模式六：新型装配整体式空间*格盒式结构体系模式
      

       在传统钢结构建筑体系的基础上，东南网架公司提出了一种新型装配式钢结构建筑体系—新型装配整体式空间*格盒式结构体系，可应用于多、高层（可大于18层）住宅结构中，能够较好地解决限制钢结构住宅发展的问题。该装配式结构体系模式是以H 型钢梁、方钢管混凝土柱及其联接形成的钢框架承重结构，配以与钢结构“高、大、轻、强、快”特点相配套的横向*格板和竖向*格墙，并集成了整体卫浴、装修等的新型住宅建筑结构体系。其中横向*格板采用的是装配整体式*格空腹夹层板—轻型化钢筋桁架混凝土组合楼板；竖向*格墙是采用石膏（磷石膏或脱硫石膏）现浇装配整体式*格墙架而形成的，是住宅建筑的承重外墙及分户墙。由于横向*格楼盖与竖向*格墙架的网格尺寸多而密，具有板的受力特点，两者连接后就形成了三维受力的盒式结构，即形成了一个盒子将每户包裹起来。因此，该模式是能满足或优于现在建筑现行相应规范和居住舒适度要求的绿色环保、节能低碳、抗震安全、经济快捷及可持续发展的新型建筑体系。


       新型装配整体式空间*格盒式结构体系在高层中主要采用钢框架—核心筒结构、钢框架—支撑结构和钢板剪力墙结构。钢框架—核心筒结构是指在电梯间或恰当位置布置核心筒，并在核心筒中设置钢柱、钢梁的结构；由于钢框架安装于混凝土筒体施工时，从而加快了施工速度，而且钢柱、钢梁与混凝土剪力墙形成钢骨混凝土剪力墙，可以大幅度提高混凝土的延性和抗震性能。钢框架—支撑结构是指以抵抗侧向力的钢支撑和梁柱框架进行有效地连接，组成一种高效的双重抗侧力体系，该结构具有抗震性能好、施工快捷、体系实用性强的优点。钢板剪力墙结构是指以钢板墙为主承受抗侧力，竖向力完全由周边框架柱承担的结构体系，由于钢板墙屈服后屈曲仍能继续承载，使结构不仅具有良好的延性，还能靠钢材本身的塑性发展提供阻尼耗能能力，从而使该结构易于满足抗震的基本要求。


       装配式钢结构体系的柱一般采用在钢管中灌注高强混凝土而形成共同承受外荷载作用的结构构件。其具有承载力高、柱截面小、节省钢材；塑性及变形能力好，具有较大的耗能能力，抗震性能好，抗侧刚度大、稳定性好，不需支模、施工简便等显著优点。H 型钢梁具有截面模量大，承载力高；翼缘宽、侧向刚度大；节约钢材等优良性能，截面尺寸灵活，生产自动化程度高，产品质量稳定，效率高等优点。


       轻型化钢筋桁架楼承板作为一种组合楼盖，在施工阶段可以承受楼板混凝土自重与一定的施工荷载；在使用阶段钢筋桁架上下旋钢筋与混凝土整体共同承受荷载，其具有不使用木模板，减小现场80% 的钢筋作业和60% 的用工量，工期缩短70%，施工质量也具有可靠保证等优点。


       外墙体采用纤维水泥板轻质节能复合墙体，或采用玻璃幕墙或铝板、干挂石材；实现建筑节能和工业废弃物资源化利用的目的；内墙采用预制装配式轻质条板内隔墙或轻质灌浆墙，具有自重轻、强度高、整体性好、隔音保温性好、废物利用等优点。


       由于钢结构住宅采用了新模式、新工艺（钢筋桁架楼承板）和高性能新型复合墙体（纤维水泥板轻质节能复合墙体）等，其上部建筑直接造价较混凝土增加约10%。但由于自重大幅减轻，其地基造价将降低20%-25% ；工期缩短1/3 可大幅降低财务成本；地下停车位增加15% 以上；户内得房率增加4%-10%。因此，钢结构住宅的总体综合造价较混凝土基本持平。但伴随人工成本不断上涨和节能减排的压力凸显，钢结构造价优势将更加明显。


       此外，新型装配整体式空间*格盒式结构体系模式在全生命周期的综合碳排放较混凝土减少36.8% ；施工用水量减少70%，污水、扬尘和噪音减少80% 以上，建筑垃圾减少70% ；施工中木模板消耗减少88.6%，符合我国住宅产业化的“绿色节能环保”要求。空间*格盒式结构将结构性能、建筑功能、节能环保及工业废料再利用有机地结合起来，是一种值得大力推广且发展前景较好的结构体系。该技术还成功应用于杭州钱江世纪人才专项房项目、上海华侨城苏荷皖、内蒙古中宇广场高档住宅区等工程。


       模式七：超高层模块化盒子结构模式


       模块化建筑技术为澳大利亚Hickory 集团第六代模块化建筑技术，该技术在高层及超高层建筑上取得了突破，也是目前世界上唯一突破高度限制的模块化建筑系统，预制比例可高达95%，在部品化率这个指标上是一个新的突破，为目前所有装配式结构模式中部品化率最高的一种。其部品化率的提高不仅是主体结构的部品化方面，而且实现了管线、设备、装修等的部品化。模块化建筑体系指通过将建筑合理划分为模块化单元，将模块化单元在工厂进行流水化生产（包括模块化单元的精装修加工），完成后运输至现场并通过专业连接方式组装成建筑整体。该项技术在澳大利亚成功应用于Perth Arena、Latrobe Tower、Curtin Uni、Newman 等工程涉及住宅、学校、商业等建筑领域，与传统建造方式相比，其具有以下优点：


