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传统房屋建造过程以杆件为主要加工制造和运输安装单位，结合平面构造的墙板等来建造建筑。模块化建筑是将这种基本单元提升到更高的维度和尺度。即以房间为基本单元，有的可以达到以户为基本单位。这样模块在工厂加工完毕，运输至现场，经过安装基本即可将一座建筑完成。其高效、绿色、经济性都较好，是装配式建筑发展的方向之一。
1.国外模块化建筑
模块化住宅在欧美等发达国家有不同程度的发展，英国、美国、日本、芬兰、加拿大等国家是模块式建筑发展态势较好的国家。其中尤以英国为突出，轻钢模块式建筑在英国有将近20年的历史，每年大约有8000个模块供应，主要的生产商有5家。目前在公寓、宿舍、酒店、保障房等领域，钢结构模块化建筑的市场占有率在15%左右。
这些采用模块化结构的建筑大多不是自持永久住宅，且要求建成速度快，比如学生公寓，在暑假期间即可安装完毕，对已有的公寓影响较小。建筑层数从4层到12层，模块的宽度约为2.7米到4米。
英国第一个模块化建筑Murry Grove于1999年10月建成。一半用来作为保障房，一半用来出租。
此模块化建筑共有五层高，采用的是外廊式的设计。圆形的区域是公共活动空间。在底部的有预留区域，用来存放建造时的钢材，用以观察同条件或更差条件下钢材在环境侵蚀下的性能，作为建筑健康监测的数据。国内在健康监测方面的工作主要侧重于结构的应力、变形等，较少关注钢材本身的耐久性。雨水管的布置利用型钢的内部空间和墙体的留缝，国内的设计多是外露的，占用空间，且不美观。
除了应用在保障房，模块化建筑还应用在教学楼、酒店、学生公寓等建筑物。
2. 模块建筑的特点
2.1主要优点
（1）建设周期缩短，从而使得资金周转快，银行利息减少，可以循环投资等一系列经济效益
（2）减少现场管理费用
（3）工厂制作使得质量更加可靠
（4）可以大批量的制造安装
2.2成本构成
制作一个25平方米的模块的花费大约为30000美元，合19.5万人民币，加上运输、安装和起吊的费用5%，非结构模块如围护结构、电梯、楼梯和楼板费用30%，现场管理和设施的费用5%，综合造价约为1800美元每平米，折合人民币约12000元每平米。
2.3模块的类型及承重体系
承重方式有两种，一种是模块叠加，竖向力和水平力通过模块向下传递；另一种为复合体系，模块结合核心筒或剪力墙或钢框架等，每个模块把竖向力或水平力力传给核心筒/剪力墙/钢框架，由这些结构传递力到基础。
模块叠加体系通常第一层是混凝土结构，以取得底部较大空间，从第二层开始由模块叠加建造。也有底部即是钢结构的设计。
主体受力模块主要有四面承重墙模块和骨架式承重模块，和这两种模块体系搭配的附属模块有楼梯和电梯模块、非承重模块如卫生间模块、特殊模块如阳台模块。
（1）墙承重墙模块
这种模块由楼面、墙面和天花板和隔墙组成。构件组成为立柱、水平横杆和斜撑，多采用冷弯薄壁型钢等轻钢构件。
两片纵墙承担上部所有的竖向荷载，上层模块直接放在下层模块上，以一定的方式连接。重力荷载的传递路径即为从上层模块传到下层模块，通过底层的混凝土结构或钢结构传至基础。底层的纵墙承担所有的上部竖向荷载，故其强度是制约建筑高度的主要因素。
楼板和天花板的托梁平行于模块的短边方向。隔墙将内部空间划分为功能分区，这种模块为主的体系，作为学生公寓、酒店、社会保障房、军人宿舍、工人宿舍等非常理想，这些建筑通常是由小房间组成的。对于要求内部空间较大的建筑，这种体系不是十分适用。
受到运输要求、空间大小、承重能力的限制，这种模块为主的建筑目前能做到10层。
（2）骨架式支承模块
骨架式支承模块类似于传统的钢框架结构，构造方式一般为在方钢管柱之间布置梁，模块的竖向荷载全部由4根柱来承担并传递。梁高一般250~400mm，跨度为5~8米。
这种模块的主要优势在于可以对模块单元的侧面进行完全开放，当模块并排安装在一起时可以构成更大的空间，这种建筑形式较适用于学校和医院等建筑。
（3）另外还有楼梯模块、非承重的卫生间模块等非主体模块。
（4）模块连接
模块之间在角部、梁间、柱间连接。
采用的是螺栓加盖板的连接方式，即工厂加工时在相应位置预留螺栓孔，在现场只需就位并拧好螺栓、扣好扣件。基本完全避免现场焊接，从而提高了安装的效率和质量。
3. 模块建筑在我国发展的情况及前景
中国的粗钢实际产能达到了12亿吨以上，钢材价格低廉，或许正是钢结构发展的良机。
与中国钢铁工业的规模相比，我国钢结构在工程中的市场占有率极其之低。在英国仅模块化结构在酒店、公寓、保障房、工人宿舍等建筑中的占比在15个百分点左右，且在蓬勃发展，而在我国全部钢结构建筑也远远没有达到这个比例。
所以在建筑产业现代化过程中，模块化建筑作为一种高度工业化、装配化的建筑体系可以作为钢结构住宅推广的选项。
目前，中国工程建设标准化协会标准《模块化建筑技术规程》等相关标准也在编制中。这说明模块化建筑已经引起了国内业界的广泛关注，但是国内这方面的研究成果仍然不多，样板工程也很少，如果进行推广，仍然要结合国内情况，广泛参考包括英国在内的发达国家的一些体系和细节上的做法。
英国大部分地区不进行抗震设计，故这些体系适用于非抗震的地区，而我国大多数地区是抗震设防地区，像维多利亚公寓那样带有核心筒/剪力墙的体系或者模块-钢框架体系或许是一个比较好的选择，只需按照抗震要求设计核心筒、剪力墙、钢框架，模块与之的连接满足抗震要求即可。这种体系中模块本身的抗震应不难满足，但目前尚有待研究。
参考文献
[1]钢结构住宅设计规范：CECS261-2009[S].北京中国建筑工业出版社，2009
[2]曲可鑫.钢结构模块化建筑结构体系研究[D].天津：天津大学.2014
[3]王明贵.轻型钢结构住宅[J]中国建筑工业出版社，2010
论文作者:武子斌1,赵俊2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第12期
论文发表时间:2017/10/13
标签：模块论文; 建筑论文; 钢结构论文; 体系论文; 英国论文; 荷载论文; 结构论文; 《建筑学研究前沿》2017年第12期论文;