模块化钢结构建筑连接技术及鲁棒性研究进展与展望
作者:陈金林,侯兆新,龚超,刘兆祥,赵木子,付张鑫出处:建筑钢结构进展,2025,27(04):1-13,DOI:10.13969/j.jzgjgjz.20231101001主题:模块化钢结构建筑连接技术及鲁棒性研究进展与展望原文官方阅读链接:[https://cjournal.hep.com.cn/1671-9379/CN/10.13969/j.jzgjgjz.20231101001](https://cjournal.hep.com.cn/1671-9379/CN/10.13969/j.jzgjgjz.20231101001)摘要:模块化钢结构建筑具备标准化、工厂集成预制、现场快速装配等优势,是装配式钢结构前沿方向。文章围绕三大核心难题:模块间连接节点承载力不足、模块构件协同受力差、整体结构鲁棒性偏弱,归纳国内外模块化钢结构半刚接、刚接节点形式;从力学性能与现场安装两个角度分析各类节点优缺点,提出梁端-柱端混合式连接思路;对比模块组合梁、柱构件与传统组合构件差异,提出非连续连接组合梁(柱)方案;梳理模块化结构鲁棒性影响规律,指出未来需要在刚性连接节点研发、非连续组合构件、整体体系分析方面持续深入研究。一、研究背景与研究出发点研究背景:模块化钢结构将建筑单元在工厂整体预制,现场仅完成模块拼装,大幅缩短工期、减少现场湿作业,契合建筑工业化与绿色建造政策。但模块化建筑不同于传统钢框架,荷载传递依靠模块角部连接,现有节点普遍存在刚度不足、安装困难;模块之间梁、柱难以协同受力,在局部构件失效时易发生连续倒塌,结构鲁棒性不足,限制模块化钢结构在高层、高烈度抗震区推广应用。研究出发点:系统梳理现有模块连接节点形式,对比不同节点力学性能与施工特点;剖析模块构件协同工作机理,总结结构鲁棒性研究成果,找到当前技术瓶颈,提出新型连接与构件方案,为模块化钢结构设计规范完善和工程应用提供理论参考。二、节点分类与构造方案1. 模块半刚接节点:多采用螺栓单侧连接,构造简单、安装便捷;但转动刚度低,弯矩传递能力有限,多用于低层模块化建筑。典型形式:角件螺栓连接、夹板单侧螺栓连接。2. 模块刚接节点:可传递弯矩、剪力,实现模块之间刚性约束,提升整体抗侧性能;缺点是现场对孔难度大,安装复杂。典型形式:端板螺栓连接、套筒式全螺栓连接。3. 梁端-柱端混合式连接(文章提出新型思路):同时在模块梁端、柱端设置连接构造,兼顾弯矩传递能力与现场安装便利性,平衡力学性能与装配效率。> 配套构件方案:非连续连接组合梁/柱,在模块拼接位置局部设置连接件,实现模块梁、柱协同受力,不需要全长连续连接,兼顾建筑内部装修空间。三、提升方案对比分析说明:对比半刚接节点、传统刚接节点、梁端-柱端混合式连接三种方案的承载力、转动刚度、现场装配难度、造价、适用楼层。1. 半刚接节点:安装简单、造价低;转动刚度弱,整体性差,**仅适合低层模块化建筑**。2. 传统模块刚接节点:刚度高、抗震性能好;构件对位困难,现场施工效率低,成本偏高。3. 梁端-柱端混合式连接:兼顾刚度与安装便利性,模块之间可以有效传递弯矩;构造相对复杂,还需要更多试验验证。结论:低层项目优先选用半刚接角件连接;中高层、抗震设防要求高的建筑,推荐采用梁端-柱端混合式刚接方案;采用非连续组合梁/柱,可以在不占用室内空间前提下提升模块整体协同性能,改善结构抗连续倒塌能力。四、研究结论与工程应用价值研究结论:1. 模块化钢结构的核心短板在于模块间连接,半刚接节点整体性不足,传统刚接节点施工困难;梁端柱端混合连接是有潜力的改进方向。2. 模块梁柱仅靠角部单点连接时,构件独立受力,协同工作差;非连续组合构件可以有效提升整体刚度与承载力。3. 模块节点性能直接决定结构鲁棒性,节点失效是模块化建筑发生连续倒塌的主要诱因;目前体系层面设计方法仍不完善,缺少统一设计理论。工程应用价值:1. 为多高层模块化钢结构住宅、宿舍、公寓等装配式工程提供节点选型参考。2. 指导工程师评估模块化结构抗连续倒塌安全性能,提升建筑抗震韧性。3. 为模块化钢结构相关规范修订、新型连接节点研发提供文献支撑,推动模块化钢结构在高烈度地区的推广应用。
2026-10-15