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摘要：模块化建筑结构是种适合于高层建筑的新型建筑工业化模式，在设计上具有设计灵活、低碳节能、可再利用性高、建造速度快等特点，在质量及抗震性能上也有明显的优势。在外国的建筑中模块化建筑已经用于各种类型的建筑，该项建筑模式能够在我国建筑行业得到发展，那么我国建筑业的发展也将得到全面的发展。
关键词：建筑；模块化；结构设计
城市化建设的快速发展也推动我国建筑行业也进入了快速发展的阶段，但是建筑当中的高耗能及高污染问题也急剧被人们所关注。传统化的建筑当中主要以混凝土和钢筋作为建筑的主材料，资源消耗极大，在劳动力上也耗费巨大。所以适合于现代化建筑标准的建设方式，转型的方向都是建造业所要寻找的出路。
一、模块化结构设计
1、整体设计的基本内容
1.1设计步骤
预制装配式模式化建设的基础是需要先确定建筑的结构，其重点在于结构设计需要合理划分建筑图的平面布局，布局划分需要确保模块尺寸的合理统一。排列的规律也需要模块单元的数量不能过多。平面布置的划分完成后，只需要确定平面内单元的基本尺寸和单元的布置方式，然后模块化单元设计需要放到结构整体的设计之后。
1.2结构具体分类
根据材料分类，预制构件建筑的结构类型可以划分为三种，分别是钢件结构、混凝土结构以及钢混综合性结构。依据建筑的结构形式有框架结构、框架支撑剪力墙结构、筒体结构等，根据结构型式体系，需要设计符合相应现行规范的要求。
1.3核心思想
预制模块化结构计算方法的核心思想是根据整个框架结构、框架支撑剪力墙结构及其他
对应的建筑结构的内力计算依据其垂直例的数值，并关联相关系数，与荷载数值进行组合。在国家相关标准达标的前提下，应根据预制整体模块结构在实际应用中的特点，在计算分析的相关步骤中考虑并合理调整一些差异。新框架结构能够有效进行矩阵近似方法[1]。
1.4整体设计的要求
在进行建筑整体的设计工作时，需要依据荷载组合算出横截面的大小值还有其硬度质量。利用等效刚度及工程经验、产品特点及应用情况。预制模块化结构的确定由组合构件的截面、混凝土梁的节点量及部位，这样才能得到初步的模块所需的尺寸。
1.5模型建立的要求
结构的设计需要能够建立模型的基础上进行的，相较于高层建筑简化的计算方法更为快捷：如高层结构刚度建模计算中保持轴截面基本特性的方法，不应采用为了代替简化计算；如刚度采用刚度计算，应考虑刚度折减程度的替换和应力的相应差异；在进行截面计算时应进一步调整抗震调节器的承载力。在开发过程中，应考虑根据预制模块化结构性能调整系数。
在面对超高层的建筑结构时，其等刚度值不需要取代梁祝横截面的简化计算，在计算上原轴的横截面数据需要保留在计算的数据当中。
2、模块设计的大致内容
2.1模块单元设计
在预制模块化方面，结构化单元设计的原则是模块化、通用化以及产业化。以基本单元体为主要的功能性空间，如果单元体功能相同，其单元体就要达到通用及互换的功能。各单元之间的组合要能够反映出建筑本身所具有的多样性及丰富性，当单元进行组装时，在结果体系上需要达到应有的标准。进行系统化的单元组合，建筑所用的设备也要进行系统式的工作。而且在设计的过程中要适合按照《工程结构可靠性设计统一标准》进行设计。
2.2模块化建筑施工的效率
以较快的工程进度及成本的节约为目的，进行工程的建设，可以把设备进行集中化管理，
切记不要使用后装修的方式，这样不利于防水构造，模块单元的设计难度也相应增加，使之地板、墙面的模块单元。防火结构要特别注意，需要把这个结构单独罗列出来。集中功能空间主要以公共场所、设备为主。
2.3单元模块的运作
单元模块建模时，有其构造简单、受力小、使用方便等特点，在进行悬挂组装后就属于整个建筑的一部分，所以单元建模的主要考虑因素则是运输、负荷和生产等方面进行分析，进行组装后的载重能力及变形程度进行计算。在动态的运输、吊装等方面上也要进行考虑，使组装后的验收需要达到标准，其等效静荷载标准值以自重乘以动力系数进行运算。
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3、节点连接实际
3.1施工方式
梁柱的连接以抑制模块化结构的接头进行，每个单元模块的设计都有差别，根据差别的特点可以用两种方式进行连接施工，一个是在工厂进行，另一个就是在施工现场进行。值得注意的是梁柱的连接需要在安装的阶段进行完成，原因是接头设计比较简单，不需要在工厂内进行，也能使部件保持良好的状态。其实那种方式都可以。当是在框架以钢框架或者刚和混凝土混合结构的状态下，直接可以用焊接的方式进行连接，但需要在遵循《钢结构设计规范》的情况下进行。
