中国核电工程有限公司深圳设计院 广东深圳 518000
摘要：随着住宅工业化体系日趋成熟，工业化体系也适应了绿色建筑的要求。本文主要论述在我国应用广泛的工业化住宅结构体系。
关键词：装配式建筑；结构体系；环保
一、装配式混凝土结构体系
装配式混凝圭结构体系是全部主体结构均使用预制混凝土构件，装配式混凝土结构体系根据承重构件划分为框架结构、剪力墙结构和框架 - 剪力墙结构三种类别。最常用的是框架结构体系，其结构整体性能及抗震性能相对较好，构件较轻及运输方面具有优势。装配整体式剪力墙结构体系，是在施工现场吊装预制复合墙板装配成整体，每块预制复合墙板自内而外有结构层、保温层和饰面层。装配整体式剪力墙结构具有广泛的适用性，能够实现标准化和系列化的要求，设计简便易行，结构体系合理、安全、
节能、环保。内浇外挂体系是指建筑结构的主体采用现场浇注，外墙使用预制混凝土复合墙板，同时配备构造柱和圈梁，墙体内部配备钢筋网架的工业化体系（如图1、图 2 所示），20层以下对抗震性能有要求的比较合适。
二、装配式钢结构住宅体系
装配式钢结构体系在欧美地区已形成一套成熟的技术体系，是当前改善人类居住环境的理想产品，替代了传统的砖、木材和混凝土，彻底改变结构形式。装配式钢结构建筑体系在我国的起步较晚，二十世纪八十年代末、九十年代初才引进日本和欧美地区的轻型装配式小住宅。尽管装配式钢结构住宅体系相比传统住宅有很多优点，目前国家相关部门也已经开始采取相应措施来推广装配式钢结构体系在建筑中的应用，但装配式钢结构住宅体系仍处于起步阶段。装配式钢结构住宅体系可概括分为低层轻钢住宅和多、高层轻钢结构住宅两大类。
低层轻钢结构住宅结构体系分为两大类：（1）钢框架结构体系，此类体系采用型钢梁柱框架结构；（2）轻钢龙骨承重墙结构体系，这类体系的承重体系是镀锌轻钢龙骨，板材的作用是维护结构体系以及分隔空间。
多层、小高层轻钢结构住宅体系包括：纯框架体系、框架—核心筒体系、框架—支撑体系、框架剪力墙体系以及交错桁架体系等。还可以根据型钢的截面形式进行分类：H 型钢柱体系、内藏加劲肋 C 型钢柱体系、钢管混凝土柱体系等。
（一）装配式钢结构住宅体系的优点
1.工程质量好
装配式钢结构住宅与传统钢筋混凝土住宅相比，杜绝了层高偏差、尺寸偏差、外墙渗漏水以及墙体面层裂缝等建筑质量问题。工厂的工业化生产保证了构件的标准性和统一性。
2.生态环保
装配式钢结构住宅与其它结构的住宅相比，对环境的影响相对较小，主要体现在以下三个方面：首先，与混凝土相比，减少湿作业，噪音小、粉尘少；其次，自重减轻可以使基础施工的取土量减少，减小对土地资源的破坏，同时还可以使混凝土用量、开山挖石量大量减少；最后，当住宅建筑达到使用寿命期时，拆除结构后产生的固体垃圾量小，废钢的回收价值高。
3.抗震、抗裂性能好
钢材具有塑性、韧性、延性性能好，强度高，自重轻，自振周期长等优点，当结构产生变形时不会发生突然断裂，修理时间充裕，因此钢结构具有良好的抗震性。同时，钢材属于延性材料，温度变化不会使其产生裂缝，相比砖混结构而言，抗裂性能好。
4.空间布置灵活，有效使用面积大
钢材刚度大、强度高，钢结构的自重较轻，其梁、柱的尺寸与其他材料相比较小，柱网可以完全包含在墙体之中，结构的占用面积减少，因此建筑空间的有效使用面积增大。同时，钢结构建筑可以布置大空间柱网，空间大小可随意，空间布置灵活，住宅造型、格局个性化。
5.综合经济效益高
钢结构住宅的综合经济效益高，主要体现在三个方面：一是钢结构住宅的基础造价低。钢结构自重轻、强度高，可以使基础的建设费用和材料的使用费用减少，同时，钢结构住宅的基础减轻，工程施工的运输量减少，工程造价降低，因此使经济效益提高；二是钢结构住宅的内在价值高，节能效益显著。钢结构住宅空间的有效使用面积增大，空间布置灵活，可以增加房屋的内在价值。并且钢结构住宅的保温性能好，减少了住宅的采暖等费用支出；三是钢结构住宅的资金使用率高，投资风险低。钢结构住宅安装方便，施工周期短，可以减少资金的占用时间，降低投资风险。
三、模块建筑体系
模块化建筑体系是近年来工业化建筑发展中新兴的一种建筑体系，是依据模块化系统理论以及建筑工程项目的实际情况，将复杂的建筑物分解成若干个相对简单、独立的建筑模块并进行每个模块独立的设计和制造，最后整合具有不同功能的模块，形成满足特定功能需求的建筑整体。这种先分解后整合的过程不仅简化了工程项目的设计与建造，同时也实现了标准化、规模化的模块生产以及个性化的最终建筑产品。
