装配式钢结构建筑：发展现状、技术问题及工程案例解析

多层模块化钢结构建筑技术研究与工程实践

命令

记录

01

开发状态

02

主要技术问题

03

项目案例

04

工作正在进行中

01. 发展现状

装配式钢结构建筑具有质量轻、强度高、抗震性好、施工周期短、绿色环保、易于工业化生产、可循环利用等优势，符合建筑业绿色低碳发展方向，受到国家政策的大力支持，而模块化钢结构建筑作为其中的重要组成部分，受到越来越多的关注。

模块化钢结构建筑符合建筑工业化、绿色建筑的发展要求，建筑一体化效果好，工厂化生产程度高，施工周期短，对周边环境影响小，适用于酒店、学校、医院、写字楼、住宅等项目，特别是在应急防疫酒店等对施工速度、功能完整性要求极高的建筑项目中，更能发挥其独特的优势。

2023年4月28日，中共中央政治局召开经济形势和经济工作会议，提出要积极稳妥推进城中村改造和特大城市平仓应急公共基础设施建设。模块化钢结构建筑易于搭建、拆卸、改造和回收利用，在这项工作中优势突出，应用场景有望进一步拓展。

第1部分

系统功能

第2部分

海外发展

模块化建筑最早出现于20世纪60年代的欧美、日本等国家，现已发展为混凝土模块化建筑、钢结构模块化建筑、集装箱式模块化建筑等多种形式。

钢结构模块化建筑广泛应用于酒店、住宅、公寓、学校等建设，典型项目有：东京中屋胶囊大厦、纽约公寓大楼、布鲁克林单身公寓、城堡大学学生公寓等。纽约公寓大楼是目前全球最高的模块化建筑，共32层，采用模块+钢架支撑结构体系。

·东京中国银行胶囊大厦

纽约住宅大楼

布鲁克林单身公寓

第 3 部分

国内项目

在国内，钢结构模块化建筑最初多用于施工工地临时办公楼、临时安置房、展览馆、临时医疗诊所等临时建筑，这些模块多采用可拆卸的箱体结构，通常重量轻，可以整箱运输，也可以拆卸、包装、堆放，运输十分便捷。

近年来，钢结构模块化建筑在公寓、酒店、写字楼、学校等永久性建筑中的应用越来越广泛。为了获得更稳定的承载力，这些模块通常采用刚性梁和柱。模块主体结构不可拆卸。建筑模块在工厂的完成度较高，采用整箱运输。

在国内，模块化钢结构常见于办公楼、医疗机构、酒店、公寓、学校等建筑项目，这些项目的建筑规划标准化程度高，施工速度快。根据建筑高度、环境条件、建筑效果等，通常采用叠箱结构、叠箱抗侧力结构、嵌入式结构等。

雄安市民中心-临时办公区：叠合箱体结构（3层）

深圳市福田区幼儿园：堆叠箱体结构（3层）

多层模块化酒店：堆叠箱式框架（7层）

烟台莱山卫生站：叠箱+框架支撑（20层）

镇江港南路公租房小区：叠合式箱-核心筒建筑（18层）

湖南农业大学神农人才公寓：嵌入式（8层）

02.主要技术问题

第1部分

国内标准

目前国内模块化钢结构标准包括1个行业标准、多个CECS标准和多个地方标准，涉及的内容和提出的要求有所不同。

2022年6月住房城乡建设部发布《装配式钢结构模块化建筑技术指南》，主要内容包括：项目规划、建筑设计、结构设计、室内装修及设备管线设计、生产运输、现场安装拆除、质量检验验收、维护管理等，涵盖了建筑施工过程的各个环节，对现有的规范进行了梳理，注重完整性、先进性、可操作性，对指导工程实践有很高的价值。

第2部分

抗震要求

抗震要求对结构的安全性、经济性、施工便捷性有重大影响，目前国内模块化钢结构规范对模块化建筑抗震性要求不一，直接套用优质钢材规格、钢材规格存在适用性问题，很大程度上需要设计师自己把控，体现在：

·

最大适用高度

抗侧力结构形式、布置方式、模块间、模块与抗侧力结构间的连接方式等均对结构的抗震性能有较大影响，特别是结构的最大适用高度限值仍需进一步研究，特别是各公司节点连接方式及性能均有差异时。

·

抗侧力系统

由于缺乏研究和工程经验，钢结构模块化建筑到底应该按单体系计算还是按双体系计算还存在争议，完全忽略堆叠箱体的地震贡献似乎过于保守，会造成造价的大幅增加，尤其是在高层模块化建筑的应用中。

·

地震剪力分布

叠层箱体-抗侧力体系地震剪力分布的调整方式有两种，一是单独调整模块部分，二是模块部分与非模块部分框架共同调整，两者的合理性取决于叠层箱体与抗侧力结构的协同工作能力，同时也受二者比例缩尺的影响，仍需进一步研究。

·

以性能为导向的设计

目前模块化钢结构建筑的性能化设计要求尚不明确，主要借鉴传统钢结构建筑的设计实践，具体计算要求因人而异，尚无统一标准，实际操作困难。

第 3 部分

结构体系

钢结构模块化建筑的结构体系主要根据抗侧力体系的不同进行划分，通常可分为纯叠箱结构、叠箱-抗侧力结构、嵌入式结构，叠箱-底架结构从抗侧力角度看，本质上是一种叠箱结构。

