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        箱式钢结构集成模块建筑体系在学校建筑中的应用

        2021-06-15  来自: 福建川工钢结构工程有限公司 浏览次数:117

        模块建筑作为一种装配化、工厂化、集成化程度较好的建筑形式,在施工中具有施工速度快、绿色程度高和环境干扰少的特点,为我国装配式建筑的推广提供一条可行路径。景德镇某学校项目通过采用箱式钢结构集成模块体系,实现了整体模块拆装、重复利用。


        1、工程概况

        景德镇某学校项目由3栋宿舍楼、1栋教学楼及首层配套功能空间组成,建筑面积约1.17万㎡ 。其中宿舍楼及教学楼采用箱式钢结构集成模块体系建造,地上4层,无地下室,建筑面积约0.78万㎡ 。由于要保留场地内的山地景观,使得建设场地紧张,首层采用传统钢结构架空设计,运动场地穿越而过,2~4层采用箱式模块。本地区抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度为0.05g,设计地震分组为组,场地类别为Ⅱ类,建筑抗震设防类别为设防类乙类。


        箱式钢结构集成模块

        建筑效果

        运动场地穿越首层架空层


        02 箱式钢结构集成模块建筑体系设计


        本项目采用箱式钢结构集成模块建筑体系设计、建造。箱式钢结构集成模块是指具有建筑使用功能的钢结构箱式集成建筑单元。该建筑单元在工厂预制完成,由钢结构主体结构、楼板、顶板、内装部品、设备管线和外围护墙体组合而成,是一个箱式空间单元,可满足各项建筑性能、建造和使用阶段结构安全要求,以及吊装、运输和安装阶段的其他性能要求。


        箱式钢结构集成模块


        模块单元结构构成


        箱式钢结构集成模块建筑是指采用工厂预制的箱式钢结构集成模块在施工现场组合而成的装配式建筑,也可以与框架、钢框架支撑等抗侧力体系共同组成装配式建筑,装配率能达到90%以上。本项目由于层数较少,教学楼和宿舍楼只有4层,因此完全采用模块组合,无其他抗侧力结构。


        在本项目中,建设单位考虑到几年后学校异地重建,所有建筑在设计时要可拆卸,异地后重新组装利用。因此本次集成模块的设计要着重考虑异地重建时集成模块的完整性、可快速拆装性,并减少重建时的成本投入。教学楼模块划分为2个模块组成一间教室;典型宿舍楼模块划分为每个宿舍1个模块;楼梯间是与主体结构分开的独立模块。设计使用年限为50年。

        箱式钢结构集成模块



        本项目中模块建筑体系在整体结构计算分析时,按实际构件建模,将模块间的竖向连接和水平连接输入模型,模块间竖向和水平连接均为螺栓连接,按铰接节点输入;模块自身的框架梁柱为刚接节点;楼板按分块弹性楼板和分块刚性楼板分别进行计算,计算层间位移时按分块刚性楼板,计算其他参数时按分块弹性楼板;教学楼左侧转折处通过加设水平支撑板件加强楼板水平刚度,右侧转折处设防震缝。整体计算满足要求。


        03 节点设计


        装配式集成模块建筑由于模块在工厂完成度高,现场安装操作空间受限,因此节点设计尤为重要,既要考虑减少对集成模块装修的影响,又要保证结构受力的合理性,本项目中还要考虑节点的可拆装性。


        1)模块与首层钢结构连接节点如图所示,第1层模块与下层模块的连接极为重要,是整个模块结构安装精度的基础保障,因此要保证定位基板的水平度和定位件、连接件的位置准确性。


        箱式钢结构集成模块


        2)建筑外围模块间连接节点如图所示,建筑外围采用中集模块化建筑投资有限公司专利节点,传力直接,拆装方便,可结合现场模块间的缝隙处理板件进行后装饰。节点区壁厚进行加厚处理,可满足节点区开孔后的受力要求。


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        3)走廊内模块间连接节点如图所示,走廊内节点由于模块梁柱节点四周存在框架梁,节点区未预留螺栓施拧操作孔的操作面,因此,将螺栓施拧孔上下移至柱段位置,避开钢梁标高,此处的螺栓施拧需采用特殊的转角螺栓扳手。螺栓施拧孔处的装饰装修需留到工程现场完成。

        箱式钢结构集成模块


        4)一般酒店、公寓类建筑中设有内走廊,采用集成模块建筑时走廊内的机电管线一般在现场安装,内装修也在现场完成,这为模块建筑中间节点的安装创造便利条件,所以这种情况下模块建筑中间节点可采用连接螺栓在H型钢梁上的安装方式,在吊顶位置施拧螺栓,而且中间柱在地震作用下一般不会出现拉力,这种间接连接的方式能满足受力要求。

        箱式钢结构集成模块




        5)本项目采用中国建设科技集团课题“快速拆装模块建筑体系关键技术研发”成果——新型快速拆装自锁节点。该节点研发所针对的目标是不破坏工厂制作集成模块的内装完整性,减少工程现场内装修补量,降低现场施工难度,同时能实现重复拆装、重复异地利用时集成模块的完整性。


        箱式钢结构集成模块


        04 集成模块工厂加工及现场安装施工

        工厂加工



        装配式集成模块建筑中的模块单元是根据标准化的生产流程和严格的质量控制体系,在技术人员指导下由熟练工人在模块组装工厂车间流水生产线上制作完成,其制作加工精度高,不受天气影响,可在现场结构施工的同时进行工厂生产,完成度高,集建筑、结构、机电、内外装修于一体,是一种工业化、标准化建造技术产品。其工厂加工流程为:模块结构构件加工→底框、顶框、端框加工→模块钢结构组装→打砂、防腐处理→结构防火涂料涂装→内装、设备机电管线安装→外立面装修→密封打包→模块出厂。工厂加工期间应严格控制模块加工精度,特别是连接节点的加工精度,监理应进行驻厂验收。在项目模块单元正式批量加工前,应先加工样箱后进行相关性能测试,各方进行样箱验收确定建筑、内装成品等总体效果,并提出修改和完善意见。

        箱式钢结构集成模块

        样箱验收实景


        现场安装施工

        模块建筑的基础及其他现场结构施工可与集成模块单元工厂预制同步进行,待现场结构达到模块吊装条件后,进行模块单元的吊装与现场拼接工作,具体施工建造流程为:基础、现场结构施工→下层模块连接板找平、连接件定位检查及修正→模块吊装及拼接→现场模块间管线连接、建筑接口处理→模块建筑整体完成。期间应对模块建筑安装节点、接口处理等进行专项验收,确保模块建筑施工质量。


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