钢结构模块建筑在学校建筑中的应用

钢结构模块建筑在学校建筑中的应用

袁江平，张玮莹，杨绍华，刘剑斌，许顺伟，杨墨寒

（深圳市中集建筑设计院有限公司，深圳，518067）

【摘要】模块建筑是装配式建筑发展的新模式，符合政策要求，也符合建筑工业化、智能化、绿色化的发展方  向。模块建筑具有设计生产标准化、集成装配率高、建造速度快等特点，可将其用于学校建筑，解决学位供需矛盾，

改善教学环境，提升教育质量。

Modularbuildingisanewmodeofprefabricatedbuildingdevelopment, whichmeetspolicyrequirementsandisalso   inline with thedevelopmentdirectionofbuildingindustrialization,intelligenceand greening.Modularbuildingshave the    characteristicsofstandardizeddesignandproduction,highintegrationassemblyrateandfastconstructionspeed.Itcanbe usedinschoolbuildingstosolvethedemandofeducationresourcebetweensupplyanddemandofdegrees,improvethe

teaching environment.

【关键词】建筑工业化Buildingindustrialization；学校建筑Schoolbuilding；模块建筑Modularbuilding；装配式

建筑Prefabricatedbuilding；标准化设计生产StandardizeddesignandManufacture，建筑模型信息BIM

1、现状背景

罗湖区是深圳经济特区最早开发的城区，也是深圳市中心城区之一。随着城市高速发展城区老化，

罗湖教育历史遗留的学位压力大、教育质量有待提升等问题逐渐凸显。

随着罗湖区入学适龄人口的增长，同时二孩政策的放开，全区学位需求陡增，学位需求日趋严峻，

学位压力进一步加大。目前已有部分学校超指标运营，占用教辅用房及教师办公室，影响教学质量。

据统计，罗湖区目前小学班数需求约为2000班，实际办学规模为1350班，按规范规定每班45

人计，小学学位缺口达29250个。

2、政策指引

2.1    2020年7月，住建部、发改委、科技部、工信部等十三个部门联合印发《关于推动智能建 造与建筑工业化协同发展的指导意见》。意见提出：要围绕建筑业高质量发展总体目标，以大力发展 建筑工业化为载体，以数字化、智能化升级为动力，形成涵盖科研、设计、生产加工、施工装配、运

营等全产业链融合一体的智能建造产业体系。

2.2    2020年08月，住建部、教育部、科技部、工信部等九部门联合印发《关于加快新型建筑工 业化发展的若干意见》。意见提出：要从“加强系统化集成设计”、“优化构件和部品部件生产”、“推广精益化施工”、“加快信息技术融合发展”、“加大政策扶持力度”等九个方面，全面贯彻新 发展理念，推动城乡建设绿色发展和高质量发展，以新型建筑工业化带动建筑业全面转型升级，打造

具有国际竞争力的“中国建造”品牌。

3、项目应用

3.1项目简介

基于目前学位紧张的现状，为了契合国家一系列的政策精神，《深圳市罗湖区教育发展第十三个五年规划》提出，要努力打造与罗湖经济社会发展相匹配的一流教育，利用城市更新拓展办学空

间，加快新改扩建学校进程。

为此，罗湖区政府及相关单位经过多方探索与沟通，提出了建设临时校舍的解决办法，通过对区域内现有储备空地建设临时校舍，采用多渠道、多途径增加学位供给措施，有效缓解区域内学位压力，切实解决现有教育设施不足问题。同时改善罗湖区的教育环境，推进罗湖区教育均衡化优质

化，促进深圳教育事业发展，加快深圳教育设施布局建设。

深圳市清水河街道LH-049地块临时校舍新建工程项目，位于罗湖区泥岗东路，红岭立交东北侧， 清水河畔。项目规划为18 班小学教学楼，提供810 个学位；用地面积2817.6 平方米，建筑面积4541.04  平方米，建筑层数4层，高度17.92米，属于多层公共建筑。设计耐火等级为二级，抗震设防烈度  为7度。其中首层采用装配式钢框架，主要为活动架空层和设备用房；二至四层采用箱式钢结构集

成模块，为标准教室、专业教室及教师办公室等教辅用房。

3.2标准化设计

首先根据相关中小学建设标准，基于教学楼的使用特点和功能要求，将空间形态规整、通用性强、重复率高作为模块单元设计依据；遵循少规格、多组合的原则，模块建筑平面设计以模块单元的基本平面尺寸作为设定组合模数的依据。该项目以两种基本平面尺寸模块为基本单元：A＝12.6m

