多高層鋼結構模塊化居住建筑的方案比選與分析

0 引言

三維模塊是完全裝配好的預制單元，可以是一個房間或一個房間的一部分，在工廠預制后運到現場像搭積木一樣在現場組裝。由于大多數的施工任務都是在工廠中完成的，三維模塊的預制化程度很高，現場組裝主要是將模塊吊裝就位并連接電氣和管道等設施

。

脂肪酸中的a-H，由于受到羧基的吸電子誘導效應的影響而具有一定的酸性，可參與比如鹵代、磺化、烷基取代等反應。

三維模塊預制體系可以最大程度地提高勞動效率和節省現場施工時間，但吊裝對結構的額外要求會增加材料的成本，同時公路運輸對模塊的尺寸有很大限制

。通常預制模塊的最大寬度不超過3.6m，長度不超過13m，超大型模塊的運輸需要特殊批準，同時會極大地增加運輸成本。運輸對模塊大小的限制使三維模塊適合于酒店、旅館或經濟適用房等跨度較小，重復性高的建筑。同時在浴室和廚房等需要防水處理，裝修復雜和設備較多的房間，預制模塊也有特別的優勢。應該注意的是，重復性高并不意味著居住單元的設計需要一模一樣，相反，各種標準化模塊可以以不同的方式拼裝在一起，產生個性化的設計。

1 工程概況

本項目位于山東省煙臺市萊山區，為一棟地上20 層地下1 層高層驛站酒店，建筑面積約為36 100m

，主體結構高度77.60m，其中地上三層層高為6.0m，第四層為轉換層層高4.5m，標準層層高為3.45m，屬于高層建筑，建筑剖面圖與標準層平面圖如圖1 所示。

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一是學習不足。醫院管理人員多從臨床醫務工作者中選拔，臨床業務技能強，但在管理專業知識方面卻相對薄弱，加之醫院管理的特殊性，不少干部均為“雙肩挑”，學習中埋頭拉車而疏于抬頭看路，重業務、輕管理的現象客觀存在，需要平衡臨床業務與管理投入。

從建筑標準層平面圖來看，本項目客房排布整齊、類型標準、布置規則，選用鋼結構模塊比較合適。因此采用鋼結構模塊與抗側力體系復合結構型式，鋼結構模塊布置在地上5～20層南側和西側，放置于4 層轉換層上，建筑內側的樓梯與電梯間為傳統抗側力體系。

2 結構體系與模塊單元設計

從模塊尺寸和結構設計兩方面綜合分析，確定合理可行的建筑結構體系。

2.1 模塊單元選型

模塊單元需要在工廠內制作并運送至施工現場

，為了滿足道路運輸及吊裝需求，模塊單元的寬度一般為2.5～3.6m，高度不超過4.2m

。

但對謝清森來說，并沒有滿足，他的心思早已漂洋過海。“讓中國保安為世界做安保。”這是他一直以來的一個心愿。

點睛：配制一定物質的量濃度溶液一般會用到量筒、托盤天平、容量瓶三個計量儀器。托盤天平用于稱量固體藥品的質量,注意稱量前先要調零,左盤放物品,右盤放砝碼,藥品不能直接放在托盤上,易潮解、腐蝕性藥品如NaOH等應放在燒杯中稱量,其精度為0.1g;容量瓶用于準確配制一定體積一定物質的量濃度的溶液,實際上容量瓶是確定所配制溶液的體積大小,注意使用前要檢查是否漏水。配制一定物質的量濃度溶液要按照一定的步驟進行,步驟要熟記,注意每步操作的目的以及使用的主要儀器,根據公式:,進行簡單的誤差分析。

2.2 結構體系的確定

由于本項目為高層結構，建筑層數較多，模塊結構不能獨立抵抗水平荷載作用，須另采用抗側力體系與模塊組合，即模塊結構承受部分水平力和全部豎向荷載（包括自重），水平荷載由抗側力體系承擔。

