力体系与模块组合，即模块结构承受部分水平力和全部竖向荷载（包括自重），水平荷载由抗侧力体系承担。

钢材采用Q355B 级钢，混凝土强度等级采用C30～C40。方案一～方案四典型构件截面尺寸如表1 所示：

《中国新药与临床杂志》 （原名 《新药与临床》），由中国药学会和上海市食品药品监督管理局科技情报研究所共同主办，为全国性医药学术期刊，统计源期刊，从1992年起连续8次入选全国中文核心期刊（药学）。连续3次获中国科学技术协会 “精品科技期刊工程”项目资助。荣获首届国家期刊奖、第2届国家期刊奖提名奖，分别荣获第2届全国、中国科协、上海市优秀科技期刊一等奖。

为取得比较好的经济效益，需要通过不同抗侧力形式的方案比选，主要包括模块—筒体/剪力墙混合结构（方案一，如图3 所示）、模块—钢框架支撑混合结构（方案二，如图4 所示）、主框架支撑嵌入模块结构（方案三，如图5 所示）、模块—混凝土框架剪力墙混合结构（方案四，如图6 所示）。

其中方案一、方案二、方案四中的筒体/剪力墙、钢框架支撑、混凝土框架剪力墙作为模块结构抗侧力结构，承担水平地震作用及风荷载，并承担自重；钢结构模块采用钢密柱体系，主要承担竖向荷载。主框架支撑嵌入模块结构为在钢框架支撑结构内嵌入模块结构的型式。

3 结构设计关键技术

3.1 模块单元间连接节点

根据《建筑抗震设计规范》（2016 年版）（GB50011—2010）

（简称《抗规》）、《中国地震动参数区划图》（GB18306—2015）

及本工程岩土工程勘察报告，确定工程抗震设防烈度为7°，设计基本地震加速度0.10g，设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.40s，基本风压0.55kN/m

，地面粗糙度类别A 类。

本文采集数据来源于中国知网(CNKI)数据库，采集的时间为2017年12月19日。检索时主题词为“混合式教学”、“小学”、“中学”、“高中”、“初中”、“中小学”，检索的时间区间为2007-2017年，一共检索到81篇文章。

综上，各模型均按弹性楼板和分块刚性楼板分别进行计算，其中层间位移控制采用楼板分块刚性模型计算结果，其余设计指标采用弹性楼板模型计算结果

。

3.2 模块单元与钢框架的连接

模块与抗侧力体系主要通过走廊内的拉梁和平面支撑连接，如图9 所示。走廊拉梁与平面支撑直接连接于模块角柱灌浆节点水平连接板处，从而限制钢结构模块在平面内的各向位移。走廊拉梁与平面支撑均为两端铰接，具有释放两部分结构不均匀竖向变形的能力。

3.3 楼板假定

与传统钢框架结构模型中连续楼板采用刚性楼板假定进行结构分析计算不同，模块结构的楼板较为零散。但是，模块梁之间连接时会进行螺栓盖板连接，使得楼板不会相互错动、分离或挤压等，保证了模块建筑楼板的连续性，使得楼板在平面内近似刚性。同时下层模块天花板梁与上层模块的地板梁之间形成一个夹层，也保证了楼板的刚性。

有限元计算中，考虑单元间间隙对结构传力的影响，采用刚性楼板假定的计算结果不能真实反映结构受力

，为了更准确地计算构件的受力，在结构计算中应该采用弹性楼板假定对结构构件进行分析计算

。

本工程基于一种常用的、偏安全的铰接节点形式，如图7所示，模块角柱上下采用灌浆节点连接，每层模块间采用水平连接钢板连接。根据实际受力情况，将模块单元间的连接节点进行如下简化

：上、下层模块单元的梁柱节点间采用一短柱模拟连接件，并将短柱底端设置为铰接节点，水平连接采用两端铰接的连接方式模拟，如图8 所示。

4 结构计算模型的确立

4.1 结构计算参数

因模块单元之间的连接方式不同于传统钢框架结构，故需要在YJK 建模中作合理简化。同时模块单元与抗侧力结构和转换结构的连接也需要进行简化。

4.2 模型的建立

各方案主要指标计算结果如表2～表5 所示。

4.3 构件设计

淑芬农家乐的经营户主要经济来源有农业收入、畜牧业收入及农家乐经营收入。调查发现旅游收入在家庭总收入中的比重占40%左右。

5 计算结果与分析

根据第3 部分所考虑的假定，采用YJK 结构设计软件对结构进行有限元模拟。分别建立方案一至方案四模型，进行结构分析与设计。

5.1 周期与振型

各方案前3 阶振型的周期反映了结构的刚度，通过振型和周期分析结果表明结构自振频率较为密集，前20 阶振型均为整体振动，说明结构刚度分布合理、整体性较好。

查看前3 阶的周期与振型可知，各方案模型前两阶振型均为X、Y 方向平动，第三阶振型为扭转，且周期比=T3/T1 均不大于0.85，满足规范周期比不大于0.9 的规定，说明结构具有较大的抗扭刚度和良好的抗扭能力，X、Y 向有效质量参与系数均满足大于90%要求

