钢结构建筑在学校建造体系中应用

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【摘要】本文根据模块化建筑在应急领域建设的应用特点及优势，介绍了深圳市罗湖区泰宁学校建筑的规划设计，从校区建筑设计、装配式模块化建筑标准构造设计和施工设计等方面，探索了装配式模块化钢结构建筑在未来学校智能建造模式及科技创新类建筑设计中的应用方式，是装配式模块化建筑在建筑空间和建筑美学上的新尝试。

【关键词】装配式模块化建筑；预制装配式；集成建筑；装配式装修

1引言

装配式建筑是一种绿色建筑[1]，它具有“五化”特征：设计标准化、生产工业化、施工装配化、装修一体化和管理信息化。而模块化钢结构建筑[2]是一种新型装配式建筑，装配整体能力强，模块在工厂进行预制并完成内装，在施工现场通过连接件将各模块装配成完整的建筑物，可实现快速建造、智能建造和绿色建造的新型建造模式。其特殊建造形式，既符合国家政策及发展趋势，又可满足全预制学校快速建造模式的需求。曲可鑫[3]通过研究模块化建筑的结构体系，对多种建筑的模块类型、结构体系、模块单元节点连接以及模块化建筑基于BIM系统的现代化施工方式进行了介绍。王文静等人[4]对模块化钢结构建筑的集成设计方法进行了研究，发现可通过模块连接、组合，实现建筑功能，提高建造效率，充分体现建筑工业化的特点和优势。张明详等[5]对集成建筑在国家应急管理体系建设中的应用进行了研究，发现地方关键物资生产能力不够、平战结合设计欠缺及区域布局不够合理。张强[6]对模块化建筑在应急医疗中的应用建设进行了分析，认为模块化建筑的特点契合应急医疗的需求。樊骅、韩建忠[7]对模块化建筑在应急建设中的应用进行了分析，认为基于标准化模块的生产和建造逻辑，无论模块是什么材质，都应符合快速批量化生产、便于运输以及快速组装的特征。针对装配式模块化建筑在应急领域建设的应用特点，阐述了新冠病毒疫情之下，应急建筑使用模块化建筑技术的优势，并对未来学校智能建造模式进行探索，给现阶段国内外装配式模块化建筑领域的从业人员以思考和启示，为工程实践提供参考依据。

2装配式模块化钢结构建筑体系

2.1装配式模块化建筑的特点

模块化建筑根据其寿命可分为两种类型：永久性模块化建筑（PMC）和非永久性模块化建筑（NPMC）。PMC建筑体系是一种类似于传统房地产项目的永久性建筑。NPMC是一种利用模块化技术建造可移动的、临时使用的建筑结构体系。PMC和NPMC都在可控的工厂环境下预制功能性建筑单元，然后将独立的“模块”运送到现场，经吊装到合适位置后，进行拼接等细部处理。

2.2装配式模块化建筑的应用优势

2019年末，新型冠状病毒突袭而来，为打赢这场战“疫”，达到快速提供医疗资源、加速收治患者的应急处置目的，建设了“雷神山”、“火神山”和各地“小汤山”等医院。这种快速高效的建造效果产生了积极的社会效应和绿色生态效应，发挥出集成建筑的制造和建造优势。模块化建筑应用并不仅限于应急医院的使用，酒店、学校、学生公寓、军用营地等均可。模块化钢结构建筑建造技术具有高效生产、固定组装和快捷施工等优势，打破了传统建筑施工形式，这种新型先进的模块化施工理念，不仅可极大缩短工期，也能产生良好的经济效益。

3装配式模块化学校项目概况

近年来，城市快速发展导致学位压力严峻，罗湖区作为深圳市最早建设的区域，土地资源极为紧张，城市更新面临许多问题，需要以创新的思维解决。罗湖区利用新的建筑技术和土地使用策略，高效建设过渡安置学校，提供品质校园，增办学位，解决城市更新中的民生热点问题。泰宁学校位于深圳市罗湖区东湖街道太安路南侧，规划占地面积约4027.01㎡，计划建筑面积约6538.65㎡，结构形式为模块化钢结构，从设计到竣工交付使用仅95天，共提供24个班级1080个小学学位，如图1-2所示。装配式模块化钢结构建筑具有可工厂化生产、现场拼装施工期短、施工和装修垃圾少、建筑模块拆除简单、材料可重复利用等诸多优点，是一种新兴的具有可持续性的建造体系。因此，采用装配式模块化钢结构建筑体系作为未来学校智能建造模式，与绿色、环保、可持续理念完全契合，符合学校学位紧张、急需尽快投入使用、预期使用期较短的要求。