       1．设计灵活


       模块化建筑系统集成了钢结构框架和混凝土楼板，设计灵活多变、尺寸和形状多样，完全适应市场需求；运用模块化结构体系设计的建筑比较容易实现高层和超高层建筑，且无需次要的结构支撑体系；易实现节能环保标准要求及建筑智能化控制系统应用。


       2．低碳节能、可持续性


       与传统建筑相比，模块化建筑在建筑物从生产、建设、使用、维护和拆除整个生命周期实现了环境可持续发展。通过结构优化设计、使用新型环保节能建筑材料、工厂标准化生产减少材料浪费等手段，可以实现节能47% 以上，减少二氧化碳排放51% 以上；并且模块化建筑的的材料可以100% 回收利用，节能环保方面大大高于传统建筑，并且复合国家可持续发展的战略。


       3．高效制造、快速建造


       模块化建造方式与传统建造方式相比，具有更快的建造速度、更少的材料浪费、更标准的生产加工过程优势。并且现场基础施工与工程制造可同步进行，如此可以大幅度缩短建造周期，也排除了因天气及季节变化对现场施工工期的影响，使建筑物尽早投入使用，按照国外的统计发现模块化建筑的建造周期比传统的建造模式至少减少一半时间以上。


       4．质量优良


       模块化建筑材料由专业工厂标准化进行建造，在避免劣质材料和恶劣天气影响施工质量的同时，可以通过标准化控制，现代化检测以及工业化生产等手段保证建筑质量及其稳定性，只是传统建筑过程中无法满足的。模块化建筑材料一般具有长达70 年以上的寿命周期，加上其整体采用的轻、重型钢材连接结构，使得综合抗震强度达到9 度以上。


       5．经济适用


       模块化建筑的建造成本可以通过加工前的优化设计、快速的建造过程、工厂可控环境下加工、降低项目建设过程中的不可预见因素实现有效控制。根据用户的不同需求进行装修，实现用户的直接入住，而无需二次装修。


       6．安全施工


       模块化建筑的大部分构件都在工程事先完成，建筑结构、外层装修和玻璃幕墙施工没有高空作业，提高了现场施工的安全性。并且工厂环境下施工便于对施工安全进行有效控制。


       西科瑞阁低碳节能型模块化建筑示范项目将采用澳大利亚西科瑞公司的模块化技术建造而成，目前在国内并没有与之相适应的标准或相同的结构进行参考，因此在其建设中未免会存在一些困难。


       ①建筑设计上，要考虑好建筑的功能与美观需求，同时还要考虑到模块的划分与减少模块种类之间的矛盾。

       ②结构设计上，没有相应的规范，其模型的计算方法，构件的设计方法均有待研究，应运用有限元分析软件并结合中澳规范对非标设计模块化盒子结构进行单个盒子、整体结构的受力性能分析和设计，确保非标设计的科学合理性。

       模块化盒子间的构件连接设计和拼装上的问题（如相邻两盒子间柱-柱连接、相邻两盒子间梁端-梁端连接；上下盒子间梁-梁连接、上下盒子间柱端-柱端连接）也有待讨论。

       ③水电与装修设计上，由于模块化结构在组装前是单个的独立的结构，组装后是一个整体，怎样处理水电和装修等在模块化拆分与模块化组装之间的问题，使其组装之后能够正常工作。同时还要考虑到工厂的建造条件。

       ④构件制作上，由于盒子结构的设计是建筑设计者绘制，而制作属于机械领域，不同专业之间的技术衔接与沟通问题有待解决。

       ⑤运输上，要考虑到车辆的承载能力，道路的限宽、限高，车辆的限长以及运输过程中盒子内部装修与设备的损耗程度等。

       ⑥施工上，由于模块化结构主要采用吊装的方式进行搭建拼装，其需要的相关设备类型等问题有待解决。

       ⑦怎样开展模块化结构工程的全寿命周期监测研究工作，以监测结构在正常使用期的各种工况，也有待讨论研究。


       在国家倡议建筑节能环保和住宅产业化的大背景下，引进澳大利亚具备“绿色环保、节能、低碳、抗震、可重复利用、快捷、安全、集约化、智能化”等特点于一身的Hickory 超高层模块化盒子结构先进技术，符合国家《国家住宅产业化基地实行办法》、《关于加快推动我国绿色建筑发展的实施意见》、《绿色建筑行动方案》等相关产业化政策的要求，在国内推广具有可行性和广阔的市场空间，将能在未来逐步带领传统建筑行业走出高能耗、高污染、低效率的现状。在国家住房和城乡建设部的支持下，利用此项技术可以于国内建立一个国家级的住宅产业化研发及生产基地，通过与上游建材供应商、盒子构件加工商（如目前与西科阁瑞公司合作的中国南车广州电力机车公司）及下游物流、物业、房地产商等合作，打造一个新的建筑产业经济链，也将成为中国建筑业产业化发展的“新引擎”。


        建筑工业化是未来建筑业发展的必由之路，也是改善目前建筑建造能耗过大、建筑垃圾过多、环境污染严重、建造周期长、人力物力消耗大等问题的重要方法。模块化建筑体系具有工业化程度高、可回收率高的优点，并且适用于高层和超高层建筑，对于我国建筑工业化的发展具有重要的意义。但目前与之相应的行业标准、设计规范以及相关技术人员还比较缺乏，需要ZF的大力支持和相关企业与科研机构不断进行理论创新和工程实践，制定出一套符合我国实际情况的模块化建筑的设计、制造、加工、建造标准，推动模块化建筑的发展。