试论模块化可移动钢结构房屋设计问题

试论模块化可移动钢结构房屋设计问题

古国志

摘要：钢结构在模块化建筑中应用范围较广。模块化钢结构房屋建筑能够取得高质量的建设，还要综合评估建筑设计、结构设计、水电设计、装修设计等多方面的设计内容，通过不断的设计优化，有效的解决或避免影响房屋质量的因素，才能从根本上提高模块化房屋建筑的品质。本文就从建筑设计、结构设计、水电设计、装修设计四个方面探讨可移动放结构房屋设计的相关问题。旨在为高品质模块化放结构房屋建筑的设计提供一些参考。

关键词：模块化；钢结构；房屋设计；钢结构成品

引言：随着建筑绿色理念的应用与发展，建筑及建筑施工技术发生了较大的改变。从建筑材料上讲，绿色建筑倡导环保、无污染、可循环利用的建筑材料；从建筑施工上讲，绿色建筑倡导采用高效节能的施工设计及施工技术；从建筑设计上讲，绿色建筑倡导系统化的设计理念。装配式模块化建筑是一种新型的建筑体，它全面的应用了绿色建筑施工的理念。建筑材料上采用节能环保的钢结构及一些新型材料，建筑施工上采用可移动钢结构标准件生产技术及安装施工技术，在建筑设计上，充分利用模块化设计的理念，将模块化设计转化为模块建筑。相对于传统的钢筋混凝土建筑，模块化可移动钢结构房屋的材料节约了60%，施工成本节约了55%，设计周期缩短了70%。从建筑材料、施工成本到设计周期上都实现了质的跨越。这显示出模块化建筑明显的应用优势。研究模块化可移动钢结构房屋设计对进一步优化模块化房屋设计具有重要的意义。

一、模块化可移动钢结构房屋设计的思想

模块化可移动钢结构房屋设计的思想来源于集成建筑。集成建筑截止目前共经历了三个阶段。第一个阶段为初级层次，即现场绑棍建筑阶段。通过将独立的建筑构件进行固定，再固定到维护体系上，使其成为一个功能完整的房屋建筑。第二个阶段为第二层次，即2D模块化建筑阶段。通过将独立的建筑构件固定，再固定到维护体系中，形成屋面、楼面、墙面等2D建筑系统，最后在将这些2D建筑构建运输至施工现场进行组装，使其成为一套完成的建筑物。第三个阶段为第三层次，即3D模块化建筑阶段（如图1、图2所示）。通过将2D建筑系统固定，组成3D建筑系统，再将3D建筑系统运输至施工现场进行吊装，使其成为一套完整的建筑物。这种建筑设计的思想类似与汽车制造一样，先对建筑需要的3D钢结构进行模块化设计，再对建筑房屋系统按照模块化设计进行组装，使建筑钢结构的制造由模块化设计工厂进行分担，通过模块化设计的方法将建筑钢结构分为多个模块，再进行施工现场的组装。模块化可移动放结构房屋设计包括建筑钢结构、排水设施、厨房卫生洁具、地板、家具及其他生活起居的所有设施设备。

图1 3D钢结构模块的设计及生产

图2 可移动钢结构模块吊装

二、方案设计的重点

（一）建筑设计

房屋建筑系统部分的设计总共包括三部分，分别是尺寸设计、格局设计、造型设计。由于模块化房屋系统的建筑结构要在工厂完成3D生产，因此要考虑到实际运输可凉和交通的要求。一般的钢结构件模块要求不超过国内最大的运输卡车的尺寸和道路最大荷载。格局要结合建筑面积的情况和实际使用情况进行优化设计。一般而言，50平方米以下的设计为一室一厅、一厨一卫,50-90平方米的设计为两室一厅、一厨一卫，90-140平方米的设计为三室两厅、一厨一卫或一厨两卫，140-220平方米的设计为四室到五室。在功能上，三室的可增加书房的设计，四室、五室可增加书房、休闲室的设计。格局的设计要结合人体力学，充分考虑居住者的需求，简言之就是建筑定位的需求。造成设计即屋顶形式。模块化房屋一般采用坡面屋顶的形式。屋顶设计可增加立体设计，从而突出屋顶的层次感。此外还包括露台、悬挑、娱乐空地等部分的设计。多增加一些立体效果和个性化设计，突出房屋结构的层次感、立体感、轮廓感，重视部分模块与房屋系统的协调性。

（二）结构设计

可移动放结构模块化设计要求每一个独立的单元长、宽、高比例都要经过严格的模拟计算，具体可借助BIM的有限元软件进行模拟设计。上下模块之间的设计要考虑搞梁的荷载能力。通过不断的为梁施加力来确定规范的荷载力。钢结构设计要葱粉考虑更结构的形变、抗压、强度、稳定性等因素。要求所有钢结构模型都要满足房屋系统形变、抗压、强度、稳定性的要求。考虑到钢结构模块的吊装问题，还需要在静力荷载的基础上分析其力学性能，设计可靠的支座和吊点位置。各模块之间的连接点为设计的要点，要尽量将模块误差精确到毫米之内。

（三）水电设计

水电设计的重点在于各系统之间的连接。在强电连接方面，至少要设计两个配电箱，弱电系统模块之间应利用多扣汇集的模块线路来实现连接，至少需要设计两个及以上的接线盒。水路设计方面，要保证上下模块之间的套筒能够精准的连接排水管道。一套房屋系统至少要设计三条及以上独立的配水管路。

（四）装修设计

装修设计要选择轻质、环保、韧性好、不易开裂、方便安装的材质。阳台部分应选择耐晒、耐风化的材料。客厅、卧室的底板应可选择实木或复合底板，便于拆装。卫生间及厨房应设计PVC底板，上层设计防水地板。壁纸的空隙应设计在墙面的裂缝处，以防止钢结构模块在运输过程中造成壁纸撕裂的情况。房屋吊顶系统设计窜则选择轻质的铝板，吊顶铝板的缝隙要设计在钢结构龙骨出，以便于拆装。

三、结语

总上所述，模块化可移动钢结构房屋设计的各个阶段要与钢结构房屋系统相适应，因此在设计时要综合分析钢结构房屋系统的需求。具体的设计方案因根据实际项目标准要求设计建筑结构、钢结构、水电及装修方案。各个阶段的设计都由固定的模块组成，在进行钢结构房屋系统设计时只需要根据项目建设的要求对建筑模块、钢结构模块、水电模块、装修模块进行重组和调整，根据建筑要求对部分建筑功能及其使用性能进行优化和调整即可。施工时相对钢结构模块、水电模块、装修模块的基本构建分别拼装，拼装成整体后再进行现场吊装、焊接等处理。由于整个施工过程在标准化设计之下进行，施工周期缩减70%，极大的提高了施工效率。

参考文献：

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