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模块化钢结构建筑是近年来建筑工业化发展的重要趋势，是一种高度集成的装配式建筑。模块化钢结构建筑由结构稳定的模块单元通过单元间节点拼装成整体，具有极高的工业化程度。已广泛应用于酒店、学生宿舍、公寓、医院等具有重复单元的建筑，在国外已经取得了长足的发展。国内的模块化建筑起步较晚，但随着我国对装配式建筑的大力支持，模块化建筑正在蓬勃发展。
模块化钢结构建筑以其施工高效、绿色环保等优点，逐渐成为国家大力推广的新型装配式建筑体系。国内外的学者针对模块化钢结构建筑受力性能做了大量研究。然而，模块化钢结构建筑作为一种新型的装配式建筑形式，在结构特点、力学模型、计算假定和设计方法等方面与传统建筑存在较大差异。虽然目前已取得了一定的研究成果，但模块化钢结构建筑在运用推广时还在设计分析方法、计算参数取值和整体性能指标套用传统标准等方面面临挑战。
该文从模块连接节点、模块单元抗侧力体系、模块柱受力性能、结构整体性能分析等方面，系统综述了近年来模块化钢结构建筑体系的应用与研究成果。结合现有模块化钢结构建筑相关规程和标准，给出了该领域的研究方向及未来发展趋势，为工程实践和科学研究提供了一定参考。
English Abstract
Modular steel construction is an important trend in the development of building industrialization in recent years and represents a highly integrated form of prefabricated building. Modular steel buildings are assembled from structurally stable modular units through inter-module connections, featuring an extremely high degree of industrialization. They have been widely applied in buildings with repetitive units such as hotels, student dormitories, apartments, and hospitals, and have achieved significant development abroad. The domestic modular construction started relatively late, but with China's strong support for prefabricated buildings, modular construction is currently thriving.
Modular steel construction, with its advantages of high construction efficiency and environmental protection, has gradually become a new type of prefabricated building system vigorously promoted by the state. Scholars both domestically and internationally have conducted extensive research on the mechanical performance of modular steel buildings. However, as a new form of prefabricated construction, modular steel buildings differ significantly from traditional buildings in terms of structural characteristics, mechanical models, calculation assumptions, and design methods. Although certain research achievements have been made, the promotion and application of modular steel buildings still face challenges in design analysis methods, selection of calculation parameters, and the application of traditional standards to overall performance indicators.
