天津市金万方钢结构有限公司天津市301713
摘要：近年来，我国的建筑行业有了很大进展，在建筑工程中，钢结构的应用十分广泛。钢结构模块化建筑是一种装配率较高的结构体系，近年来已成为建筑结构的主要发展方向。采用MIDAS软件，通过对比分析两种不同布置方式的模型，分析模块布置对模块化钢结构应力分布和整体位移的影响，指出两种布置方式的利弊和改善措施。
关键词：模块化钢结构；模块布置方式；MIDAS
引言
模块化建筑是指把一个或多个建筑单元作为预制模块、在工厂预制后运到工地进行安装的建筑形式。每一个预制模块可为带有采暖、上下水道及照明等所有管网的装修完备的房间单元。模块化单元可以用来形成完整的房间、或者作为大房间的一部分，也可以用来制作一些专用服务单元例如厕所、电梯、厨卫等。由模块化建筑的特点可知，每个模块单元都是由顶梁、底梁和角柱组成的完整结构体系。相邻的模块通过角部的连接节点传递荷载、协调变形，使多个单元形成具有一定规模的整体结构。若没有可靠的连接节点，由多个模块拼接成的结构就会发生变形、破坏甚至倒塌。
1钢结构模块化建筑的特点
（1）模块化房屋一般有四柱八梁组成，模数和模数协调的方式进行设计、生产和装配。（2）标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修，实现功能完整的建筑产品，受外界环境影响小，装配率可以达到90%以上。（3）施工噪音小，绿色环保，现场拼装，施工周期短，具有可重复利用的优点，是一种绿色建筑。
2模块化钢结构建筑连接点
2.1盖板螺栓连接
盖板螺栓连接，指一般在构件端部预留螺栓孔，通过盖板用高强度螺栓将相邻两个模块连接在一起的节点形式。许多学者创新性地提出并研究了各种新的连接做法。不同的盖板螺栓连接形式会有不同的转动刚度，这会对结构整体性能产生巨大影响。双向连接的盖板螺栓连接方式并测试其抗剪性能。连接板上留有螺栓孔，螺栓孔分布在角柱的两侧。安装时，较长连接板在内，较短连接板在外，有序叠合后用高强度螺栓连接。由于连接板较宽，梁柱节点和模块间节点要有一定的距离。而且这种连接节点对施工空间要求高，只适用于建筑的外侧。
2.2模块化钢结构上设备安装定位基准的选择
模块化钢结构上常用的设备安装定位基准有模块中心线（中心点）和结构轴线。采用两种定位基准时，设备的特点不同，各有优劣，应根据具体的设备情况进行选择。常规来讲，以模块中心线定位，能够精确控制设备之间的相对位置，保证设备相互之间的相对位置精度。但是容易出现设备与结构之间的碰撞。按照模块轴线进行定位时，能够优先保证设备与结构之间的相互位置。需要说明的是，一个钢结构模块在一个方向上只有一个中心线，但是可以而且是往往存在着多条轴线，一般选择轴线为定位基准是，是选择那些与设备距离最近或是设备特殊结构（如泵的出口）朝向的轴线。
2.3铸钢节点连接
铸钢节点，是指把梁柱节点做成一个进行了专业化设计的铸钢件，再通过螺栓连接、机械连接等方法将铸钢件连接在一起的节点形式。为了避免直接在构件端部进行连接造成的截面削弱、精度较差等弊端，铸钢节点也逐步应用到模块化建筑中。由螺栓连接上下铸钢件，铸钢件在模块内与梁柱焊接连接。但该连接节点对施工空间要求高，只能用于建筑的角部，实现单根角柱的上下连接。
2.4现场装配阶段的质量控制
