AACS 在模块化钢结构装配式住宅建筑的应用研究(研究之一：MGZ 装配式住宅建筑体系分析研究)

2019-03-20龙建文黄绍有

广东建材 2019年11期

甘立龙建文甘伟何娟黄绍有

（1 广州市建筑科学研究院新技术开发中心有限公司；2 广州大学；3 广东建宇建筑科技有限公司）

1 引言

本文所研究的“MGZ 装配式住宅建筑体系”其特征是：全方位采用蒸压加气混凝土板(AACS)为结构围护和内装围护部品，与钢结构组合，形成模块化钢结构加气混凝土板住宅建筑。该类装配式往宅建筑，具有轻质、建筑节能、装配率高、板材生产与应用技术较成熟等优势。

本文所采用的蒸压加气混凝土板的混凝土材料密度在500～700Kg/m3，抗压强度3.5～7.5MPa，板内设置钢筋网，形成的配筋板材，具有较好的力学性能，是一种轻质、节能、降耗、节资、工业化生产和应用较成熟的板材品种。

2 模块化(M)钢结构(G)加气混凝土板(Z)装配式住宅建筑(简称MGZ 装配式住宅建筑)相关名词术语

⑴模块化建筑：是装配式建筑的一个类型，它是将整体设计的建筑，分割成若干个“模块单元”(也有称“空间单元”、“盒子式”、“组装单元体”、“模块单元体”)，以“模块单元”为基本工厂化预组装部品，在工厂内制造并组装成型，然后整体运输到建设现场，以吊装的方式拼装成整体建筑。通常将这类建筑，称之为模块化装配式建筑(简称模块建筑)。

⑵模块单元：是将总体设计好的房屋，划分成独立制作、运输、吊装的单元体，在工厂制造完成(含内装修，预留单元之间的联接构造等)，运至工地组装成整体建筑。一个模块单元，可以是一个房间或若干个房间，是具有标准化、关连性、互换性、独立性、复演性等特质的立体建筑构件，也称“模块单元体”、“建筑模块”或简称“模块”。

⑶模块化钢结构建筑：是以钢结构框架为整体建筑及模块单元体的主体受力结构的装配式建筑。钢结构凭借其强度高、耐久性好、重量轻以及尺寸稳定的特点，成为建筑(及模块单元体)的内部骨架结构，其外部可以附着其他建筑板材作为围护结构部品，以及表面装修或装饰部品等。钢结构框架必须稳定和坚固，保证模块单元体(产品)在运输、吊装过程中，房间内设施和装修免遭破坏，又有轻钢结构、钢结构之分。

⑷模块化钢结构加气板建筑：以配筋的蒸压加气混凝土板(AACS) 作为模块化钢结构建筑的围护结构部品—外墙、内墙、楼层板、屋面板，所装配而成的建筑。

⑸蒸压加气混凝土板：以硅质材料(砂)和钙质材料(石灰)为主要原料，以铝粉为发气剂，加水制成料浆，经浇注、发泡、预养、切割、蒸压养护等工艺过程制成蒸压加气混凝土板材，内置经防腐处理的钢筋(丝)网。有隔墙板、外墙板、楼层板、屋面板等品种。

⑹钢结构住宅：以建筑钢材为结构材料的住宅建筑，通常单位面积用钢量低于50kg 的称为轻钢结构。

⑺建筑部品：是由工业化生产、有建筑使用功能的装配式建筑的基本元素(元件)。具有模数化、接口标准化、通用化、安全性、经济性、节能、环保、高品质特质。部品可通过不同排列组合，用小部品集成为大部品，增加自身的自由度和多样性。

⑻MGZ 装配式住宅：按标准化、模块化的原则进行设计、以钢材、蒸压加气混凝土板为主要部品，工业化生产的建筑模块单元，运至工地，装配而成的住宅建筑。可以多个模块单元集成完整的房屋，也可复制成建筑群，具有生产效率高、装配率高、质量好、施工快捷、无环境污染等等特点，也有设计标准化、生产现代化(装备规模化、系统化)、施工装配化等技术要求，以及运、吊较复杂等问题。

