刘也行【深度分析】装配式三维体系模块建筑,用模块单元组装成的房子-河北省装配式建筑

作者:admin 发布时间:2019-04-15 分类:全部文章

刘也行【深度分析】装配式三维体系模块建筑,用模块单元组装成的房子-河北省装配式建筑

刘也行
模块建筑
是一种工厂化程度很高的预制装配建造体系。它是由模块单元组装而成,模块单元在工厂的流水线上生产,运到工地后,通过专门的工具和拼接构造,装配成完整的建筑体。
模块建筑的型式和种类很多,不同的厂家有不同的产品体系。通常,提到模块建筑会直接想到盒子建筑,但广义上讲,模块建筑可分为一维、二维、三维体系。
一维体系是指在工厂加工好标准梁柱构件,运到现场后,把梁柱构件按装配式连接构造拼接成结构骨架,由于梁柱构件只有一个方向的尺度,因此称之为一维体系;
二维体系是指在工厂完成建筑墙板和楼板、屋面板等平面板件的制造,在平面板件中可以集成建筑内外装饰部件、设备管线,整个建筑是在工地现场由若干板件拼接而成;
三维体系即盒子建筑,在工厂里完成一个标准箱体单元的制造,完成单元所有内部装修、设备管线安装、全部或部分外立面装修,运到现场后,采用专门连接构造,将箱体搭接成一个完整的建筑。
三维模块建筑产品
国外对模块建筑的研究起步于上世纪八十年代,并有诸多应用的实例。三维模块建筑的种类很多,各生产厂家都建有完善产品体系。
其原理基本上是利用或参考集装箱的尺寸(箱体尺寸,特别是宽度由运输尺寸控制),在工厂中把结构骨架、内外装修甚至家具都制造安装完毕,运输到现场后,直接吊装,搭成一幢完整的建筑。
下图是三维模块建筑的生产和施工过程示意。

三维模块建筑的结构骨架也有多种类型,可以是木龙骨、冷弯薄壁型钢龙骨、集装箱箱体,也有采用型钢做梁柱,用轻质墙板作为围护构件。
结构受力有两种常见型式:
1) 墙承重型式:4 面墙连续,竖向荷载由墙传递(图 2);
2)柱承重型式:竖向荷载通过角柱或中间柱传递(图 3)。木龙骨模块建筑通常是墙承重型式,集装箱箱体为柱承重型式,冷弯薄壁型钢龙骨模块则两种型式都有。

在加拿大、澳大利亚等矿产资源丰富、人口稀少的工业化发达国家,模块建筑除了用于建造旅馆、低层住宅、城市办公楼等城镇建筑,还普遍用于矿区、林场的办公及宿舍。
因为这些地区往往地处偏远,人模块单元工厂预制迹罕至,而且不通水电,有的甚至道路都没有,宿舍和办公设施不可能采用传统的现场建造方式。采用三维模块,将所有设施在工厂安装好,用运输工具运到现场,可以快速完成建造。
木龙骨三维模块建筑
采用木龙骨做骨架的三维模块建筑产品多见于木材资源较丰富和习惯采用木材建造房屋的北美地区。图 4 是加拿大一家公司的木龙骨三维模块箱房。
该公司的模块单元尺寸高度标准化,只有一种规格:12' ×48' ×12‘ (宽3.66m×长14.63m×高3.66m),每个模块建筑面积约53.5m2,但内部空间布局可根据建筑使用需要进行设计,主要用于矿场和林场的职工宿舍、办公室、食堂、设备间。
图 5 是该公司的一个矿场职工宿舍,一共264 个模块,建筑面积14,127m2,制造和安装工期一共155 天。


集装箱模块建筑
用于货运的常见标准集装箱主要有 20 尺箱和40 尺箱。20 尺箱外尺寸(长x宽x高(英尺))为20x8’x8’6”,内径5.898x2.352x2.39m;40 尺箱外尺寸40x8’x8’6”,内径12.024x2.352x2.39m;还有一种40尺高柜,外尺寸40’x8’x9’6”,内径为11.8x2.34x2.68m。高柜内净高2.68m,接近建筑层高,比较便于改造成集装箱房屋。
基于集装箱箱体建造房屋也是一种三维模块建筑。可采用新的集装箱,也可采用退役集装箱。国际海运法规定,集装箱使用10 年后强制退役,所以每年从运输业淘汰的集装箱超过了100 万TEU(集装箱的计量单位,专用于集装箱的计数,1 个20 尺箱计作1 个TEU,1 个40 尺箱计作2 个TEU)。
退役集装箱的处理方式通常为回炉炼钢,但这样会产生大量的二氧化碳。另一方面,退役的集装箱实际上还可以继续使用5~10 年。
采用旧集装箱改造成房屋,成本相对较低,但使用年限有限,层数有限,多用于临时建筑和设施。
由于运输过程中需要承受各种荷载,包括道路颠簸、海浪和飓风,货运集装箱箱体具有较高的结构强度。
相关集装箱标准规定,货运集装箱空载时,最多可堆载12 层,载货后可堆载8~12 层。图7是一个标准集装箱的构成示意图。集装箱房屋即是由若干个这样的箱体,配上门窗等建筑和设备部品,搭建而成。
箱体和箱体之间,通过角件(Corner Fit)连接。角柱具有较强的竖向荷载承载力。侧板(Sidewall Panel)及端板(Endwall panel)为1~2mm厚的波纹钢板,承受水平力时类似波纹钢板剪力墙,具有较高的水平承载力和较强的抗侧刚度,可在集装箱建筑用作结构体系的抗侧构件。
但改造成房屋后,需要开洞,因此对箱体和整体结构需要进行分析和计算。

纯粹的一维体系工厂化程度最低,而且必须和二维或三维体系结合,才算得上是工业化建造。
一维体系和二维体系结合时,即梁柱框架结构加上二维墙板、屋面板和楼板模块;和三维体系结合时,形成梁柱框架和箱式单元混合建筑,可以增加盒子建筑的建造高度和开间。
三维体系工业化程度最高,但由于尺寸和规格相对固定,箱体标准化程度较高,因此空间灵活性和多样性较差,更适用于宿舍、旅馆、办公楼、别墅建筑。
二维体系在工业化程度上不如三维体系,但运输效率和建筑多样性方面更优,因此在住宅中的适用性更佳。
来源:LENYER 装配式建筑教学河北省装配式建筑
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