裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計 課件 第7章 裝配式混凝土模塊化建筑

第7章裝配式混凝土模塊化建筑目錄模塊單元連接：模塊化建筑的核心紐帶濕式連接：混凝土模塊化建筑的常見選擇干式連接：多樣方式帶來的便捷與高效設(shè)計要點：打造堅固且高效的模塊化建筑模塊單元連接模塊化建筑的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于將工廠預(yù)制好的模塊在現(xiàn)場通過模塊間節(jié)點連接，形成一個整體建筑。每個模塊都是精心制作的零件，而連接則是讓這些零件緊密結(jié)合的關(guān)鍵步驟。01模塊化建筑最顯著的特點和意義在于其能夠快速構(gòu)建，而模塊化節(jié)點構(gòu)造是施工速度的決定性因素。高效的連接方式可以大大縮短施工周期，迅速完成建筑的搭建。03模塊化建筑結(jié)構(gòu)往往容易從模塊間節(jié)點連接處發(fā)生破壞，因此模塊間節(jié)點連接質(zhì)量將決定整個建筑的承載力。02連接，構(gòu)建模塊化建筑的基石模塊化單元連接按照施工方式可分為濕式連接和干式連接兩大類。這兩種連接方式各有特點，就像不同類型的樂高積木連接方式，有的需要借助膠水（濕式連接），有的則可以直接拼接（干式連接）。干式連接指相鄰模塊梁間、柱間或者單元邊角處通過螺栓或預(yù)應(yīng)力筋、焊接或者鍵槽凸鍵連接。這種連接方式如同樂高積木的直接拼接，通過特定的連接件將各個模塊固定在一起，方便快捷。濕式連接指相鄰模塊間通過后澆混凝土墻板或者后澆混凝土樓板帶的連接。這種連接方式就像是在樂高積木之間注入膠水，使它們更加緊密地結(jié)合在一起，形成一個堅固的整體。010203濕式連接與干式連接01模塊建筑的連接節(jié)點在設(shè)計時應(yīng)確保構(gòu)造合理，傳力可靠，且具有必要的延性，同時避免產(chǎn)生應(yīng)力集中。合理的構(gòu)造能夠均勻地傳遞力量，確保整個建筑的穩(wěn)定性。04考慮到模塊化建筑的特點，連接節(jié)點的設(shè)計還應(yīng)充分考慮可拆卸的要求。連接布置應(yīng)合理，以便在施工和安裝過程中更加便利。模塊化建筑的連接節(jié)點需要具備這種靈活性，方便后續(xù)的維護(hù)和改造。02模塊間連接的設(shè)計應(yīng)追求高強(qiáng)度和良好的可靠性，確保預(yù)埋件的錨固不會先于連接件破壞，從而保障構(gòu)件的連續(xù)性和整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。03設(shè)計原則上應(yīng)遵循“強(qiáng)節(jié)點弱構(gòu)件”。這意味著在設(shè)計連接節(jié)點時，要確保節(jié)點的強(qiáng)度高于構(gòu)件本身，就像樂高積木的連接部位要比積木本身更堅固，以防止在受力時節(jié)點先發(fā)生破壞。連接節(jié)點設(shè)計濕式連接0201實際工程中，采用濕式連接的混凝土模塊化建筑較為常見?；炷聊K化建筑通過濕式連接將這些積木組合成各種建筑形式。本節(jié)主要介紹混凝土模塊化現(xiàn)澆框架建筑和混凝土模塊化現(xiàn)澆剪力墻建筑。這兩種建筑形式分別具有獨特的結(jié)構(gòu)和特點。濕式連接的應(yīng)用場景：混凝土模塊化建筑01模塊化現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)是指框架式模塊中的隔墻在施工現(xiàn)場作為承重框架梁、柱的模板，模塊頂板作為上層疊合樓板的預(yù)制底板，通過在施工現(xiàn)場后澆的承重框架梁、柱，以及樓板后澆疊合層形成的完整的結(jié)構(gòu)傳力體系。這種結(jié)構(gòu)通過后澆混凝土來增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力。02在進(jìn)行這種現(xiàn)澆模塊化結(jié)構(gòu)體系的連接設(shè)計時，要考慮到地震作用，遵循加強(qiáng)整體性、強(qiáng)節(jié)點區(qū)域、強(qiáng)錨固、防止脆性破壞、加強(qiáng)模塊間連接的抗震概念設(shè)計基本原則進(jìn)行抗震設(shè)計。確保在地震等自然災(zāi)害發(fā)生時，建筑能夠保持穩(wěn)定，保護(hù)人們的生命和財產(chǎn)安全。