AACS 在模塊化鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑的應(yīng)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(xué)研究院新技術(shù)開發(fā)中心有限公司；2 廣州大學(xué)；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(jié)構(gòu)圍護(hù)和內(nèi)裝圍護(hù)部品，與鋼結(jié)構(gòu)組合，形成模塊化鋼結(jié)構(gòu)加氣混凝土板住宅建筑。該類裝配式往宅建筑，具有輕質(zhì)、建筑節(jié)能、裝配率高、板材生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)較成熟等優(yōu)勢(shì)。

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(qiáng)度3.5～7.5MPa，板內(nèi)設(shè)置鋼筋網(wǎng)，形成的配筋板材，具有較好的力學(xué)性能，是一種輕質(zhì)、節(jié)能、降耗、節(jié)資、工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用較成熟的板材品種。

2 模塊化(M)鋼結(jié)構(gòu)(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(guān)名詞術(shù)語

⑴模塊化建筑：是裝配式建筑的一個(gè)類型，它是將整體設(shè)計(jì)的建筑，分割成若干個(gè)“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(yù)組裝部品，在工廠內(nèi)制造并組裝成型，然后整體運(yùn)輸?shù)浇ㄔO(shè)現(xiàn)場(chǎng)，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(shè)計(jì)好的房屋，劃分成獨(dú)立制作、運(yùn)輸、吊裝的單元體，在工廠制造完成(含內(nèi)裝修，預(yù)留單元之間的聯(lián)接構(gòu)造等)，運(yùn)至工地組裝成整體建筑。一個(gè)模塊單元，可以是一個(gè)房間或若干個(gè)房間，是具有標(biāo)準(zhǔn)化、關(guān)連性、互換性、獨(dú)立性、復(fù)演性等特質(zhì)的立體建筑構(gòu)件，也稱“模塊單元體”、“建筑模塊”或簡稱“模塊”。

⑶模塊化鋼結(jié)構(gòu)建筑：是以鋼結(jié)構(gòu)框架為整體建筑及模塊單元體的主體受力結(jié)構(gòu)的裝配式建筑。鋼結(jié)構(gòu)憑借其強(qiáng)度高、耐久性好、重量輕以及尺寸穩(wěn)定的特點(diǎn)，成為建筑(及模塊單元體)的內(nèi)部骨架結(jié)構(gòu)，其外部可以附著其他建筑板材作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)部品，以及表面裝修或裝飾部品等。鋼結(jié)構(gòu)框架必須穩(wěn)定和堅(jiān)固，保證模塊單元體(產(chǎn)品)在運(yùn)輸、吊裝過程中，房間內(nèi)設(shè)施和裝修免遭破壞，又有輕鋼結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)之分。

⑷模塊化鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)部品—外墻、內(nèi)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(zhì)材料(砂)和鈣質(zhì)材料(石灰)為主要原料，以鋁粉為發(fā)氣劑，加水制成料漿，經(jīng)澆注、發(fā)泡、預(yù)養(yǎng)、切割、蒸壓養(yǎng)護(hù)等工藝過程制成蒸壓加氣混凝土板材，內(nèi)置經(jīng)防腐處理的鋼筋(絲)網(wǎng)。有隔墻板、外墻板、樓層板、屋面板等品種。

⑹鋼結(jié)構(gòu)住宅：以建筑鋼材為結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。

⑺建筑部品：是由工業(yè)化生產(chǎn)、有建筑使用功能的裝配式建筑的基本元素(元件)。具有模數(shù)化、接口標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、安全性、經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能、環(huán)保、高品質(zhì)特質(zhì)。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(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)、以鋼材、蒸壓加氣混凝土板為主要部品，工業(yè)化生產(chǎn)的建筑模塊單元，運(yùn)至工地，裝配而成的住宅建筑?？梢远鄠€(gè)模塊單元集成完整的房屋，也可復(fù)制成建筑群，具有生產(chǎn)效率高、裝配率高、質(zhì)量好、施工快捷、無環(huán)境污染等等特點(diǎn)，也有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)現(xiàn)代化(裝備規(guī)?；?、系統(tǒng)化)、施工裝配化等技術(shù)要求，以及運(yùn)、吊較復(fù)雜等問題。

⑼裝配率：建筑中預(yù)制構(gòu)件、建筑部品的數(shù)量(質(zhì)量或面積)，占同類構(gòu)件或部品總數(shù)量(質(zhì)量或面積)的比率。

3 MGZ 裝配式住宅建筑設(shè)計(jì)原則與分析

本研究MGZ 裝配式住宅(試驗(yàn)房屋)建筑設(shè)計(jì)原則與基本規(guī)定如下。

⑴設(shè)計(jì)原則：MGZ 裝配式住宅建筑設(shè)計(jì)遵守原則：①設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化；②構(gòu)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(guī)定：MGZ 裝配式住宅建筑基本規(guī)定如下：①適合廣東地區(qū)住宅建筑，抗震設(shè)防烈度8 度及8 度以下；②模塊單元具有復(fù)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(yè)、易運(yùn)輸、吊裝和裝配；⑥選用耐久、質(zhì)輕、多功能的結(jié)構(gòu)、圍護(hù)、裝飾部品材料；⑦滿足作為完整的建筑整體，所要達(dá)到相關(guān)技術(shù)規(guī)范和使用功能的要求；⑧滿足單個(gè)模塊單元體本身結(jié)構(gòu)的整體性，以及在運(yùn)輸、吊裝、拼接過程中的牢固性、準(zhǔn)確性、安全性和整體穩(wěn)定性。

