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公司动态

某模块化钢结构大学生公寓结构设计

2021-07-02 14:31:05 佛山市昊顺商贸有限公司 阅读

从结构选型、单体划分、模块设计、结构建模分析等方面介绍了某模块化钢结构大学生公寓的结构设计。针对不同的建筑功能需求,在模块内布置了无屈曲波纹钢板剪力墙和普通支撑两种不同的抗侧力构件,经过结构分析比较了两者对结构设计的影响。模块间连接采用了便于施工的梁端盖板螺栓连接,并通过模型对比选用了合理的模拟方法。


工程概况

拟建工程为某大学生公寓,总用地面积 5 378 平方米,总建筑面积为29 380 平方米。该公寓由4栋宿舍楼和中部的公共连廊组成。宿舍楼由4栋宿舍单体围合而成,中央空地为公用庭院。宿舍单体为6层,高度为18 m,提供居住功能。局部存在屋面退台和立面掏空,屋顶布置有太阳能板。公共连廊为4层,高度为12 m,下面两层提供室外交通功能,上面两层提供宿舍间的室内交通功能,屋顶提供室外活动功能。


结构选型

学生公寓建筑的功能决定了其平面布置中大部分区域均为标准的公寓房间,每个房间的尺寸基本为8 700 mm×3 300 mm,层高均为3 000 mm,房间内部的布置也基本一致,标准化程度非常高。所以结构体系选择了环保、快捷、高质量的模块化钢结构建筑体系。由于本项目均为多层建筑,结构抗侧力要求较低,可以直接用建筑模块来抵抗水平力,因此可采用纯模块的结构体系。

由于采用了模块化的建造方式,本学生公寓可以在工厂完成模块内部的结构骨架、建筑墙板和管线的制造和安装,运到现场后仅需完成模块间的结构连接和接缝处理,从而大大缩短现场建造的时间,使得学生公寓的建设可以利用学校假期完成,从而不影响学校的教学工作。同时由于模块化建筑可以方便地进行拆解和异地重建,不同校区甚至不同学校之间宿舍资源的动态调配也成为可能,甚至有可能产生宿舍租赁等新的学生宿舍建设模式。


基本模块的结构系统仅包含框架柱和框架梁,当应用于层数较高的多层建筑中时存在着抗侧力能力不足的问题。关于模块化钢结构建筑抗侧力构件的选用,国内几乎没有与此问题相关的文献,大多还集中在集装箱房屋的研究。而国外在模块钢结构建筑中使用的抗侧力构件主要有普通支撑和波纹钢板墙。但普通支撑会影响大学生公寓的建筑功能,导致过道变窄、门窗布置困难。满布的波纹钢板墙会将模块从角柱承重转变为墙承重,从而引起钢板屈曲、模块内传力复杂,增大设计难度和工程造价。综合考虑建筑结构功能需求和经济成本,本项目抗侧力构件采用同济大学李国强团队研发的无屈曲波纹钢板剪力墙。无屈曲波纹钢板剪力墙如图1所示,包括两侧的竖向边缘构件和中间的波纹钢板。由于它屈服先于屈曲,具备承载、耗能双功能,故耗能能力比一般钢板墙提高数十倍。除了优秀的减震耗能功能外,无屈曲波纹钢板剪力墙尺寸小,布置灵活,不影响建筑功能区间的使用,其在模块内布置如图2所示。

公共连廊部分楼层较低,且一层、二层不提供室内交通的功能,所以在连廊部分的结构体系中设置了交叉支撑和人字支撑。而宿舍部分由于室内采光的要求,不宜在模块短边侧布置支撑,因此在宿舍楼部分的结构体系中布置1 m宽的无屈曲波纹钢板剪力墙作为辅助抗侧力构件。