03為保證結(jié)構(gòu)受力合理以及施工方便，邊柱、角柱、中柱和隔墻式模塊隔墻的構(gòu)造宜簡單、規(guī)則。柱的截面形式與傳統(tǒng)現(xiàn)澆柱保持一致，這樣可以方便施工和保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，便于拼接和搭建。0405混凝土模塊單元與現(xiàn)澆梁、柱、樓板的連接構(gòu)造以及為防止?jié)仓^程中混凝土進(jìn)入模塊與模塊之間的縫隙所采取的措施，都體現(xiàn)了濕式連接在施工過程中的細(xì)節(jié)要求和技術(shù)要點，確保連接的緊密性和結(jié)構(gòu)的完整性?；炷聊K化現(xiàn)澆框架建筑模塊化現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)是指隔墻式模塊中的隔墻在施工現(xiàn)場作為承重剪力墻的模板，模塊頂板作為上層疊合樓板的預(yù)制底板，通過在施工現(xiàn)場后澆的承重剪力墻，以及樓板后澆疊合層形成的完整的結(jié)構(gòu)傳力體系。這種結(jié)構(gòu)通過后澆混凝土來增強(qiáng)墻體的承重能力和穩(wěn)定性。剪力墻截面形式與傳統(tǒng)現(xiàn)澆剪力墻一致，一般主要采用一字形、L形、T形等截面。為了方便設(shè)計和施工，并保證結(jié)構(gòu)受力合理，模塊和剪力墻的平面布置應(yīng)盡量簡單、規(guī)則。0201混凝土模塊化現(xiàn)澆剪力墻建筑干式連接采用干式連接時，要保證連接節(jié)點的構(gòu)造合理，傳力可靠且方便施工，同時應(yīng)滿足整體結(jié)構(gòu)的“強(qiáng)節(jié)點弱構(gòu)件”的設(shè)計原則。就像樂高積木的連接零件要設(shè)計合理，能夠可靠地傳遞力量，并且方便安裝和拆卸。干式連接包括很多種方式，如螺栓連接、預(yù)應(yīng)力筋連接等。干式連接的多種方式：螺栓連接等02考慮到傳統(tǒng)混凝土模塊單元自重較大，為減輕自重，以超高性能混凝土模塊建筑為例進(jìn)行螺栓連接的介紹。超高性能混凝土模塊建筑，采用螺栓連接可以更好地適應(yīng)其特點，提高施工效率和結(jié)構(gòu)性能。01本節(jié)介紹的是常用于模塊化結(jié)構(gòu)體系中的一種連接方式——螺栓連接。螺栓連接通過擰緊螺栓將各個模塊固定在一起，具有連接方便、可拆卸等優(yōu)點。03螺栓連接的特點是在施工現(xiàn)場容易組裝與拆卸，這使得施工過程更加靈活方便，滿足不同的使用需求。04當(dāng)采用螺栓連接時，對螺栓直徑、承載力以及模塊與基礎(chǔ)、模塊之間連接的相關(guān)要求，都體現(xiàn)了螺栓連接在實際應(yīng)用中的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，確保連接的牢固性和穩(wěn)定性。05在模塊化建筑的安裝過程中，對模塊單元豎向和水平連接的螺栓間距等要求，以及模塊與框架結(jié)構(gòu)、走道模塊、電梯井等連接的設(shè)計要點，都展示了干式連接在整個建筑結(jié)構(gòu)中的具體應(yīng)用和注意事項，確保整個建筑的結(jié)構(gòu)合理和安全。螺栓連接：常用于模塊化結(jié)構(gòu)體系設(shè)計要點模塊建筑設(shè)計首先對標(biāo)準(zhǔn)模塊進(jìn)行構(gòu)造和配筋設(shè)計，從而確定適用于不同作用條件下的多種模塊類型。這就像是設(shè)計不同形狀和功能的樂高積木，以滿足各種建筑需求。將設(shè)計參數(shù)代入整體計算模型中進(jìn)行驗算，核對內(nèi)力是否小于標(biāo)準(zhǔn)模塊的承載力，并確保結(jié)構(gòu)的變形符合要求。就像對樂高積木搭建的結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度測試，確保它能夠承受各種外力，并且不會發(fā)生過大的變形。0102模塊設(shè)計與整體驗算模塊建筑設(shè)計方法分兩步進(jìn)行。首先，確定設(shè)計荷載下單個模塊的承載能力，基于模塊不同的截面構(gòu)造和配筋，來確定單個模塊的承載能力。這就像是評估每個樂高積木的承載能力，為后續(xù)的搭建提供依據(jù)。進(jìn)行模塊建筑整體驗算，主要在荷載基本組合和地震組合下，進(jìn)行模塊之間的連接設(shè)計以及整體結(jié)構(gòu)的受力性能驗算與分析。