模块化钢结构技术研究

模块化钢结构技术研究

汪吉青

汪吉青

中冶天工集团有限公司天津300308

摘要：自改革开放以来，我国建筑行业得到了迅猛的发展，各种建筑结构随之涌现，而钢结构则以其独特的优势在建筑领域得到了广泛的应用。本文基于模块化钢结构技术研究展开论述

关键词：模块化；钢结构性能；影响研究

引言

从发达国家的钢结构发展情况来看，钢结构的发展即将成为未来建筑结构的主要趋势。从结构形式来看，就目前情况下最符合产业化生产方式的结构形式当属钢结构的设计形式。其设计的标准化、结构配件工厂化以及工作实施的机械化，尤其是钢结构的抗震性能之高，且周期较短，造价易掌控等各种特点，非常受现代企业的青睐

1钢结构模块建筑优势

模块建筑是建筑工业化的必经之路，模块化是指将建筑分解成多个标准的三维空间模块，在工厂预制完成，运输至现场进行装配。工厂工作包括装饰装修、水电、设备安装等，而现场工作则是少量的基础施工以及模块结构之间、设备管线之间的连接。通常模块化建筑的装配完成即代表着整个模块化建筑已建造完成。模块化建筑采用工厂流水线式生产方式，这与传统建筑生产方式截然不同。

1.1钢结构的介绍

钢结构，顾名思义，是由钢制材料组成的结构，是主要的建筑结构类型之一。通常是由型钢、钢板、立柱等构成，结构之间通过焊缝、螺栓或铆钉连接，表面通过镀锌、油漆、渗锌等防腐除锈工艺处理。钢结构因其强度高、刚性好、自重轻、施工方便等的特点，广泛应用于船舶、海洋工程、化工等领域。

1.2中国钢结构的发展历史

伴随着改革开放的春风，中国的经济如同初春的春笋一般节节向上，在这短短的30年间取得了非凡的成就。在新中国成立初期，百废待兴，中国各地兴建钢铁厂、钢结构制造厂，短短几年，从无到有，这些钢结构工业工厂，为我国的重工业发展奠定了扎实的基础。经过短短几十年的发展，在钢铁、船舶、高铁建设中，我国已跃居世界第一，而且正朝着钢结构第一大国前进。高速发展的同时，还是存在着不少问题。尤其在钢结构制造过程中的质量管理方面，与国际一些先进的钢结构制造厂存在着不小的差距。

2钢结构模块化建筑概念

模块化钢结构建筑作为一种高度集成化的装配式建筑形式，能有效减少资源消耗，缩短施工工期，减小施工作业面和降低工程造价。模块化建筑符合我国基本国情和国家政策，有利于缓解人民日益增长的物质文化需要同落后的社会生产力之间的矛盾，是非常值得推广的标准化建筑形式。模块化建筑是指把一个或多个建筑单元作为预制模块、在工厂预制后运到工地进行安装的建筑形式。每一个预制模块可为带有采暖、上下水道及照明等所有管网的装修完备的房间单元。模块化单元可以用来形成完整的房间、或者作为大房间的一部分，也可以用来制作一些专用服务单元例如厕所、电梯、厨卫等。由模块化建筑的特点可知，每个模块单元都是由顶梁、底梁和角柱组成的完整结构体系。相邻的模块通过角部的连接节点传递荷载、协调变形，使多个单元形成具有一定规模的整体结构。若没有可靠的连接节点，由多个模块拼接成的结构就会发生变形、破坏甚至倒塌。此外，模块的起吊和安装是施工现场的主要工作，便捷的连接步骤和充分的施工空间可大大加快施工速度。因此模块间连接节点对保证最终结构的整体性、稳定性和适用性起着非常重要的作用。目前，国内外常用的模块间连接做法主要分为5种：盖板螺栓连接、铸钢节点连接、预应力连接、焊接连接和组合连接。