鋼材采用Q355B 級鋼，混凝土強度等級采用C30～C40。方案一～方案四典型構件截面尺寸如表1 所示：

《中國新藥與臨床雜志》 （原名 《新藥與臨床》），由中國藥學會和上海市食品藥品監督管理局科技情報研究所共同主辦，為全國性醫藥學術期刊，統計源期刊，從1992年起連續8次入選全國中文核心期刊（藥學）。連續3次獲中國科學技術協會 “精品科技期刊工程”項目資助。榮獲首屆國家期刊獎、第2屆國家期刊獎提名獎，分別榮獲第2屆全國、中國科協、上海市優秀科技期刊一等獎。

為取得比較好的經濟效益，需要通過不同抗側力形式的方案比選，主要包括模塊—筒體/剪力墻混合結構（方案一，如圖3 所示）、模塊—鋼框架支撐混合結構（方案二，如圖4 所示）、主框架支撐嵌入模塊結構（方案三，如圖5 所示）、模塊—混凝土框架剪力墻混合結構（方案四，如圖6 所示）。

其中方案一、方案二、方案四中的筒體/剪力墻、鋼框架支撐、混凝土框架剪力墻作為模塊結構抗側力結構，承擔水平地震作用及風荷載，并承擔自重；鋼結構模塊采用鋼密柱體系，主要承擔豎向荷載。主框架支撐嵌入模塊結構為在鋼框架支撐結構內嵌入模塊結構的型式。

3 結構設計關鍵技術

3.1 模塊單元間連接節點

根據《建筑抗震設計規范》（2016 年版）（GB50011—2010）

（簡稱《抗規》）、《中國地震動參數區劃圖》（GB18306—2015）

及本工程巖土工程勘察報告，確定工程抗震設防烈度為7°，設計基本地震加速度0.10g，設計地震分組為第二組，場地類別為Ⅱ類，特征周期為0.40s，基本風壓0.55kN/m

，地面粗糙度類別A 類。

本文采集數據來源于中國知網(CNKI)數據庫，采集的時間為2017年12月19日。檢索時主題詞為“混合式教學”、“小學”、“中學”、“高中”、“初中”、“中小學”，檢索的時間區間為2007-2017年，一共檢索到81篇文章。

綜上，各模型均按彈性樓板和分塊剛性樓板分別進行計算，其中層間位移控制采用樓板分塊剛性模型計算結果，其余設計指標采用彈性樓板模型計算結果

。

3.2 模塊單元與鋼框架的連接

模塊與抗側力體系主要通過走廊內的拉梁和平面支撐連接，如圖9 所示。走廊拉梁與平面支撐直接連接于模塊角柱灌漿節點水平連接板處，從而限制鋼結構模塊在平面內的各向位移。走廊拉梁與平面支撐均為兩端鉸接，具有釋放兩部分結構不均勻豎向變形的能力。

3.3 樓板假定

與傳統鋼框架結構模型中連續樓板采用剛性樓板假定進行結構分析計算不同，模塊結構的樓板較為零散。但是，模塊梁之間連接時會進行螺栓蓋板連接，使得樓板不會相互錯動、分離或擠壓等，保證了模塊建筑樓板的連續性，使得樓板在平面內近似剛性。同時下層模塊天花板梁與上層模塊的地板梁之間形成一個夾層，也保證了樓板的剛性。

有限元計算中，考慮單元間間隙對結構傳力的影響，采用剛性樓板假定的計算結果不能真實反映結構受力

，為了更準確地計算構件的受力，在結構計算中應該采用彈性樓板假定對結構構件進行分析計算

。

本工程基于一種常用的、偏安全的鉸接節點形式，如圖7所示，模塊角柱上下采用灌漿節點連接，每層模塊間采用水平連接鋼板連接。根據實際受力情況，將模塊單元間的連接節點進行如下簡化