3.2梁柱连接技术
就现阶段而言，梁柱的连接技术在施工当中，接头的连接方式以及连接后的整体强度都是需要考虑的问题，在采用预制混凝土结构模块化施工，通过吊装模块单元与预制件连接，在现场浇筑。混凝土梁或混凝土梁，预制的模块化结构体系的单元角不是整个结构在垂直荷载作用下或对于垂直力传递的作用很小。
3.3注意事项
对于1-2层或其他常规建筑结构的别墅，就目前我国引进的集装箱模块化结构和钢模块螺栓连接模式而言，其受力较小的特点，能够在预制模块化结构方面进行借鉴。但对于高层建筑而言，预制模块化结构及梁柱连接方面的设计进行运用外，还应采用两种以上的连接方法或通过试验验证符合要求的其他方法计算。这种设计主要考虑到梁柱连接处相对脆弱的特点。在其满足于工程设计的总体前提下，也可以依据可靠性经验，使用其他刚性接头和连接方式进行连接。
二、模块化设计和预制装配中存在的不足
1、模块的不全面
当前小型的建设项目模块的设计主要以功能性为主，以功能的需求进行模块的排列组合，但是相对比较局限，没有整体的建筑模块，也没有匹配于建筑专业的结构和功能模块。
2、模块建筑产品的制造
模块设计也服务于模块建筑，一般在制造工厂当中进行制造，在施工现场进行组装，以达到制造与组装使用的协调作业。目前在模块设计方面还是不够深入，还需要对各种功能模块以及结构模块进行不断的研究设计，不断对模块的连接物件进行优化，达到各模块之间的有机连接，形成完整的建筑产品的目的。
3、装配式建筑
国家的相关部门引导建筑部门向装配式建筑发展，但是从示范向市场转化的过程中，政府部门的相关政策还需要完善，相关技术的研发也需要进行布局安排。在市场的接受程度上和技术的创新上都没有较好的状态，在初期的成本和规模化生产上也达不到较好的协调[3]。
三、钢结构模块建筑的优势
模块化建筑是建筑产业化的必由之路。模块化建筑可以理解为将一个建筑整体进行肢解，分成若干个相对较小的单元的三维化空间模块，可以在工厂当中进行制造，经过运输在现场进行组装。工厂当中一般以小的设备、水电等安装为主，现场施工以基础施工和管道的连接为主。模块化建设组装通常意味着整个建筑的模块化部分已经完工。模块化建设的特点在于可以利用流水线的方式进行批量的模块生产，与传统建设相比模块化建筑具有许多优点：
1、资源的节约
模块化建筑采用钢结构，根据重量轻、吊装方便的要求而定。所以，模块化建筑在施工组装的过程中极大减少了水资源的浪费问题，厂房式的模块化生产的资源利用也相对较高，在拆卸过程中更加方便、其钢结构还能够二次利用。
2、绿色施工
模块化建筑的所用模块大多由工厂进行施工，极大减少建设区域内对环境的影响，达到绿色施工的总体要求。
3、施工周期短
模块化建筑可同时进行室内外作业，在工厂建设模块的同时建筑施工现场还能够进行基础设施的建设，为模块的组装打好基础，达到互不影响的效果，大部分工作也被工厂的流水线所替代。全面缩短了建设工期。
4、施工质量得到保证
室内建设相对于室外来讲相对安全，而模块化建筑的大部分工序就是在室内进行的。并且模块单元的制作工序基本相同，每个工人负责单个过程，误差小，质量控制，也方便模块施工的质量检查，确保施工质量。
5抗震能力好
相较于传统建筑而言，模块化建筑是以钢结构进行连接的一个整体，在其结构体系当中就比传统建筑稳定。对于超高层建筑而言，使用耗能型减振支撑结构为主体进行建造。极大发挥了钢结构的延伸性好及承载能力高的特点，就算震级较大，制药进行简单维护，依旧能够达到使用的相关指标。在可修复性和抗震性上传统建筑无法相比。
结束语
建筑行业不断发展，现代建筑行业的预制配装式模块化建筑结构，是适应当代绿色环保的要求的一种建筑方式，但我国起步相对较晚，所以在模块化建筑的发展过程中需要去以创新的思维，环保的意识及勤加借鉴，以使模块化建设全面发展。
参考文献
[1]于宏,叶景荣.模块化建筑与传统装配式建筑的对比研究[J].广东土木与建筑, 2018, 25(12):17-20.
论文作者:孔维准
论文发表刊物:《城镇建设》2019年11期
论文发表时间:2019/8/26
标签：建筑论文; 模块论文; 结构论文; 单元论文; 梁柱论文; 刚度论文; 方式论文; 《城镇建设》2019年11期论文;