AACS 在模塊化鋼結構裝配式住宅建筑的應用研究(研究之一：MGZ 裝配式住宅建筑體系分析研究)

甘 立 龍建文 甘 偉 何 娟 黃紹有

（1 廣州市建筑科學研究院新技術開發中心有限公司；2 廣州大學；3 廣東建宇建筑科技有限公司）

1 引言

本文所研究的“MGZ 裝配式住宅建筑體系”其特征是：全方位采用蒸壓加氣混凝土板(AACS)為結構圍護和內裝圍護部品，與鋼結構組合，形成模塊化鋼結構加氣混凝土板住宅建筑。該類裝配式往宅建筑，具有輕質、建筑節能、裝配率高、板材生產與應用技術較成熟等優勢。

本文所采用的蒸壓加氣混凝土板的混凝土材料密度在500～700Kg/m3，抗壓強度3.5～7.5MPa，板內設置鋼筋網，形成的配筋板材，具有較好的力學性能，是一種輕質、節能、降耗、節資、工業化生產和應用較成熟的板材品種。

2 模塊化(M)鋼結構(G)加氣混凝土板(Z)裝配式住宅建筑(簡稱MGZ 裝配式住宅建筑)相關名詞術語

⑴模塊化建筑：是裝配式建筑的一個類型，它是將整體設計的建筑，分割成若干個“模塊單元”(也有稱“空間單元”、“盒子式”、“組裝單元體”、“模塊單元體”)，以“模塊單元”為基本工廠化預組裝部品，在工廠內制造并組裝成型，然后整體運輸到建設現場，以吊裝的方式拼裝成整體建筑。通常將這類建筑，稱之為模塊化裝配式建筑(簡稱模塊建筑)。

⑵模塊單元：是將總體設計好的房屋，劃分成獨立制作、運輸、吊裝的單元體，在工廠制造完成(含內裝修，預留單元之間的聯接構造等)，運至工地組裝成整體建筑。一個模塊單元，可以是一個房間或若干個房間，是具有標準化、關連性、互換性、獨立性、復演性等特質的立體建筑構件，也稱“模塊單元體”、“建筑模塊”或簡稱“模塊”。

⑶模塊化鋼結構建筑：是以鋼結構框架為整體建筑及模塊單元體的主體受力結構的裝配式建筑。鋼結構憑借其強度高、耐久性好、重量輕以及尺寸穩定的特點，成為建筑(及模塊單元體)的內部骨架結構，其外部可以附著其他建筑板材作為圍護結構部品，以及表面裝修或裝飾部品等。鋼結構框架必須穩定和堅固，保證模塊單元體(產品)在運輸、吊裝過程中，房間內設施和裝修免遭破壞，又有輕鋼結構、鋼結構之分。

⑷模塊化鋼結構加氣板建筑：以配筋的蒸壓加氣混凝土板(AACS) 作為模塊化鋼結構建筑的圍護結構部品—外墻、內墻、樓層板、屋面板，所裝配而成的建筑。

⑸蒸壓加氣混凝土板：以硅質材料(砂)和鈣質材料(石灰)為主要原料，以鋁粉為發氣劑，加水制成料漿，經澆注、發泡、預養、切割、蒸壓養護等工藝過程制成蒸壓加氣混凝土板材，內置經防腐處理的鋼筋(絲)網。有隔墻板、外墻板、樓層板、屋面板等品種。

⑹鋼結構住宅：以建筑鋼材為結構材料的住宅建筑，通常單位面積用鋼量低于50kg 的稱為輕鋼結構。

⑺建筑部品：是由工業化生產、有建筑使用功能的裝配式建筑的基本元素(元件)。具有模數化、接口標準化、通用化、安全性、經濟性、節能、環保、高品質特質。部品可通過不同排列組合，用小部品集成為大部品，增加自身的自由度和多樣性。

⑻MGZ 裝配式住宅：按標準化、模塊化的原則進行設計、以鋼材、蒸壓加氣混凝土板為主要部品，工業化生產的建筑模塊單元，運至工地，裝配而成的住宅建筑。可以多個模塊單元集成完整的房屋，也可復制成建筑群，具有生產效率高、裝配率高、質量好、施工快捷、無環境污染等等特點，也有設計標準化、生產現代化(裝備規?；?、系統化)、施工裝配化等技術要求，以及運、吊較復雜等問題。

⑼裝配率：建筑中預制構件、建筑部品的數量(質量或面積)，占同類構件或部品總數量(質量或面積)的比率。

3 MGZ 裝配式住宅建筑設計原則與分析

本研究MGZ 裝配式住宅(試驗房屋)建筑設計原則與基本規定如下。

⑴設計原則：MGZ 裝配式住宅建筑設計遵守原則：①設計標準化；②構造模塊化；③制造工廠化；④施工裝配化；⑤管理信息化。

⑵基本規定：MGZ 裝配式住宅建筑基本規定如下：①適合廣東地區住宅建筑，抗震設防烈度8 度及8 度以下；②模塊單元具有復制水平連排和豎向延伸多層住宅建筑功能。主要適用于高度22m 以下，三層及六層以下建筑；③“模塊單元”重量不宜大于15 噸。模塊單元尺寸長×寬×高在(6～12)m×(3.5～4.0)m×(2.8～3.5)m；④建筑壽命不少于50 年～70 年；⑤裝配率大于85%，且施工干作業、易運輸、吊裝和裝配；⑥選用耐久、質輕、多功能的結構、圍護、裝飾部品材料；⑦滿足作為完整的建筑整體，所要達到相關技術規范和使用功能的要求；⑧滿足單個模塊單元體本身結構的整體性，以及在運輸、吊裝、拼接過程中的牢固性、準確性、安全性和整體穩定性。

