摘要：以新时期智慧城市建设为主要背景，分析了装配式建筑模块化设计所坚持的技术理念，围绕具体案例，阐述了DfMA 方法以及 MIC 方法以下的装配式建筑模块化设计方案，综合分区功能设计、模块组合设计以及整体结构设计进行细节分析，以此进一步提升装配式建筑模块化设计的综合价值，为相关工程的开展提供技术参考。

关键词：预制装配式；模块化；建筑结构设计

引言

随着我国社会发展水平的逐步提升，在基础设施建设方面打造多元化以及智能化的技术体系，已经成为了多方关注的重点，而装配式建筑是近些年兴起并且快速进行推广的新型建筑模式，不仅可以提升建筑施工的效率和质量，还可以为快节奏城市建设奠定良好基础。装配式建筑在设计的过程中需要打造一套独特且成熟的设计体系，模块化设计则是其中的重要代表。深度分析模块化设计的具体应用流程和细节，不仅是文章论述的核心内容，也是全面提升装配式建筑设计科学性和规范性的重点研究课题。

1.模块化设计理论

模块化设计诞生于管理领域，最早出现于美国经济领域，主要指的是在复杂的经济管理和项目管理过程中，将同一个问题拆分成不同的步骤，每一个步骤按照各自的主题和规划进行管理，而各个步骤的管理主题之间又有一定的联系，最终可以组成一个整体。这一理念中蕴含着精细化管理的内涵，通过控制细节提升整体的规范性和标准性，由此来避免盲区和错误的出现。之后，模块化设计理论在各领域之间进行了融合，尤其是在装配式建筑施工领域，本身将建筑结构拆分成不同的模块，其设计理念和模块化设计不谋而合，同时也融合了建筑工程的独特性。主要指的是利用专业化的建筑设计技术以及相关软件，分区块的进行装配式建筑结构设计、施工、组装，考虑各个结构之间的联系，从而提升整体工程的全面性和规范性。

2.节点连接设计

2.1连接设计的基本内容

预制装配式模块化结构的节点连接具体包含梁柱之间的连接，柱与柱之间的连接两种形式。（1）实际施工中，节点连接结合模块单元设计的差异在进行梁、柱连接时，主要分为两种施工模式，即现场制作和工厂化制作；（2）框架结构应用钢结构或钢混结构时，可直接进行焊接，根据新修订的钢结构施工标准，结合焊缝形式和规格，对其抗剪及抗弯性能实施验算，强节点连接设计需简单、方便、易实现；（3）混凝土结构的预制装配式模块化建筑，通常是将预制好的模块单元通过吊运将其安装在预制或现浇的混凝土梁、柱上方，现阶段应用的此种节点连接形式相对较为烦琐，具体连接形式包括牛腿柱节点、整浇式节点等形式。

2.2主要设计难点

节点连接在模块化结构中是最为重要的环节，随着科技的不断进步，模块化结构逐步被应用于高层建筑领域，因此对节点设计提出了更高的要求，其必须满足强节点设计的力学要求，确保节点部位强度高于梁、柱其他部位。长期以来节点连接设计始终是模块化结构设计中的技术难点，柱与柱之间的竖向连接，是同一节点位置各模块间的连接，其结构抗震性能和实际承载性能是由该节点的连接形式决定的，所以节点连接设计是最为重要的环节。现阶段，节点连接采用的主要形式有焊接、螺栓连接、铆接等，因焊接施工占用工期较长，且不利于后期拆除更换，而其他几种连接方式也具有诸多局限性，容易造成竖向连接中断，引发结构底层模块产生集中变形。如何选择合理的连接方式及结构模式，最大限度地确保节点连接的稳定性和可靠性，始终是节点连接设计面临的主要难题。

2.3解决改善方法

预制装配式模块化结构设计，不仅要全面结合柱节点连接方式，同时应兼顾剪力较大的情况。为有效降低螺栓受力，确保节点连接位置有足够的刚度，可通过节点与螺栓组合加固的形式来防止节点位置连接强度不足的现状。预制装配式模块化结构连接件承担了螺栓的大部分剪力，同时在极大程度上避免模块单元之间的相互作用，螺栓在连接时仅承担连接件的固定及节点位置的拉力。