×4.2m×3.8m

（长×宽×高）和B＝8.4m×4.2m×3.8m（长×宽×高）。

利用两个A模块单元，组合构成一个带走廊的标准教室及专业教室，使用面积可达70平方米；

教师办公室为一个A模块单元，约有35平方米本的办公功能空间。而B模块单元主要用在卫生间、

楼梯间等部位。通过以上标准化设计，利用AB两种基本单元进行各种组合，可以覆盖标准教室、

专业教室、办公用房、辅助用房、交通空间等90％的功能空间。

图1   标准教室平面示意图

本项目教学楼为长条形，总长度约80m，南北立面为主立面。北立面为教室走廊立面，南立面为 教室采光立面，通过将立面上门窗设计标准化，栏杆构件标准化，空调板、装饰构件标准化，既满足

采光需求、空调机位设置、立面防水包覆等功能，同时又可以大大提高构件预制率、有利于工厂生产。

图2

立面示意图

3.3结构计算模型

本项目采用模块-钢框架结构体系，结合制造和施工工艺，计算模型中模块之间的连接节点、以及

模块与首层框架钢结构的连接节点，均采用铰接模型。采用SAP2000对整体模型进行有限元分析，采

用二阶弹性分析，考虑二阶效应（P-Δ),以假想水平力考虑整体缺陷，柱计算长度取1进行稳定验

算。

分析结果，在风荷载工况下，最大层间位移角1/339＜1/300，满足规范要求。

3.4拼接节点标准化

应本项目模块与模块间的连接节点主要包括单柱双梁、双柱双梁、四柱双梁等节点，梁柱连接采用连接盒以高强度螺栓连接，具备调整安装定位和施拧的作业空间，连接做法简单、易操作。与结构

计算模型假定相符合，满足结构安全和抗震要求。

图4   拼接节点示意图

3.5构件标准化

本项目竖向构件全部采用采用标准方钢；水平构件包括标准方钢钢梁、钢楼梯、钢筋桁架楼承板、

纤维板水泥板组合楼板等，均为预制构件。

主体结构梁、柱等受力构件均在工厂生产预制、焊接，形成单元模块的梁柱组合空间六面体。

3.6围护墙与内隔墙

本项目内外墙全部为非砌筑、免抹灰的金属面岩棉夹芯板，面带装饰覆膜，达到装饰、保温隔热一体化效果，且全部在工厂预安装完成。本项目楼板采用底次梁＋柔性减震垫＋高强度纤维水泥平板

+PVC地胶板的工艺做法，除模块间连接处外，均在工厂完成。

3.7  机电装修一体化、管线分离

本教学楼为公共建筑，在方案设计阶段精装设计就已介入，根据建筑功能空间进行精装方案设计。 门厅、楼梯间、走廊等公共区域和标准教室、专业教室、办公用房等室内区域，在提供施工图的同时，

也提供了完善的装修设计图。

3.7.1机电装修一体化

暖通、给排水、电气专业管线、设备综合布置于房间装修图纸，对末端点位（如风口、烟感、喷淋、灯具等）进行碰撞检查，发现位置干涉则相互协调修改，并核实管线位置满足工厂装配的要求。

最终实现在满足装修风格基础上，同时满足各机电专业的使用功能和规范要求完成一体化设计工作。

通过绘制暖通、给排水、电气专业的管线综合剖面，设计阶段即对管线的安装位置、高度作具体

排布，复核室内吊顶的造型、净高，消除无法施工、构件不满足安装等的隐患。

遵循满足工厂装配式施工要求，机电管线路由设计均不跨越箱体模块，实现模块区域的房间内机

电设备、管线在工厂内集中装配完成。

另外，机电管线在箱体模块内图纸内综合排布后，协调解决管线碰撞问题，各专业在立面图纸表

达穿墙预留洞口，以满足装配式施工要求。

3.7.2管线分离

通风管道、给排水管、消防水管、电缆线槽等机电管线敷设在非承重墙体空腔和吊顶内，满足室

内装修效果，不影响主体结构。

机电管线在装修立面图上均表达具体预埋位置和尺寸大小，确保现场安装线管时预埋正确，无需

现场重复开洞剔凿。在非承重墙体内部空腔预埋线管以便插座、开关等穿线接驳。