模塊建筑

是一種工廠化程度很高的預(yù)制裝配建造體系。它是由模塊單元組裝而成，模塊單元在工廠的流水線上生產(chǎn)，運到工地后，通過專門的工具和拼接構(gòu)造，裝配成完整的建筑體。

模塊建筑的型式和種類很多，不同的廠家有不同的產(chǎn)品體系。通常，提到模塊建筑會直接想到盒子建筑，但廣義上講，模塊建筑可分為一維、二維、三維體系。

一維體系是指在工廠加工好標準梁柱構(gòu)件，運到現(xiàn)場后，把梁柱構(gòu)件按裝配式連接構(gòu)造拼接成結(jié)構(gòu)骨架，由于梁柱構(gòu)件只有一個方向的尺度，因此稱之為一維體系；

二維體系是指在工廠完成建筑墻板和樓板、屋面板等平面板件的制造，在平面板件中可以集成建筑內(nèi)外裝飾部件、設(shè)備管線，整個建筑是在工地現(xiàn)場由若干板件拼接而成；

三維體系即盒子建筑，在工廠里完成一個標準箱體單元的制造，完成單元所有內(nèi)部裝修、設(shè)備管線安裝、全部或部分外立面裝修，運到現(xiàn)場后，采用專門連接構(gòu)造，將箱體搭接成一個完整的建筑。

三維模塊建筑產(chǎn)品

國外對模塊建筑的研究起步于上世紀八十年代，并有諸多應(yīng)用的實例。三維模塊建筑的種類很多，各生產(chǎn)廠家都建有完善產(chǎn)品體系。其原理基本上是利用或參考集裝箱的尺寸（箱體尺寸，特別是寬度由運輸尺寸控制），在工廠中把結(jié)構(gòu)骨架、內(nèi)外裝修甚至家具都制造安裝完畢，運輸?shù)浆F(xiàn)場后，直接吊裝，搭成一幢完整的建筑。下圖是三維模塊建筑的生產(chǎn)和施工過程示意。

三維模塊建筑的結(jié)構(gòu)骨架也有多種類型，可以是木龍骨、冷彎薄壁型鋼龍骨、集裝箱箱體，也有采用型鋼做梁柱，用輕質(zhì)墻板作為圍護構(gòu)件。結(jié)構(gòu)受力有兩種常見型式：

1) 墻承重型式：4 面墻連續(xù)，豎向荷載由墻傳遞（圖 2）；

2）柱承重型式：豎向荷載通過角柱或中間柱傳遞（圖 3）。木龍骨模塊建筑通常是墻承重型式，集裝箱箱體為柱承重型式，冷彎薄壁型鋼龍骨模塊則兩種型式都有。

在加拿大、澳大利亞等礦產(chǎn)資源豐富、人口稀少的工業(yè)化發(fā)達國家，模塊建筑除了用于建造旅館、低層住宅、城市辦公樓等城鎮(zhèn)建筑，還普遍用于礦區(qū)、林場的辦公及宿舍。因為這些地區(qū)往往地處偏遠，人模塊單元工廠預(yù)制跡罕至，而且不通水電，有的甚至道路都沒有，宿舍和辦公設(shè)施不可能采用傳統(tǒng)的現(xiàn)場建造方式。采用三維模塊，將所有設(shè)施在工廠安裝好，用運輸工具運到現(xiàn)場，可以快速完成建造。

木龍骨三維模塊建筑

采用木龍骨做骨架的三維模塊建筑產(chǎn)品多見于木材資源較豐富和習(xí)慣采用木材建造房屋的北美地區(qū)。圖 4 是加拿大一家公司的木龍骨三維模塊箱房。該公司的模塊單元尺寸高度標準化，只有一種規(guī)格：12' ×48' ×12‘ (寬3.66m×長14.63m×高3.66m)，每個模塊建筑面積約53.5m2，但內(nèi)部空間布局可根據(jù)建筑使用需要進行設(shè)計，主要用于礦場和林場的職工宿舍、辦公室、食堂、設(shè)備間。圖 5 是該公司的一個礦場職工宿舍，一共264 個模塊，建筑面積14,127m2，制造和安裝工期一共155 天。

集裝箱模塊建筑

用于貨運的常見標準集裝箱主要有 20 尺箱和40 尺箱。20 尺箱外尺寸(長x寬x高(英尺))為20x8’x8’6”，內(nèi)徑5.898x2.352x2.39m；40 尺箱外尺寸40x8’x8’6”，內(nèi)徑12.024x2.352x2.39m；還有一種40尺高柜，外尺寸40’x8’x9’6”，內(nèi)徑為11.8x2.34x2.68m。高柜內(nèi)凈高2.68m，接近建筑層高，比較便于改造成集裝箱房屋。

基于集裝箱箱體建造房屋也是一種三維模塊建筑?？刹捎眯碌募b箱，也可采用退役集裝箱。國際海運法規(guī)定，集裝箱使用10 年后強制退役，所以每年從運輸業(yè)淘汰的集裝箱超過了100 萬TEU(集裝箱的計量單位，專用于集裝箱的計數(shù)，1 個20 尺箱計作1 個TEU，1 個40 尺箱計作2 個TEU)。退役集裝箱的處理方式通常為回爐煉鋼，但這樣會產(chǎn)生大量的二氧化碳。另一方面，退役的集裝箱實際上還可以繼續(xù)使用5~10 年。采用舊集裝箱改造成房屋，成本相對較低，但使用年限有限，層數(shù)有限，多用于臨時建筑和設(shè)施。

由于運輸過程中需要承受各種荷載，包括道路顛簸、海浪和颶風(fēng)，貨運集裝箱箱體具有較高的結(jié)構(gòu)強度。相關(guān)集裝箱標準規(guī)定，貨運集裝箱空載時，最多可堆載12 層，載貨后可堆載8~12 層。圖7是一個標準集裝箱的構(gòu)成示意圖。集裝箱房屋即是由若干個這樣的箱體，配上門窗等建筑和設(shè)備部品，搭建而成。箱體和箱體之間，通過角件(Corner Fit)連接。角柱具有較強的豎向荷載承載力。側(cè)板(Sidewall Panel)及端板(Endwall panel)為1～2mm 厚的波紋鋼板，承受水平力時類似波紋鋼板剪力墻，具有較高的水平承載力和較強的抗側(cè)剛度，可在集裝箱建筑用作結(jié)構(gòu)體系的抗側(cè)構(gòu)件。但改造成房屋后，需要開洞，因此對箱體和整體結(jié)構(gòu)需要進行分析和計算。

純粹的一維體系工廠化程度最低，而且必須和二維或三維體系結(jié)合，才算得上是工業(yè)化建造。一維體系和二維體系結(jié)合時，即梁柱框架結(jié)構(gòu)加上二維墻板、屋面板和樓板模塊；和三維體系結(jié)合時，形成梁柱框架和箱式單元混合建筑，可以增加盒子建筑的建造高度和開間。三維體系工業(yè)化程度最高，但由于尺寸和規(guī)格相對固定，箱體標準化程度較高，因此空間靈活性和多樣性較差，更適用于宿舍、旅館、辦公樓、別墅建筑。二維體系在工業(yè)化程度上不如三維體系，但運輸效率和建筑多樣性方面更優(yōu)，因此在住宅中的適用性更佳。