多层模块化钢结构的设计

多层模块化钢结构的设计
摘要：装配式建筑设计中，钢结构是主要的结构体系之一。

随着绿色建筑理
念的落地和发展，钢结构建筑的应用有着十分广泛的前景，钢材料的材质优势，
使得钢结构的抗震性能、环保性能十分突出。

在大型场馆、公共建筑领域钢结构
技术已经较为成熟，工业建筑中应用钢结构建筑还存在较大的不足，推广轻钢结
构的工业建筑是我国未来工业建筑建筑发展的重要方向。

关键词：多层模块化；钢结构；设计
引言：
钢结构建筑的推广有利于促进钢铁产业的发展，我国作为世界上钢铁产量最
多的国家，提升钢产量的应用能力，对于整个产业的助力是非常明显的，钢结构
建筑的环保优势也是实现建筑绿色化的重要保障，符合我国工业升级的目标要求。

基于此，本文就多层模块化钢结构的设计要素进行了分析，为钢结构在工业建筑
方向的应用提供几点建议。

1.多层模块化钢结构的概念
在工业建筑设计中使用模块化理念是当前建筑的重要设计理念，模块化结构
的建筑是为了提升竞争力而产生的一种工业建筑建筑模式，这种建筑模式的适应
性较强，能够通过多样性的组合来满足人们对于工业建筑的高品质需求[1]。

多层
模块化钢结构不仅仅是构件模块或者空间模块的结构设计，而是以模块化的设计
方案实现对整个空间布局的优化，使用模块组合成最佳形式的工业建筑结构。

模
块化的工业建筑能够实现对工业建筑设计的分解、组合，将标准的模块进行合理
组合实现建筑的设计目标，模块的组合是多层模块化钢结构应用的核心内容，在
组合模块的过程中要围绕工业建筑模块的划分、系统组合的有效性以及系统的分
解原则来展开。

多层模块化钢结构应用是具有动态性特征的，在运用模块结构进
行工业建筑组合的过程中，既要满足建设的需求，又要满足拆除的需求，这是多
层模块化钢结构应用的基本流程。

2.多层模块化钢结构的应用形式
2.1全模块的钢结构工业建筑
全模块的钢结构工业建筑指的是以整体吊装的方式实现对模块的组合，在全
模块钢结构中，所有的模块都集中于单元模块内部，当前最常见的全模块钢结构
工业建筑是集装箱。

在集装箱的设计中，套型单元模块和交通模块是两种主要的
模块形式，由于集装箱的应用非常普遍，因此其模块组合已经具有非常成熟的标
准体系，在集装箱的钢结构模块中，钢构件的种类较为全面，主要有钢梁构件、
钢柱构件、屋面构件以及墙体构件等。

2.2复合模块的钢结构工业建筑
在复杂的工业建筑功能需求中，全模块的钢结构吊装工作较为复杂，这种情
况下复合模块的钢结构就有了应用的场景。

复合模块的钢结构工业建筑能够实现
对工业建筑系统的有效分解，将各个结构性的部件单独的进行模块生产，提升工
业建筑组合的灵活性。

复合模块的钢结构工业建筑应用场景较为广泛，这与其设
计方式的多元化密切相关。

在进行构件模块组合的过程中，能够搭配一些现场的
施工设计方案。

当前主要应用的复合模块钢结构形式有两种，分别为单元模块与
结构框架组合的复合式钢结构、单元模块与核心筒组合的复合式钢结构。

3.多层模块化钢结构的设计
3.1确定基本的模数
在进行模块化设计的前期，需要针对模数进行合理的选择，这是多层模块化
钢结构工业建筑设计的基本原则。

通常在设计中可以使用双模协调的方式来确认
模数，双模协调的方式指的用中心线定位法，针对空间构件进行进级处理，这个
过程中要确认好进级的比例。

对于结构构件的进级处理，要采用双线定位的方式。

空间构件和结构构件的进级选择，其目的是优化功能模块尺度，考虑到钢结构建
筑的使用周期，3M进级是合理的选择[2]。

开间尺寸和进深尺寸按照3M进级的原
则进行确认。

如果室内空间使用率有明确的设计要求，在设计纵向构件时，选择
室外延伸的方式，减少结构构件对整个空间的影响，钢柱的尺寸要根据延伸方式
来进行选择，通常1M进级的方案有利于提升空间的使用率。

3.2钢结构的模块化设计要素
钢结构的模块化设计要突出结构整体的安全性和稳定性，因此在钢材选择上
要以Q235B作为钢柱和主次梁的主要材料。

所有的钢材都要满足行业的标准和规范，在性能参数上要进行相应的测试检验，例如伸长率、屈服强度以及抗拉强度
等材料性能在设计中要标明标准参数，此外钢材中的碳含量、磷含量也要进行相
应的规范，保证钢材的冲击韧性满足模块化设计的质量要求。

材料参数设计完成后，要针对建筑的结构平面层进行分析，例如钢柱的位置，如果钢柱的位置在结
构的四周，那么功能模块的组合性就会得到提升。

在模块化设计中，要考虑到建
筑的美观度，避免出现裸露的室内钢梁或者钢柱。

在梁柱节点的设计上，要按照《建筑钢结构焊接规程》进行节点的连接设计。

3.3主体结构模块的设计
主体结构模块的设计是体现多层模块化钢结构优势的主要方式，因此在设计
中要遵循灵活性和可靠性的原则展开设计。

首先是钢框架结构的设计，钢框架结
构设计的中心点是内部空间的布置，内部空间的布置在设计中要尽量放大，这样
有利于内部模块的组合。

其次是内部空间模块的设计，内部空间设计中包含了内
隔墙模块、外围护模块、支撑体模块等，内部空间设计中要控制好层高，这也有
利于实现成本的优化，在生产空间设计中要针对生产需求进行空间规划，公共空
间与生产空间要进行隔断，增加生产内部空间的可用净高。

内隔墙模块的设计中，可变更隔板的位置要与生产空间协调，外围护模块的集中管道井的位置靠近生活
空间，方便整个生活空间的一体化，干式隔声墙的厚度要增肌，降低生产区域的
噪音，支撑体模块设计中要强调排水立管和雨水管的位置分割。

主体结构的模块
设计要从设计的使用周期角度进行优化，以更灵活的模块组合方式，实现多层模
块化钢结构工业建筑的合理设计。

4.结束语
当前在钢结构工业建筑建筑中，普遍存在技术规范不标准、技术体系单一化、造价成本高、生产体系不完善等问题，尤其是多层模块化钢结构的设计问题十分
突出，多层钢结构中包含了低层、高层和超高层等建筑结构，低多层的模块化钢
结构由于在防火和防腐方面的工艺较为成熟，因此模块组合的效益较高。

通过模
块化的方式优化钢结构设计的方案，是提升多层钢结构应用水平的重要措施。

参考文献
[1] 高屹,黄静. 某新型多层模块化钢结构的设计与分析[J]. 工程建设, 2020, 52(9):5-5.
[2] 王文静, 李志武, 于春义,等. 模块化钢结构建筑结构体系研究进展[J]. 施工技术, 2020, 49(11):7-8.。