在抗震設(shè)計方面，應(yīng)遵循加強(qiáng)空間整體性、防止脆性破壞、加強(qiáng)模塊間連接等抗震概念設(shè)計基本原則。就像為樂高建筑設(shè)計抗震結(jié)構(gòu)，確保在地震等自然災(zāi)害發(fā)生時，建筑能夠保持穩(wěn)定，保護(hù)人們的生命和財產(chǎn)安全。根據(jù)驗算結(jié)果，進(jìn)行模塊組合調(diào)整以及剛度調(diào)整。這就像是根據(jù)樂高建筑的測試結(jié)果，對積木的組合方式和結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以提高建筑的性能和穩(wěn)定性。設(shè)計方法與抗震設(shè)計模塊建筑中不同模塊間的豎向及水平連接件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時需要滿足相應(yīng)計算假定的要求。連接件就像樂高積木的連接零件，要足夠堅固，能夠可靠地傳遞力量，確保整個建筑的穩(wěn)定性。在采用干式連接的模塊化建筑中，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時可采用平面模型或空間模型，假定各模塊間脫開，模塊之間的螺栓連接在整體分析中可簡化成彈性連接，在模型中可采用彈簧單元進(jìn)行設(shè)置，并考慮連接螺栓剛度的影響。利用底部剪力法計算出樓層剪力，可不考慮模塊之間的摩擦。通過抗剪和整體抗傾覆驗算，確定各層螺栓數(shù)目和螺栓直徑大小。這就像是對樂高建筑的連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，通過建立模型和計算，確定連接零件的數(shù)量和規(guī)格，以保證建筑的結(jié)構(gòu)安全。在設(shè)計中，應(yīng)盡量避免模塊的豎向不規(guī)則布置或剛度、質(zhì)量的突變，以防止連接受力過大導(dǎo)致失效。因此，外挑距離不宜設(shè)置過大。就像樂高積木搭建時要注意結(jié)構(gòu)的對稱性和穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)不合理的布局，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失衡。020103連接件與結(jié)構(gòu)分析對于濕式連接模塊化建筑，設(shè)計時可直接按照現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。因此在計算時，模塊和模塊間、模塊和基礎(chǔ)間使用剛接接節(jié)點。這就像是將濕式連接的模塊化建筑看作是現(xiàn)澆建筑，采用相同的設(shè)計方法和計算模型。模塊化現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)的受力方式與傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)一致，模塊化現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)的受力方式與傳統(tǒng)剪力墻結(jié)構(gòu)一致，均由現(xiàn)澆豎向構(gòu)件與樓蓋承擔(dān)水平載荷，而模塊通過有效連接嵌固在現(xiàn)澆豎向構(gòu)件所形成的框架與剪力墻結(jié)構(gòu)體系內(nèi)部。模塊在這里僅作為建筑空間劃分的要素，不參與主體結(jié)構(gòu)的受力，被視為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。因此，混凝土模塊化現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體系的受力分析和設(shè)計應(yīng)按照傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的相關(guān)要求考慮。就像在樂高建筑中，有些積木只是起到劃分空間的作用，不承擔(dān)主要的結(jié)構(gòu)受力，在設(shè)計和分析時要根據(jù)其特點進(jìn)行相應(yīng)的處理。濕式連接模塊化建筑的設(shè)計工程實例ClementCanopy大樓于2019年竣工，是新加坡的一個住宅項目，同時也是新加坡第一座全混凝土預(yù)制構(gòu)造的模塊化體系建筑。它由兩座約140米的大樓組成，高達(dá)40層，擁有1899個建筑模塊，包含505套豪華住宅公寓，是世界上最高的混凝土模塊化塔樓之一。