模块运输至现场后，应由施工单位的现场负责人、监理人员进行内部和外部质量检查，检查合格并签字接收后，才可以进行起吊和安装。对于起吊和安装，都应该编制相应的专项施工方案。由于单个模块重量超过20t，所以使用传统的塔吊无法进行吊装，需要使用经过专业设计的塔吊。对于高度不超过汽车吊使用范围的建设项目，可以使用汽车吊。起吊之前，应对所用设备进行检查，确保设备处于良好运行状态，无不良故障。对于吊车司机的选择，应选择那些具有相应职业资格证书的人员，并且在起吊之前，应对相关人员进行专业培训。起吊过程中，必须设专人指挥。严禁将吊车钩直接和模块相连，必须通过专业吊具才能和模块相连。连接主要包括模块间的横向连接和竖向连接。连接方式通常为高强螺栓连接和焊接连接。采用高强螺栓连接时，首先应对所用高强螺栓和螺母进行检验，只有在检验合格的情况下才能被使用，连接完成后，应对其连接质量进行检测。采用焊接连接时，施焊人员必须具有职业资格证书，所用焊接材料也应检测合格，检测完成后，需由专业机构对焊缝进行焊缝无损探伤检测。
2.5组合连接
组合连接，是指结合混凝土和钢结构连接方法实现模块间连接的节点形式。为了解决钢结构耐火性、抗腐蚀性差，稳定性低的问题，在模块间连接中也会借鉴组合结构的思想。相邻模块底梁上各预先焊接一块角钢，吊装就位后先用螺栓连接角钢，然后浇筑角钢附近区域。下层顶梁与上层底梁则是焊接连接。该连接节点适用于梁贯通的模块单元，灵活使用角钢可以实现较大刚度，而且利用混凝土削弱了螺栓滑移。安装时，将上下角柱对中扣合，抗剪键能够顺利卡在限位构件上，然后从预留洞口进行浇筑，形成刚性节点。该连接节点施工方便，刚度较大，但难以实现模块间水平连接，适用于建筑角部。
2.6现场装配阶段的质量控制
模块运输至现场后，应由施工单位的现场负责人、监理人员进行内部和外部质量检查，检查合格并签字接收后，才可以进行起吊和安装。对于起吊和安装，都应该编制相应的专项施工方案。由于单个模块重量超过20t，所以使用传统的塔吊无法进行吊装，需要使用经过专业设计的塔吊。对于高度不超过汽车吊使用范围的建设项目，可以使用汽车吊。起吊之前，应对所用设备进行检查，确保设备处于良好运行状态，无不良故障。对于吊车司机的选择，应选择那些具有相应职业资格证书的人员，并且在起吊之前，应对相关人员进行专业培训。起吊过程中，必须设专人指挥。严禁将吊车钩直接和模块相连，必须通过专业吊具才能和模块相连。连接主要包括模块间的横向连接和竖向连接。连接方式通常为高强螺栓连接和焊接连接。采用高强螺栓连接时，首先应对所用高强螺栓和螺母进行检验，只有在检验合格的情况下才能被使用，连接完成后，应对其连接质量进行检测。采用焊接连接时，施焊人员必须具有职业资格证书，所用焊接材料也应检测合格，检测完成后，需由专业机构对焊缝进行焊缝无损探伤检测。
结束语
综上所述，模块化钢结构建筑在国内还处于发展初期，相关质量控制方法和内容还不是非常成熟，随着模块化钢结构建筑在中国的大规模应用，与之相关的质量控制方法和关键检测技术也会逐步成熟。在模块化钢结构的设计和建造过程中，我们必须明确：所有的钢结构都是为设备服务的，设备的定位安装也都必须为要这一中心目标展开。必要时可以为实现设备的顺利安装和连接而对结构进行适应性修改。
参考文献
[1]吴新霖．模块化建筑结构对社会可持续发展的意义探讨［J］．建筑知识，2016，36(1):290－290．
[2]梅世强，吴波，毛凯，等．某多层住宅建筑结构标准化设计探索［J］．钢结构，2018，33(2):51－55．
[3]李国强，李春和，侯兆新，等．国外全预制装配结构体系建筑［M］．北京:中国建筑工业出版社，2018．
[4]陈红磊，陈琛，李国强.模块化钢结构建筑模块间节点的研究综述[J].钢结构，2018，33（12）：1-5+27.
[5]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.