This paper systematically reviews the application and research achievements of modular steel construction systems in recent years from the aspects of inter-module connections, lateral force resisting systems of modular units, mechanical properties of modular columns, and overall structural performance analysis. Combined with existing relevant regulations and standards for modular steel buildings, the paper identifies research directions and future development trends in this field, providing useful references for engineering practice and scientific research.
一、模块化钢结构建筑的概念与优势
模块化钢结构建筑是一种新型的装配式建筑形式，由结构稳定的模块单元通过单元间节点拼装成整体。模块单元在工厂内完成结构、围护、设备管线、室内装修等全部或大部分工作的预制与集成，运至施工现场后通过可靠的节点连接拼装成完整的建筑结构。这种建造方式将大量的现场作业转移至工厂完成，从根本上改变了传统建筑施工的组织模式。
模块化钢结构建筑具有一系列突出的优势。施工速度快是模块化建筑最显著的特点——工厂预制与现场基础施工可以并行开展，现场仅需进行模块吊装和节点连接，大幅缩短了施工周期。质量可控——工厂化的生产环境使得模块的加工制作精度和质量一致性远高于传统的现场作业。绿色环保——模块化建造减少了施工现场的湿作业、建筑垃圾和噪声污染，符合绿色建造的发展方向。此外，模块化钢结构建筑还具有可拆卸重复利用的特点，模块单元在建筑使用寿命结束后可以拆卸并迁移至其他场地重新使用，具有显著的全生命周期环境效益。
二、模块化钢结构建筑的应用现状
模块化钢结构建筑已广泛应用于酒店、学生宿舍、公寓、医院等具有重复单元的建筑类型中。在国外，特别是在英国、美国、澳大利亚、日本和新加坡等国家，模块化建筑已经取得了长足的发展，形成了较为成熟的技术体系和产业链。英国学者Lawson等撰写的《Design in modular construction》是该领域的经典著作，系统阐述了模块化建筑的设计方法。
国内的模块化建筑起步较晚，但随着我国对装配式建筑的大力支持以及“双碳”战略的推进，模块化建筑正在蓬勃发展。模块化钢结构建筑符合绿色建筑和建筑工业发展的需求，尤其适用于应急救灾建筑。在雄安新区等国家重点项目中，模块化钢结构建筑已得到示范应用。尽管如此，与发达国家相比，我国在模块化钢结构建筑的技术体系、标准规范和工程经验方面仍有较大的提升空间。
三、模块化钢结构建筑面临的技术挑战
模块化钢结构建筑作为一种新兴的结构形式，在受力机理、设计方法和分析理论上与传统建筑存在较大差异。传统钢结构设计中的计算假定、设计方法和整体性能指标能否直接套用于模块化结构，尚缺乏充分的理论依据和试验验证。
具体而言，模块化钢结构建筑面临以下几方面的技术挑战：模块连接节点的力学性能是模块化结构区别于传统结构的关键所在——模块单元之间的连接节点不仅需要传递剪力、轴力和弯矩，还需要满足快速装配和可拆卸的要求；模块单元的刚度与承载力——模块单元在运输和吊装过程中的受力状态与使用阶段不同，需要综合考虑；模块柱的受力性能——模块化结构中柱子通常由多个模块的角柱叠合而成，形成“群柱”受力模式，其受力性能与单根柱子有本质区别；结构的整体稳定性——模块间连接的半刚性特性对结构的整体刚度和稳定性有显著影响，需要在设计中予以充分考虑。这些问题均需要系统深入的科学研究来支撑工程实践。
四、综述的目的与意义
在上述背景下，该文从模块连接节点、模块单元抗侧力体系、模块柱受力性能、结构整体性能分析等方面，系统综述了近年来模块化钢结构建筑体系的应用与研究成果。通过梳理已有研究的主要进展和关键问题，并结合现有模块化钢结构建筑相关规程和标准，给出该领域的研究方向及未来发展趋势，旨在为工程实践和科学研究提供系统性的参考。
该综述论文从以下四个方面系统总结了近年来模块化钢结构建筑体系的应用与研究成果：