更多的

纯叠箱结构仅依靠钢结构模块抗震，建筑高度一般不超过3层，多层建筑宜采用叠箱抗侧力结构或嵌入式结构。叠箱抗侧力结构可采用框架、框支、核心筒等作为抗侧力结构，与叠箱共同承担地震作用。嵌入式结构有外部骨架结构，承担全部地震作用。钢结构模块主要发挥建筑一体化、工厂预制的作用，荷载工况更加统一，有潜力实现最大程度的标准化。

叠箱抗侧力结构是目前多层模块化建筑最常见的结构形式，模块化嵌入式结构对于高层建筑来说可靠性更高，具有房间更换的潜力。

第 4 部分

箱体间连接

钢结构模块箱体之间的连接分为竖向连接和水平连接，钢结构模块化建筑相关标准推荐的箱体之间的连接形式，大多体现在竖向连接方式的不同，主要可以归纳为螺栓连接、拉杆-剪力键连接、自锁连接、灌浆连接等。

螺栓连接、拉杆连接、自锁连接等多被认为是铰接节点，灌浆连接通过设计加固和试验验证，可以达到刚度连接性能。

水平连接通常采用能释放竖向位移的结构，通常采用水平钢板张拉。

更多的

现场施工便利

模块化建筑追求快速建造，应避免焊接量大、结构复杂、对安装误差敏感度高的节点结构。

多模块连接操作性

节点设计需考虑多模块安装的可操作性，一个节点最多连接上下层共计8个模块。

尽量确保盒子的完整性

模块化单元通常为全装修，节点安装方式应尽量不破坏墙体，同时需克服建筑空间不足的问题。

第 5 部分

设计流程

提前做好预制构件深化设计、二次机电设计、装修设计等工作。

模块化建筑工厂生产与现场施工并行进行，建筑模块的高完成度决定了室内设计与建筑设计、结构设计、机电设计等同时进行，保证建筑模块的工厂预制进度。

点击查看：多层模块化钢结构建筑技术研究与工程实践-上/下

03. 项目案例

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案例一。

深圳国际酒店

快速地

建造

1、项目由7层和18层建筑组成；

2、7层建筑采用模块化装配式综合施工，18层建筑采用钢框​​架支撑体系快速装配式施工；

3、幕墙采用单元化快速施工模式；

4、基础形式采用预应力管桩。

运营

需要

1、酒店管理功能与检疫防疫功能集成；

2、权威机构对酒店管理及其配套设施提供专业意见；协调地块所属派出所、网格办、街道办等提出隔离防疫措施等需求；

3、5人专家组对医院感染控制、基本急救医疗、检疫防疫流程设计提供专业意见；

4、上风向布置服务配套区，下风向布置隔离酒店区。

和平与战争

组合

1、疫情过后酒店将作为周边资源的配套建筑；

2.将来将用作大学宿舍。

·

工厂预制件

滑动浏览

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结构体系-叠箱体系

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零部件工厂生产

·

现场安装外墙装饰、屋顶板等。

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案例二。

烟台市莱山区卫生站

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主要建筑功能及功能转变

疫情期间，健康站建设事关人民群众身体健康和城市经济发展。

为满足国家防疫政策要求，保证工期和质量，充分考虑“常态化、医用化”功能切换。

烟台莱山卫生站项目

塔楼采用钢结构模块+钢框架支撑体系，地上5至20层标准层布置钢结构模块，钢结构模块布置在L型平面外侧，钢框架支撑部分为钢结构模块提供平面外支撑。

由于模块柱跨度较小（3.9m），因此在地上第4层设置转换层，第4层以下设置钢管混凝土框架支撑结构，第15层以下设置BRB。

模块化建筑结构具有“双梁、双柱、双板”的特点，灌浆节点位于钢结构模块的角柱处，上下箱体采用插入式钢管连接件和C120灌浆料连接，左右箱体采用水平连接钢板连接，走廊钢构件也在灌浆节点处与水平连接钢板连接，从而与箱体建立约束关系。

本项目钢结构模块上下层柱采用灌浆节点连接，在连接钢板上焊接带栓钉的灌浆连接件，形成上下箱体及左右箱体的连接，节点区域柱壁加厚。针对本项目涉及的箱体及节点规范进行有限元分析，结果表明：本项目采用的灌浆节点能实现模块上下框架柱的刚接，抗压、抗弯能力强，抗剪、抗拉承载力满足设计要求且有较大的富余。

科学和技术

科学

技术

该项目是目前我国单体规模最高、使用钢模块最多的模块化钢结构示范项目。

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04. 正在进行中

·

模块化嵌入式隔震减震钢结构体系研究

在模块化钢结构建筑由低层向多层发展的过程中，对抗震性能的要求不断提高，而常见的“叠箱式”模块化钢结构体系抗震性能差的弊端逐渐显现出来。

主体

结构

· 采用钢框架结构/钢框架-支撑结构作为主要承重、抗侧结构

模块

单元

· 2种模块类型，每个主体结构框架内放置多层模块，顶部模块采用特殊构造，避开主体结构次梁

建造

方式

现场只需吊装、拼装安装，大大减少焊接，加快施工速度，保证施工质量

起草人：李敬元

版面编辑｜丁一萌

公众号｜标准院钢结构