4装配式模块化建筑设计

在学校建筑模块化设计中，充分利用模块化钢结构建筑的标准化程度高、设计与装配效率高等特点和优势。模块化建筑尺度适中、组合灵活，可满足教学建筑中教室、办公室、会议室和多媒体功能室等空间标准化需求。为了使模块工厂化快速生产和制造，节约成本、提高效率，应尽量使用基本参数相同的模块。但这就可能会造成模块化建筑造型的单调和平淡，可通过巧妙、富有创造性的模块化组合形式及多样、美观的外立面进行改观。泰宁学校建筑中的模块体系尺寸规格：11390mm（L）×4480mm（W）×3600mm（H）、8080mm（L）×4480mm（W）×3600mm（H）和8980mm（L）×4030mm（W）×3600mm（H）。单体模块高度为3600mm，模块由主体框架结构、波纹板墙板、吊顶板、门窗、设备管线、内部装修等组合而成三维空间体，运输可采用整体运输，也可拆卸为零件运输，箱体六面保温，保温材料采用环保玻璃丝棉，最大抗震设防烈度为8度。根据设计造型及平面布置，可创造出颇为丰富的建筑空间。

5装配式模块化建筑标准构件设计

泰宁学校采用装配式预制钢结构模块化建筑体系，建筑构件梁、柱、墙板、叠合板、装配式彩色栏杆、楼梯等采用流水线标准化生产，预制装配率高达100%，经组装连接后运输到施工现场，吊装拼接完成后进行装配式装修作业，见图3-4所示。

6装配式模块化建筑标准施工设计

和传统施工模式相比，装配式模块化钢结构建筑施工工期受天气影响较小，因大部分时间在工厂内部完成，工厂预制和现场基础等施工可同步进行，不仅可减少现场施工机械的使用，还可实现交叉作业，减少工序衔接时间，提高整体工作效率，实现绿色施工。相较于传统结构施工可节约工期80%，节约劳动力75%，减少建筑垃圾90%，并且减少了噪音污染和粉尘污染。装配式模块化建筑施工现场统一采用吊装组合、拼接安装。先将工厂预制好的模块产品及构件运输到施工现场进行组合，对不同标准预制构件拼接安装，最后在结构外立面吊装铝板，见图5。

7结语

泰宁学校采用装配式模块化钢结构建筑模式，通过高度技术集成，实现建筑、结构、设备及内装高度融合，仅用95d就顺利完成建造并交付使用，建造速度快、建筑产品优质、整体效果美观。深圳市罗湖区泰宁学校成功实现多种创新技术的应用，这充分说明装配式模块化钢结构建筑体系的应用价值和发展空间可观。

参考文献

[1]彭林立，谢琥，袁理明等.装配式建筑在武汉雷神山医院的应用[J].华中建筑，2020，38(4):71-77.

[2]JGJ/T466—2019.轻型模块化钢结构组合房屋技术标准[S]．

[3]曲可鑫.钢结构模块化建筑结构体系研究[D].天津：天津大学，2014.

[4]王文静，李志武，于春义等.装配式非永久性模块化钢结构居住类建筑的集成设计方法研究[J].城市建筑，2020，17(13):126-131+151.

[5]张明祥，纪颖波，马涛等.集成建筑系统构建在国家应急管理体系建设中的应用研究[J].住宅产业，2020(Z1):27-31.

[6]张强.“模块化建筑”在应急医疗中的应用——记深圳市妇幼保健院“发热门诊”的建设[J].建筑技艺，2020(S2):14-17.

[7]樊骅，韩建忠.模块化建筑在应急建设中的应用分析[J].住宅产业，2020(Z1):32-40.

作者:樊兴伟 高宝虎 肖斌 曹璐 单位:中建集成建筑有限公司