：上、下層模塊單元的梁柱節點間采用一短柱模擬連接件，并將短柱底端設置為鉸接節點，水平連接采用兩端鉸接的連接方式模擬，如圖8 所示。

4 結構計算模型的確立

4.1 結構計算參數

因模塊單元之間的連接方式不同于傳統鋼框架結構，故需要在YJK 建模中作合理簡化。同時模塊單元與抗側力結構和轉換結構的連接也需要進行簡化。

4.2 模型的建立

各方案主要指標計算結果如表2～表5 所示。

4.3 構件設計

淑芬農家樂的經營戶主要經濟來源有農業收入、畜牧業收入及農家樂經營收入。調查發現旅游收入在家庭總收入中的比重占40%左右。

5 計算結果與分析

根據第3 部分所考慮的假定，采用YJK 結構設計軟件對結構進行有限元模擬。分別建立方案一至方案四模型，進行結構分析與設計。

5.1 周期與振型

各方案前3 階振型的周期反映了結構的剛度，通過振型和周期分析結果表明結構自振頻率較為密集，前20 階振型均為整體振動，說明結構剛度分布合理、整體性較好。

查看前3 階的周期與振型可知，各方案模型前兩階振型均為X、Y 方向平動，第三階振型為扭轉，且周期比=T3/T1 均不大于0.85，滿足規范周期比不大于0.9 的規定，說明結構具有較大的抗扭剛度和良好的抗扭能力，X、Y 向有效質量參與系數均滿足大于90%要求

。

5.2 層間位移角與位移比

由于本項目主要比選模塊結構四種方案的抗側力體系性能，比選指標以結構變形分析結果為主，風荷載與水平地震工況下各層的層間位移角與地震工況下的位移比計算結果如表2～4 所示。各方案均滿足《抗規》中對各種抗側力結構型式的規定；最大位移比滿足《抗規》中規定位移比小于限值1.5的要求。

本項目模塊單元采用鋼框架結構（圖2），由角部的4 根模塊柱、中間4 根飛柱、底梁、頂梁以及支撐構成。模塊單元尺寸采用9 000mm×3 580mm×3 450mm。此建筑共需要384 個模塊單元。

5.3 應力比

鋼構件應力比均小于1，且大部分在0.85 以下，滿足規范要求

。

經過計算統計，結構的材料用量如表6 所示，每平方米材料用量如表7 所示。

雖然模塊結構用鋼量偏大，但是以其工廠化預制、施工綠色環保、減少現場人力工作量等優點足以彌補用鋼量大的缺點

，且可以通過對模塊結構的布置優化，實現用鋼量降低的目的

。

本工程方案一和方案四中抗側力體系為現澆結構，會影響到項目工期。方案三較方案二用鋼量略大。

通過以上分析，本項目最終采用方案二，即標準層以上建筑內部及交通核部分采用鋼框架支撐結構，外圍L 形部分為鋼結構模塊單元，模塊底（第5 層）以下采用鋼框架支撐結構，其中第4 層為結構轉換層。

(2)車門對中未調整好。車門調整過程中，若車門對中未調整好，其中一側門頁后密封膠條與鋁型材密封框之間會出現縫隙(見圖3)，而另一側密封良好。通常這種情況下，車門僅會在車輛固定一個方向(上行或下行)運行時發生嘯叫。

6 結論

（1）基于實際項目—擬建高層鋼結構模塊居住建筑，根據建筑功能、模塊選型等方面的要求，最終選定結構體系為模塊—鋼框架支撐混合結構。

（2）結合建筑方案對模塊單元進行布置，并組合不同抗側力體系，合理簡化連接節點，建立四種方案的模塊—抗側力體系組合結構模型進行分析計算，得到各方案周期振型、位移、應力等結果與相應的規范限值進行對比，各項指標均滿足要求。

（3）通過模型計算結果、材料用量和施工等方面對比分析，本項目采用模塊—鋼框架支撐混合結構。

（4）模塊—鋼框架支撐混合結構體系將模塊單元與傳統鋼框架支撐結構相組合，以鋼框架支撐作為主要的抗側力部分，彌補了純模塊結構抗側能力低的缺陷，實現了模塊結構在高層鋼結構建筑中的應用。

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