根据模块的结构类型和功能类型，模块建筑体系中使用的模块可以分为四种：墙体承重模块、楼梯模块、角柱支撑模块和非承重模块。
（一）墙体承重模块
墙体承重模块包含四块墙体和非承重隔墙，四块墙体由竖向立柱、水平横杆及支撑构成，非承重隔墙将墙体所围的空间划分成适当大小的房间。这种建筑结构类型适用于宾馆、宿舍和社会保障房，原因是这类建筑房屋通常是由大量的小房间组成的。
（二）楼梯模块
楼梯模块是为一个独立的预制单元提供楼梯（通常为两跑）和平台，从而通往模块结构建筑中更高的楼层。楼梯模块通常与常规的公寓模块（如卧室、客厅等）搭配使用组成模块化公寓住宅楼。这种结构形式通常应用于完全模块化的建筑中。
（三）角柱支撑模块
角柱支撑模块与传统的热轧钢结构相似，是将梁高较高的纵向边梁布置在方钢管角柱中，明显区别于带有轻钢承重墙的墙体模块。角柱支撑模块最显著的优势是模块的各个面可以完全开放，当模块并排安装时可以形成大的开放式空间。这种结构形式适用于学校和医院建筑中。
四、非承重模块
非承重模块在非模块化的建筑中提供预制空间单元构件。非承重模块适用于厨房、浴室和设备室，这类设施在工厂安装方面具有显著的优势。但是，非承重模块结构的强度较差，必须靠其他结构构件支撑，比如楼板构件和构造钢构件。
（一）模块建筑体系的建造流程
模块建筑体系的建造过程分为设计阶段、生产阶段、验收出厂运输阶段、现场搭建阶段以及项目验收和交付阶段。如图 3所示。
图3 模块建筑体系的建造流程
（二）模块建筑体系优缺点
1.模块建筑体系的优点
①工业化程度高
模块建筑体系的承重结构模块全部采用工厂预制、现场组装的方式，其工业化程度超过85%，彻底改变了传统的建筑建造方法和生产工艺。同时，工业化的平台使信息化的实现更加方便，完成了工程项目建设的信息化和智能化。
②适用范围广，满足个性化需求
模块建筑体系适用范围广泛，包括住宅（尤其是保障性住房）、办公室、公寓、酒店等建筑。并且可以与传统的混凝土现浇方式灵活结合使用，可实现建造的大跨度空间。此外，模块建筑体系可根据对空间的不同功能要求，制作不同类型的建筑模块，实现户型和造型的多样性，满足建筑的个性化需求。
③建造周期短，用工量少
模块建筑采用工厂流水线的方式预制，加快制造速度，减少用工数量，不但使建设周期缩短，同时也节省劳动力成本。比传统钢筋混凝土结构的建造周期减少约 50%，用工量减少了约 30%，劳动力成本减少约 80%。
④节能环保
模块建筑体系采用工业化的建造方式，比同等规模的钢结构建筑节约钢材超过 15%，比钢筋混凝土结构节约混凝土超过80%，施工现场节电 70% 左右，节水约 70%，建筑垃圾减少 85%以上，并且 95% 的建筑废弃物可以回收使用。
2. 模块建筑体系存在的问题
①工程规模小，成本高
由于我国建设项目的工业化程度低，目前只有少数工程采用模块建筑体系，且工程规模较小，导致模块制造的流水线难以实现，加大了模块制造难度和成本，进一步增大模块建筑体系的推广使用难度。
②运输难度大，对吊装机械要求高
模块建筑体系中的模块体积较大、重量较重，对运输工具的要求较高，使运输难度增大。此外，现场吊装时，对吊装机具的要求较高，普通吊装机具难以完成现场吊装工作。
五、结束语
装配式建筑结构所具有的环保、节能劳动成本等特点被广泛应用。通过以上结构体系的阐述，不同的工业化住宅结构体系有其局限性，因此，在应用时应根据实际情况选择结构类型，提高工程效率和质量，实现住宅产业化。
参考文献
[1]陈子康，周云，张季超，吴从晓 . 装配式混凝土框架结构的研究 [J]. 工程抗震与加固改造，2012，04；1-11
[2]蒋勤俭 . 国内外装配式混凝土建筑发展综述 [J]. 建筑技术，2010，41：1074-1077.
[3]叶之皓 . 我国装配式钢结构住宅现状及对策研究 [D]. 南昌大学，2012.
[4]范鹏飞 . 钢结构住宅的特点、结构体系与发展应用 [D]. 浙江工业大学，2011.
论文作者:酒明会
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/30
标签：体系论文; 模块论文; 建筑论文; 钢结构论文; 住宅论文; 结构论文; 墙体论文; 《建筑学研究前沿》2018年第16期论文;