模块连接节点是模块化钢结构建筑的核心技术问题之一。模块间连接节点对于结构整体性能有显著影响，因此其设计至关重要。模块化钢结构建筑不同于传统钢结构建筑，前者具有“多梁”“多柱”的结构特征，节点构造更为复杂。
文章从构件装配层面、模块化结构层面和模块化建筑层面三个层次综述了国内外模块化钢结构建筑连接节点的构造形式和研究现状。在构件装配层面，主要关注单个模块内部构件之间的连接；在模块化结构层面，聚焦于模块与模块之间的连接节点；在模块化建筑层面，则考虑模块与基础、模块与核心筒等其他结构单元之间的连接。
在节点类型方面，国内外学者已提出了多种模块间连接方案，包括螺栓连接节点、焊接连接节点、插接式节点、自锁式节点等。Deng等对带盖板螺栓连接的单调和循环响应进行了系统研究；Chen等对模块化建筑内部节点进行了试验研究；Shi等提出了一种新型内套筒组合螺栓连接节点。文章对这些节点的受力机理、破坏模式、刚度特性、抗震性能等方面的研究成果进行了系统梳理。特别关注了节点刚度对结构整体性能的影响——Duan等的研究表明，模块间连接的转动刚度对高层模块化钢结构的受力性能有显著影响。
模块单元的抗侧力体系是保证模块化钢结构建筑在风荷载和地震作用下安全性的关键。文章综述了模块单元在水平荷载作用下的受力性能和抗侧力机制。
模块单元通常由四个角柱和四根边梁组成框架，墙板和楼板提供面内刚度和抗剪承载力。在水平荷载作用下，模块单元的侧向变形由框架的弯曲变形和墙板的剪切变形共同构成。文章总结了不同类型模块单元（如纯框架模块、带支撑模块、带墙板模块等）的抗侧刚度、承载力和耗能能力等方面的研究成果。此外，文章还讨论了模块单元之间的相互作用对整体结构抗侧性能的影响——当多个模块并排布置时，模块之间的协同工作效应可以显著提高整体结构的抗侧刚度。
模块化钢结构建筑中，竖向荷载通常由模块的角柱承担。当多个模块在竖向叠合时，角柱在楼层处通过连接节点相连，形成所谓的“群柱”受力模式。群柱的受力性能与单根柱子有本质区别——连接节点的半刚性特性使得群柱在竖向荷载作用下的轴力分布和稳定承载力不同于传统的连续柱。
文章综述了模块柱在轴压、偏压及压弯等不同受力状态下的力学性能研究成果。重点讨论了以下问题：模块柱的计算长度如何取值；连接节点对柱子的转动约束如何影响其稳定承载力；群柱效应如何影响竖向荷载的分配。这些问题是模块化钢结构设计中亟需解决的基础性问题。
结构整体性能分析是连接构件研究与工程设计的桥梁。文章从结构整体受力性能、动力特性、抗震性能、抗连续倒塌性能等方面，综述了模块化钢结构建筑整体性能的研究进展。
在整体受力性能方面，文章讨论了模块化钢结构建筑在竖向荷载和水平荷载共同作用下的内力分布规律和变形特征。在动力特性方面，综述了模块化结构的自振频率、阻尼比和振型特征等研究成果。在抗震性能方面，文章重点关注了模块间连接的半刚性特性对结构整体抗震性能的影响——节点刚度如何影响结构的层间位移角分布、塑性铰发展顺序和耗能机制。在抗连续倒塌性能方面，文章讨论了模块化结构在意外荷载作用下的荷载传递路径和冗余度。
文章还指出了模块化钢结构建筑在设计分析方法、计算参数取值和整体性能指标方面套用传统标准所面临的问题。例如，传统抗震设计中的“强柱弱梁”准则在模块化结构中如何体现；模块间连接的半刚性特性如何在整体分析中合理考虑；结构的整体稳定性验算方法是否需要针对模块化结构进行专门调整等。这些问题需要在未来的研究中进一步深入探讨。
通过对模块化钢结构建筑体系应用与研究成果的系统综述，可以得出以下主要结论：
（1）模块化钢结构建筑是建筑工业化的重要发展方向。 模块化钢结构建筑以其施工高效、绿色环保、质量可控、可重复利用等突出优势，已成为国家大力推广的新型装配式建筑体系。已广泛应用于酒店、宿舍、公寓、医院等具有重复单元的建筑类型中。
（2）模块连接节点是模块化钢结构建筑的核心技术问题。 模块间连接节点对结构整体性能有显著影响。国内外学者已从构件装配、模块化结构和模块化建筑三个层面，对多种类型的连接节点（螺栓连接、焊接连接、插接式、自锁式等）开展了大量研究工作。
（3）模块柱的“群柱”受力模式是区别于传统钢结构的重要特征。 模块化结构中柱子由多个模块的角柱通过节点叠合而成。连接节点的半刚性特性使得群柱的计算长度、稳定承载力和轴力分布等问题需要专门研究。
（4）模块化钢结构建筑的设计方法仍需进一步完善。 模块化钢结构建筑在结构特点、力学模型、计算假定和设计方法等方面与传统建筑存在较大差异。目前在设计分析方法、计算参数取值和整体性能指标套用传统标准等方面仍面临挑战。
（5）后续研究方向建议。 结合现有模块化钢结构建筑相关规程和标准，建议在以下方向开展进一步研究：完善模块连接节点的力学模型和设计方法；建立适用于模块化结构的整体分析理论和设计方法；开展模块化钢结构建筑抗震性能和抗连续倒塌性能的系统研究；推动模块化钢结构建筑设计标准和施工规范的编制与完善。