3.模块单元设计

3.1模块设计的基本内容

预制装配式模块化结构模块单元设计必须全面结合通用化、模型化、工业化以及集成化的设计理念。实际的性能空间主要采用基本单元体，相同性能的单元体之间应能够实现相互替代、相互通用的作用。单元组合需要彰显建筑结构形式的多样化，应构成科学的结构体系；完成组合后，必须合理配置建筑资源，确保满足实用性和系统性的标准，此外，模块单元设计必须满足国家相关规范文件的具体要求。

3.2主要设计难点

现阶段，模块单元设计存在的难题在于如何通过科学方式对设计模块单元实施合理优化，使其在有效实现自身相关要求的基础上，将结构整体设计以及节点连接方式等各环节所确定的构件类型及具体型号呈现出来。在此基础上对模块单元结构实施设计，看其所具有的力学性能是否有效满足实际需求。

3.3解决改善方法

预制装配式模块化结构的模块单元在实际设计时，将其设计为敞开式，这种形式的模块单元通过现场拼装能够形成较大施工平台，有效确保实现定型化、通用化、工业化和集成化的结构原则，并在完成主体结构、机电安装及装饰装修共同设计的基础上，有效完成空间平台的跨越，符合结构整体设计和连接设计的共同要求。

4.预制装配式模块化结构设计的受力分析

4.1基本设计参数

建立轴网平面，结构层数为3层，层高3.3m，其x向房间数量为6，间距为3900mm，y向分3跨，单跨间距4200mm。（1）设计使用年限及基准期均为50年，场地类型为二类，基本风压值为0.5kN/m2，楼板采用强度等级为C30的钢筋混凝土楼板，板厚120mm，型钢选择Q345级钢，抗震设防烈度为8度（0.3g）；（2）楼板上方取恒载3.0kN/m2，活载2.0kN/m2，梁上方线荷载为60mm厚GRC内隔墙板，面荷载0.35kN/m2，线荷载1.05kN/m。（3）模块单元平面具体布置形式沿横向布置，模块单元上层梁为非结构梁，能够看出轴向设置的构件有2个，在进行梁柱选择时，柱应选择承载性能较好的箱型柱，梁根据槽钢凹槽朝向进行选择。4.2梁柱尺寸确定通过PKPM技术实施结构运算，通过具体运算能够确定选择梁的实际指标，采用组合截面为25b号槽钢，柱子则采用200mm×200mm，厚度为10mm的组合截面，符合结构设计要求。

4.3节点构造设计

按照梁柱具体规格及分析数据设计出与之相匹配的连接件，在结构中的所有节点可完全采用这一节点构造，具体安装时为更好与建筑结构中其他构件进行连接，可对其实施适当优化[8-10]。连接件规格确定后能够分别得到竖向及水平轴线方向上柱与梁的截面图形，采用文章提到的平面划分方式，能够对平面布置和模块单元实施定位。连接件设计完毕后能够得出梁柱组合截面在节点样式影响下的具体位置，得出组合柱间距为20mm，组合梁间距为250mm，采用PKPM技术对梁柱位置实施优化和调整，全面考虑连接件规格的影响，通过对建筑结构整体承载性能、楼层剪重比以及地震作用实施进一步验算，结果全部符合规范要求。

结语

本文针对模块化结构设计中的难点展开全面探究，总结出了新型模块结构具体的改进措施，通过建立力学分析模型得出构件具体尺寸，具体包括以下几个方面：（1）结构具体特征是采用敞开式模块单元，在进行节点连接设计时选择螺栓组合的连接方式，并且将模块单元上层梁设计为非结构梁，使其成为单层梁结构体系；（2）确定主要设计参数，结合结构形式及设计方式，构建结构层数为3层，层高为3.3m，x向开间组合为6mm×3.9mm，y向跨径组合为3m×4.2m的模型，然后运用PKPM技术准确算出梁柱实际尺寸；（3）结合梁柱具体规格及分析数据，设计出连接件的具体型号，并得出结构整体的平面布置形式，然后结合平面布置情况对PKPM模型中的梁柱位置实施优化和调整，并通过二次运算得出具体结果，其建筑结构整体承载性能、楼层剪重比以及抗震性能全部符合规范要求。

参考文献

[1]宋玉普，王军，范国玺，等.预制装配式框架结构梁柱节点力学性能试验研究[J].大连理工大学学报，2014，54（04）：438-444.

[2]王琴.预制装配式建筑结构设计研究[J].建筑与文化，2021（04）：26-29.