首先在馬來西亞進(jìn)行模塊結(jié)構(gòu)的預(yù)制工作，完成后運往新加坡進(jìn)行建筑裝修，包括管道鋪設(shè)、電力安裝、瓷磚鋪設(shè)、油漆粉刷和防水處理等。借助模塊式建筑技術(shù)，該大樓的施工周期成功縮短了半年，大大提高了建設(shè)效率。同時，建筑施工現(xiàn)場的廢物減少了近70%，有效降低了對環(huán)境的影響，更加綠色環(huán)保。ClementCanopy大樓Habitat67住宅建筑于1967年建成，位于加拿大蒙特利爾的圣倫斯河畔。原設(shè)計為20層高強(qiáng)調(diào)垂直方向構(gòu)成的塔樓，調(diào)整后建成的方案共12層高，突出了水平方向的建筑形式。Habitat67住宅大大降低了建造成本，提高了施工速度，為解決住房問題提供了高效且經(jīng)濟(jì)的方案。錯落有致的模塊組合方式，使大部分戶型能獲得較好的采光和視野，還創(chuàng)造出很多平臺和交往性空間，提升了居住體驗。大量使用預(yù)制模塊構(gòu)件，建筑由不同方向的長方體預(yù)制混凝土盒子按照一定邏輯相互疊加和拼接，如同搭積木般組合成整體結(jié)構(gòu)。01有垂直交通筒與各模塊連接并相互支持，不同高度有橫向連廊從水平方向連接各個單元，連廊底部設(shè)計成管線設(shè)備集中布置的通道。02建筑由數(shù)百個模塊化的居住方盒子搭接而成，可根據(jù)戶型需求決定搭接方式和方盒子數(shù)量。03Habitat67住宅的建筑特色與空間布局中銀艙體大樓位于日本東京銀座區(qū)，是集合住宅。大量采用工廠預(yù)制建筑部件并在現(xiàn)場組建的方法，所有家具和設(shè)備都單元化，收納在2.3m×3.8m×2.1m的居住艙體內(nèi)。作為服務(wù)核心的雙塔內(nèi)設(shè)有電梯、機(jī)械設(shè)備和樓梯等，建筑由140個艙構(gòu)成。01標(biāo)準(zhǔn)化定制的艙體單元為鋼骨架結(jié)構(gòu)，設(shè)計整體性強(qiáng)，設(shè)施精簡但功能齊全。但是單元模塊造價昂貴，空間狹小壓抑不適合長時間居住，土地利用率低，在市區(qū)難以大規(guī)模推廣。02中銀艙體大廈建筑中心主體結(jié)構(gòu)為預(yù)制加強(qiáng)混凝土建造的方形核心筒，設(shè)計使用年限是60年，預(yù)制艙體為25-35年。預(yù)制艙體模塊通過螺栓與核心筒連接，通過汽車運輸?shù)浆F(xiàn)場并吊裝，可根據(jù)需求決定連接方向。核心筒集中了建筑豎向交通設(shè)施與各類機(jī)電設(shè)備，每層每個方向預(yù)留兩個開口與預(yù)制艙體連通。PART01PART02PART03中銀艙體大廈結(jié)構(gòu)與連接方式科創(chuàng)城實驗學(xué)校項目是安徽省首個混凝土模塊化建筑。占地面積約6萬平方米，總建筑面積約4.4萬平方米，配備行政綜合樓、中小學(xué)教學(xué)樓、實驗樓、學(xué)生宿舍及設(shè)備房等10個單體建筑。占地面積約6萬平方米，總建筑面積約4.4萬平方米，配備行政綜合樓、中小學(xué)教學(xué)樓、實驗樓、學(xué)生宿舍及設(shè)備房等10個單體建筑。+采用混凝土模塊化集成技術(shù)建造，將施工地點從工地搬進(jìn)工廠，實現(xiàn)工廠與現(xiàn)場“并行施工”。可節(jié)省70%以上現(xiàn)場用工量、減少超過75%的建筑廢棄物，建設(shè)周期僅需150天，成為目前國內(nèi)建造速度最快的學(xué)校項目，推動了當(dāng)?shù)亟逃聵I(yè)發(fā)展，也為新型建筑工業(yè)化變革提供了實踐案例。+安徽科創(chuàng)城實驗學(xué)校龍華樟坑徑地塊項目是國內(nèi)率先采用混凝土模塊化建筑技術(shù)全過程智能建造的高層建筑，也是國內(nèi)首個百米高層混凝土模塊化保障性住房項目?？偨ㄖ娣e17.3萬平方米，規(guī)劃建造5棟28層、99.7米高的建筑，于2022年6月28日開工建設(shè)。充分發(fā)揮混凝土模塊化結(jié)構(gòu)特性，房間的保溫、隔熱、隔音、防震等舒適性功能大大優(yōu)于常規(guī)建筑。運用外窗反打等工業(yè)化手段杜絕漏水隱患，隔墻采用輕質(zhì)量陶?；炷?，有效改善房間保溫隔熱性能，降低噪聲8~10dB。在廢棄物、材料損耗、碳排放、能耗、水耗、污水、揚塵、噪聲8個指標(biāo)上取得低碳、環(huán)保的顯著成效，與傳統(tǒng)建