⑼装配率：建筑中预制构件、建筑部品的数量(质量或面积)，占同类构件或部品总数量(质量或面积)的比率。

3 MGZ 装配式住宅建筑设计原则与分析

本研究MGZ 装配式住宅(试验房屋)建筑设计原则与基本规定如下。

⑴设计原则：MGZ 装配式住宅建筑设计遵守原则：①设计标准化；②构造模块化；③制造工厂化；④施工装配化；⑤管理信息化。

⑵基本规定：MGZ 装配式住宅建筑基本规定如下：①适合广东地区住宅建筑，抗震设防烈度8 度及8 度以下；②模块单元具有复制水平连排和竖向延伸多层住宅建筑功能。主要适用于高度22m 以下，三层及六层以下建筑；③“模块单元”重量不宜大于15 吨。模块单元尺寸长×宽×高在(6～12)m×(3.5～4.0)m×(2.8～3.5)m；④建筑寿命不少于50 年～70 年；⑤装配率大于85%，且施工干作业、易运输、吊装和装配；⑥选用耐久、质轻、多功能的结构、围护、装饰部品材料；⑦满足作为完整的建筑整体，所要达到相关技术规范和使用功能的要求；⑧满足单个模块单元体本身结构的整体性，以及在运输、吊装、拼接过程中的牢固性、准确性、安全性和整体稳定性。

4 模块化钢结构加气板建筑特性分析

⑴材料选用：建筑结构部品采用Q235、Q300 或Q345 等级的钢材，局部结构构件也可以使用其他等级的钢材。建筑围护结构部品，采用性能较高的不同配筋加气混凝土内、外墙板、楼层板、屋面板(混凝土干密度500～700，强度等级3.5MPa～7.5MPa)，并配合保温、隔声材料等构成复合墙板或楼层板。装饰装修部品采用耐久、防裂、柔性、轻质的片材。具有质轻、节能的特性。其材料的选用通常受经济性和设计规范的影响。

⑵结构形式：模块单元采用钢框架结构，以实现内部空间的自由划分和灵活的墙体门窗洞口布置。

⑶力学形式：结构体系的稳定性是通过相邻模块的水平、垂直和对角的支撑系统所提供。该系统由屋顶和基础之间的支撑钢件形成，从而将来自风荷载、地震力等水平力作用传递到基础上。

⑷连接方式：相邻模块采用结构螺栓连接。模块结构与基础的连接一般采用预埋螺栓的形式。接口具有准确可调机制。

⑸尺寸要求：单个模块单元体的尺寸通常受运输的条件和经济性影响，通常单个模块的平面尺寸控制在长12m、宽3.5m，高3.5m 的范围内。

⑹构成形式：单元体—模块，可以是四面围合的独立房间，也可以是半敝开式的，若干个模块组成一个大房间的形式。所有模块单元体均可按照永久性、半永久性建筑的建筑规范要求进行设计和安装。同时，也能够满足拆卸、异地重新安装或重复利用的需求。

⑺生产组装：作为整体的模块化单元体，其内部的水电管网都可以在工厂内连接成整体完备的系统，留有对接承插接口构造，房间内的楼板、墙面、天花板等装修装饰也能在工厂内施工完成。

⑻辅助要求：由于钢结构加气板体系自重较轻，相比钢筋混凝土结构的建筑所需的基础埋深可以更浅，条形基础或桩基础都适用于模块化结构体系。

模块化钢结构加气板建筑体系，一般适合建造低层或多层民用建筑。模块生产方式是在工厂内组装完成建筑内部内装的部分(例如卫生间厕所、设备间等)。此类模块单元体可以是非主体结构承重构件，只需要满足自身结构稳定性和运输吊装过程中的牢固性，该部分附着在承重结构中，既保证了该部件的质量，同时也减少了现场复杂工作。