4 模塊化鋼結構加氣板建筑特性分析

⑴材料選用：建筑結構部品采用Q235、Q300 或Q345 等級的鋼材，局部結構構件也可以使用其他等級的鋼材。建筑圍護結構部品，采用性能較高的不同配筋加氣混凝土內、外墻板、樓層板、屋面板(混凝土干密度500～700，強度等級3.5MPa～7.5MPa)，并配合保溫、隔聲材料等構成復合墻板或樓層板。裝飾裝修部品采用耐久、防裂、柔性、輕質的片材。具有質輕、節能的特性。其材料的選用通常受經濟性和設計規范的影響。

⑵結構形式：模塊單元采用鋼框架結構，以實現內部空間的自由劃分和靈活的墻體門窗洞口布置。

⑶力學形式：結構體系的穩定性是通過相鄰模塊的水平、垂直和對角的支撐系統所提供。該系統由屋頂和基礎之間的支撐鋼件形成，從而將來自風荷載、地震力等水平力作用傳遞到基礎上。

⑷連接方式：相鄰模塊采用結構螺栓連接。模塊結構與基礎的連接一般采用預埋螺栓的形式。接口具有準確可調機制。

⑸尺寸要求：單個模塊單元體的尺寸通常受運輸的條件和經濟性影響，通常單個模塊的平面尺寸控制在長12m、寬3.5m，高3.5m 的范圍內。

⑹構成形式：單元體—模塊，可以是四面圍合的獨立房間，也可以是半敝開式的，若干個模塊組成一個大房間的形式。所有模塊單元體均可按照永久性、半永久性建筑的建筑規范要求進行設計和安裝。同時，也能夠滿足拆卸、異地重新安裝或重復利用的需求。

⑺生產組裝：作為整體的模塊化單元體，其內部的水電管網都可以在工廠內連接成整體完備的系統，留有對接承插接口構造，房間內的樓板、墻面、天花板等裝修裝飾也能在工廠內施工完成。

⑻輔助要求：由于鋼結構加氣板體系自重較輕，相比鋼筋混凝土結構的建筑所需的基礎埋深可以更淺，條形基礎或樁基礎都適用于模塊化結構體系。

模塊化鋼結構加氣板建筑體系，一般適合建造低層或多層民用建筑。模塊生產方式是在工廠內組裝完成建筑內部內裝的部分(例如衛生間廁所、設備間等)。此類模塊單元體可以是非主體結構承重構件，只需要滿足自身結構穩定性和運輸吊裝過程中的牢固性，該部分附著在承重結構中，既保證了該部件的質量，同時也減少了現場復雜工作。

5 MGZ裝配式住宅建筑的優勢分析特性分析

MGZ 裝配式住宅建筑體系在建設中的優勢主要體現在四個方面。

⑴實現快速交付：模塊化建造能夠實現規模經濟，針對大批量的的建筑項目，能在生產線重復性生產加工，降低模塊單元成本。工廠化預制包括了結構、圍護、管道設施、裝修等一次性安裝到位?，F場進行結構連接與連接處覆蓋之后，實現直接交鑰匙入住使用。但這類建筑有運輸、吊裝、場地等條件要求。

⑵工業化生產條件保證產品質量：模塊單元體以及內部的關鍵部件和服務設施，在工廠流水線中組裝完成，工業化的質量管理體系，能確保房屋的質量和性能。鋼結構精度可控性以及連接方便等特點，更利于體系的裝配應用。

⑶節省投資：據已有輕鋼模塊建筑工程估算，比傳統鋼筋混凝土體系整體項目周期時間節約30%～50%。交付速度提高，可提高項目資金的流動性，減輕項目資金壓力，有利快速擴建。而質量和耐久性的提高，又減少后期維護成本和質量投訴。

模塊化鋼結構加氣板體系的預制構件和部品，可在分散的各個工廠進行生產和組裝，不受項目本身場地條件的限制，減少了現場的施工設施配置與投入。

⑷更加環保和具有可持續性：模塊化鋼結構現場施工的簡單和快捷，縮短工作周期，大量減少固廢、廢水、塵埃以及噪聲等，對整體項目施工的環境改善，實現綠色建筑、綠色施工均顯示出優越性。

6 結語

本文針對裝配式鋼結構，以一種性能較高的蒸壓加氣混凝土輕質板材為圍護部品，形成模塊化裝配式住宅建筑體系，是在廣東省蒸壓加氣混凝土板材產品優勢的基礎上提出的新構思。通過工程實踐、分析研究，逐步完善，應用于多層建筑，將推動我省高性能配筋輕板的發展，為裝配式建筑提供一個新方案。