。

5.2 层间位移角与位移比

由于本项目主要比选模块结构四种方案的抗侧力体系性能，比选指标以结构变形分析结果为主，风荷载与水平地震工况下各层的层间位移角与地震工况下的位移比计算结果如表2～4 所示。各方案均满足《抗规》中对各种抗侧力结构型式的规定；最大位移比满足《抗规》中规定位移比小于限值1.5的要求。

本项目模块单元采用钢框架结构（图2），由角部的4 根模块柱、中间4 根飞柱、底梁、顶梁以及支撑构成。模块单元尺寸采用9 000mm×3 580mm×3 450mm。此建筑共需要384 个模块单元。

5.3 应力比

钢构件应力比均小于1，且大部分在0.85 以下，满足规范要求

。

经过计算统计，结构的材料用量如表6 所示，每平方米材料用量如表7 所示。

虽然模块结构用钢量偏大，但是以其工厂化预制、施工绿色环保、减少现场人力工作量等优点足以弥补用钢量大的缺点

，且可以通过对模块结构的布置优化，实现用钢量降低的目的

。

本工程方案一和方案四中抗侧力体系为现浇结构，会影响到项目工期。方案三较方案二用钢量略大。

通过以上分析，本项目最终采用方案二，即标准层以上建筑内部及交通核部分采用钢框架支撑结构，外围L 形部分为钢结构模块单元，模块底（第5 层）以下采用钢框架支撑结构，其中第4 层为结构转换层。

(2)车门对中未调整好。车门调整过程中，若车门对中未调整好，其中一侧门页后密封胶条与铝型材密封框之间会出现缝隙(见图3)，而另一侧密封良好。通常这种情况下，车门仅会在车辆固定一个方向(上行或下行)运行时发生啸叫。

6 结论

（1）基于实际项目—拟建高层钢结构模块居住建筑，根据建筑功能、模块选型等方面的要求，最终选定结构体系为模块—钢框架支撑混合结构。

（2）结合建筑方案对模块单元进行布置，并组合不同抗侧力体系，合理简化连接节点，建立四种方案的模块—抗侧力体系组合结构模型进行分析计算，得到各方案周期振型、位移、应力等结果与相应的规范限值进行对比，各项指标均满足要求。

（3）通过模型计算结果、材料用量和施工等方面对比分析，本项目采用模块—钢框架支撑混合结构。

（4）模块—钢框架支撑混合结构体系将模块单元与传统钢框架支撑结构相组合，以钢框架支撑作为主要的抗侧力部分，弥补了纯模块结构抗侧能力低的缺陷，实现了模块结构在高层钢结构建筑中的应用。

[1]轻型模块化钢结构组合房屋技术标准:JGJ/T466-2019[S].

[2]陈志华,钟旭,余玉洁,等.多层模块钢结构住宅项目关键技术及实践[J].建筑技术,2018,49(04):372-376.

[3]刘长松,蓝缪辉,王海波,等.模块建筑结构设计实践[J].城市住宅,2019,26(01):27-31.

[4]陈志华,周子栋,刘佳迪,等.多层钢结构模块建筑结构设计与分析[J].建筑结构,2019,49(16):59-64+18.

[5]张鹏飞,张锡治,刘佳迪,等.多层钢结构模块与钢框架复合建筑结构设计与分析[J].建筑结构,2016,46(10):95-100.

[6]周子栋.多层钢模块建筑结构性能与角件旋转式模块连接节点分析[D].天津大学,2018.

[7]陈志华,冯云鹏,刘佳迪,等.柱承重式钢模块建筑结构体系适用高度研究[J].建筑钢结构进展,2021,23(01):31-39.

[8]杨春林,刘长松,武晓敏.钢结构模块-核心筒建筑结构体系计算分析[J].城市建筑空间,2022,29(01):26-29.

[9]建筑抗震设计规范:GB50011-2010[S].

[10]中国地震动参数区划图:GB18306-2015[S].

[11]高层建筑混凝土结构技术规程:JGJ3-2010[S].

[12]高层民用建筑钢结构技术规程:JGJ99-2015[S].

[13]张惊宙,陆烨,李国强.三维钢结构模块建筑结构受力性能分析[J].建筑钢结构进展,2015,17(04):57-64.

[14]姚进洪,麦镇东.箱式钢结构集成模块化建筑建造实践案例[J].广东土木与建筑,2020,27(09):4-7.