4 模塊化鋼結(jié)構(gòu)加氣板建筑特性分析

⑴材料選用：建筑結(jié)構(gòu)部品采用Q235、Q300 或Q345 等級(jí)的鋼材，局部結(jié)構(gòu)構(gòu)件也可以使用其他等級(jí)的鋼材。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)部品，采用性能較高的不同配筋加氣混凝土內(nèi)、外墻板、樓層板、屋面板(混凝土干密度500～700，強(qiáng)度等級(jí)3.5MPa～7.5MPa)，并配合保溫、隔聲材料等構(gòu)成復(fù)合墻板或樓層板。裝飾裝修部品采用耐久、防裂、柔性、輕質(zhì)的片材。具有質(zhì)輕、節(jié)能的特性。其材料的選用通常受經(jīng)濟(jì)性和設(shè)計(jì)規(guī)范的影響。

⑵結(jié)構(gòu)形式：模塊單元采用鋼框架結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部空間的自由劃分和靈活的墻體門窗洞口布置。

⑶力學(xué)形式：結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性是通過相鄰模塊的水平、垂直和對(duì)角的支撐系統(tǒng)所提供。該系統(tǒng)由屋頂和基礎(chǔ)之間的支撐鋼件形成，從而將來自風(fēng)荷載、地震力等水平力作用傳遞到基礎(chǔ)上。

⑷連接方式：相鄰模塊采用結(jié)構(gòu)螺栓連接。模塊結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的連接一般采用預(yù)埋螺栓的形式。接口具有準(zhǔn)確可調(diào)機(jī)制。

⑸尺寸要求：單個(gè)模塊單元體的尺寸通常受運(yùn)輸?shù)臈l件和經(jīng)濟(jì)性影響，通常單個(gè)模塊的平面尺寸控制在長12m、寬3.5m，高3.5m 的范圍內(nèi)。

⑹構(gòu)成形式：單元體—模塊，可以是四面圍合的獨(dú)立房間，也可以是半敝開式的，若干個(gè)模塊組成一個(gè)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(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝。同時(shí)，也能夠滿足拆卸、異地重新安裝或重復(fù)利用的需求。

⑺生產(chǎn)組裝：作為整體的模塊化單元體，其內(nèi)部的水電管網(wǎng)都可以在工廠內(nèi)連接成整體完備的系統(tǒng)，留有對(duì)接承插接口構(gòu)造，房間內(nèi)的樓板、墻面、天花板等裝修裝飾也能在工廠內(nèi)施工完成。

⑻輔助要求：由于鋼結(jié)構(gòu)加氣板體系自重較輕，相比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑所需的基礎(chǔ)埋深可以更淺，條形基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)都適用于模塊化結(jié)構(gòu)體系。

模塊化鋼結(jié)構(gòu)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(chǎn)方式是在工廠內(nèi)組裝完成建筑內(nèi)部內(nèi)裝的部分(例如衛(wèi)生間廁所、設(shè)備間等)。此類模塊單元體可以是非主體結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件，只需要滿足自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和運(yùn)輸?shù)跹b過程中的牢固性，該部分附著在承重結(jié)構(gòu)中，既保證了該部件的質(zhì)量，同時(shí)也減少了現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜工作。

5 MGZ裝配式住宅建筑的優(yōu)勢(shì)分析特性分析

MGZ 裝配式住宅建筑體系在建設(shè)中的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在四個(gè)方面。

⑴實(shí)現(xiàn)快速交付：模塊化建造能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)，針對(duì)大批量的的建筑項(xiàng)目，能在生產(chǎn)線重復(fù)性生產(chǎn)加工，降低模塊單元成本。工廠化預(yù)制包括了結(jié)構(gòu)、圍護(hù)、管道設(shè)施、裝修等一次性安裝到位?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)連接與連接處覆蓋之后，實(shí)現(xiàn)直接交鑰匙入住使用。但這類建筑有運(yùn)輸、吊裝、場(chǎng)地等條件要求。

⑵工業(yè)化生產(chǎn)條件保證產(chǎn)品質(zhì)量：模塊單元體以及內(nèi)部的關(guān)鍵部件和服務(wù)設(shè)施，在工廠流水線中組裝完成，工業(yè)化的質(zhì)量管理體系，能確保房屋的質(zhì)量和性能。鋼結(jié)構(gòu)精度可控性以及連接方便等特點(diǎn)，更利于體系的裝配應(yīng)用。

⑶節(jié)省投資：據(jù)已有輕鋼模塊建筑工程估算，比傳統(tǒng)鋼筋混凝土體系整體項(xiàng)目周期時(shí)間節(jié)約30%～50%。交付速度提高，可提高項(xiàng)目資金的流動(dòng)性，減輕項(xiàng)目資金壓力，有利快速擴(kuò)建。而質(zhì)量和耐久性的提高，又減少后期維護(hù)成本和質(zhì)量投訴。

模塊化鋼結(jié)構(gòu)加氣板體系的預(yù)制構(gòu)件和部品，可在分散的各個(gè)工廠進(jìn)行生產(chǎn)和組裝，不受項(xiàng)目本身場(chǎng)地條件的限制，減少了現(xiàn)場(chǎng)的施工設(shè)施配置與投入。

⑷更加環(huán)保和具有可持續(xù)性：模塊化鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)整體項(xiàng)目施工的環(huán)境改善，實(shí)現(xiàn)綠色建筑、綠色施工均顯示出優(yōu)越性。

6 結(jié)語

本文針對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)，以一種性能較高的蒸壓加氣混凝土輕質(zhì)板材為圍護(hù)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(chǎn)品優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上提出的新構(gòu)思。通過工程實(shí)踐、分析研究，逐步完善，應(yīng)用于多層建筑，將推動(dòng)我省高性能配筋輕板的發(fā)展，為裝配式建筑提供一個(gè)新方案。