3钢结构模块化建筑施工质量控制

3.1进行模块的吊装

模块吊装的吊点需要在钢柱顶部位置，运用临时连接板，吊点要在钢柱的上部位置并运用4个临时连接耳板。在进行模块吊装之前需要清除干净在钢柱底面的浮锈，确保钢柱能够顶紧接触面。在安装吊装之前要先复测筏板顶再在基础上进行放线。根据地脚螺栓标高调整好标高，然后钢柱直接安装就位，可以在钢柱下设置垫板进行垫平，就是在钢柱四角设置垫板，垫板不应该超过4块。垫板需要紧贴基础面以及柱底面，之后就可以安装钢柱了。若钢柱吊到距离准确位置上方200mm时，应该停止机器并保持稳定，在准确对准十字线之后再进行缓慢的下落，而且要注意在钢柱下落的过程中防止磕到钢筋，钢柱和地脚螺栓要趋近于接触的时候要停止钢柱的下落，仔细地检查钢柱的四边中心线、支架十字轴线对准情况以及地脚螺栓钢垫板的位置和地脚螺栓钢垫板的数量，若不准确要及时进行调整，反复进行调整之后的钢柱误差处于3mm以内就可以下落钢柱，落实钢柱就可以进行收紧4个方向的缆风绳，拧紧柱脚和螺栓，如果因为环境条件原因出现不能拉紧缆风绳的情况，就可以运用硬支撑的方法来固定钢柱以及校正钢柱。

3.2钢结构螺栓连接常见质量问题的有效控制措施

在进行高强螺栓连接钢结构制作的时候，相关人员需要对摩擦面安装及加工之前的各种保护工作给予应有的重视，同时还得严格依据相关制度和要求来科学地开展抗滑移系数的实验，严格地检查原材料出厂证明和质量证明等相关文件。对于一些比较普通的螺栓连接来说，垫片绝对不能够放置两个或者两个以上，同时也不允许使用气割对螺栓孔进行扩孔处理；当螺栓已经拧紧以后，相关人员还得有效地保证外露螺纹等于或者大于两个螺距。在高强螺栓穿孔的过程中，切记不能够扩孔和敲打，而是应该使其自由地穿入。如果构件出现扭曲的情况，那将会直接影响到螺栓连接面的间隙，因此，在进行钢结构螺栓连接工艺操作过程中，施工单位需要提前准备好相应的胎架模具，以此来有效地控制其变形。

4模块建筑结构技术的基本要求

（1）合理的模块尺寸。由于模块单元在运输、吊装以及安装施工过程中结构安全的需要，经综合分析，其最大尺寸宽度不宜大于4.2米，长度不宜超过12米，高度可为3.0米、3.3米、3.6米、3.9米等。最小宽度可为1.2米、1.5米、1.8米。在建筑设计时，开间和进深大小不受限制，利用模块拼接即可。（2）建筑模数。模块单元的模数原则上应遵守国家标准《建筑模数协调统一标准》（GBJ2）。对于特殊形体的建筑物可采用非模数化的尺寸。基本模数为1000毫米。水平扩大模数基数可为3米、6米、12米、15米、30米、60米。竖向扩大模数基数为3米、6米。分模数基数为1/10米、1/5米、1/2米。

结束语

模块化钢结构，是指将一个钢结构建（构）筑物分成若干个独立的在工厂即可安装完成的框架模块、仅在现场完成较少模块之间的连接工作的钢结构设计制作模式。由于模块化结构加工和安装的绝大部分工作是在质量可控的工厂车间内完成，不仅结构的施工质量得到保证，而且施工安装受天气的影响减到最小，最大程度地保证了工程的质量和进度。因此，模块化的结构建造方式在工业建设过程中被逐渐越来越多的使用。

模块化建筑模块的标准化程度越高，模块单元种类越少，建筑工程的加工成本越低。因此，建筑的方案设计阶段，对模块建筑的尺寸确定至关重要。应该引起相关技术人员的足够重视。

参考文献：

[1]陈红磊，陈琛，李国强，侯兆新，刘亮俊.模块化钢结构建筑模块间节点的研究综述[J].钢结构，2018，33（12）：1-5+27.

[2]张百振.多层钢结构模块与钢框架复合建筑结构设计与研究[J].科技创新与应用，2018（30）：93-94.

[3]兰涛，宋昭，门进杰，赵廷涛，赵钿，王凌云.角部加强的箱板式钢结构模块单元抗震性能试验研究[J].工业建筑，2018，48（09）：15-21.

[4]李若然.轻型模块化钢结构组合房屋结构性能研究[D].北京交通大学，2018.

[5]黄永胜.模块化建筑的结构设计与BIM技术应用研究[D].广州大学，2016.