Huu-Tai Thaia、Tuan Ngoa、Brian Uyb

a墨爾本大學基礎設施工程系，帕克維爾，VIC 3010，澳大利亞

b悉尼大學土木工程學院，悉尼，新南威爾士州 2006，澳大利亞

摘 要

模塊化施工被認為是一種改變游戲規則的技術，因為與傳統的現場施工相比，它可以提供更快的施工、更安全的制造、更好的質量控制和更低的環境影響。由于高層建筑固有的拓撲模塊化形式和可重復模塊數量的增加，這些好處可以在高層建筑中最大化。然而，由于缺乏堅固的結構系統和連接技術來確保完全模塊化建筑的結構完整性、整體穩定性和堅固性，目前高層建筑模塊化建筑的應用非常有限。此外，缺乏設計指南也阻礙了建筑行業實施此類技術。

隨著結構系統和材料的最新進步，模塊化建筑在高層建筑中的實際應用具有巨大的潛力。本文對高層建筑模塊化施工技術的最新創新進行了批判性回顧，重點關注結構系統、連接技術、漸進式倒塌和結構堅固性。還討論了模塊化結構設計規范的發展。

本文最后強調了阻礙模塊化結構廣泛采用的技術挑戰，并提出了未來研究的潛在解決方案。這篇綜述論文有望成為該研究領域的專家、研究人員和專業人士的完整參考。

關鍵詞：模塊化建造；模塊化高層建筑；模塊間連接；漸進式倒塌和結構堅固性；模塊化設計

1.介  紹

裝配式建筑是指在工廠制造建筑構件并運至建筑工地進行安裝的施工過程。與傳統的現場施工相比，它具有顯著的優勢，例如更快、更安全的制造、更好的質量控制和更低的環境影響 ，從而在材料效率、減少現場浪費（高達 90% ）方面帶來可持續性效益）并改善工作條件 。根據最近項目的案例研究，使用模塊化施工技術可以減少 50% 的施工時間，節省 20% 的成本 。

裝配式建筑的概念并不新鮮，但其技術、經濟需求和不斷變化的思維方式吸引了前所未有的興趣和投資浪潮。預計它將通過用更少的美元快速提供住房供應來解決經濟適用房危機。

根據預制程度，預制建筑可分為三類：1D 單元、2D 板式系統和 3D 體量系統 。鑲板和體積建筑，也稱為模塊化建筑，是最有效的預制建筑類別，因為它允許建筑物 的 70% 到 95% 在工廠預制，然后運輸到現場組裝。

因此，這種方法被認為將塑造建筑行業的未來。本文將重點討論模塊化建筑，在香港也稱為模塊化集成建筑（MiC），在美國稱為永久模塊化建筑（PMC），以及在新加坡稱為預制預制體積建筑（PPVC）。

模塊化單元有三種主要的施工方法，如圖圖1所示。在基于核心筒的方法中（圖1a)、所有模塊都聚集在一個或多個穩定核心周圍。模塊化單元的設計僅能抵抗建筑物整個高度上的垂直重力荷載，而風和地震作用產生的側向力則由核心筒分別抵抗。因此，橫向隔膜以及模塊和核心之間的連接應該足夠堅固，以將橫向載荷傳遞到核心結構。核心筒可以由預制混凝土或現澆鋼混凝土復合墻建造，并且可以通過在地板和天花板內提供額外的支撐系統來最大化建筑高度。

在基于裙樓的方法中（參見圖1b)、將模塊化單元放置在設計為傳統鋼、混凝土或鋼-混凝土混合結構的裙房或平臺結構的頂部。裙樓作為模塊化單元的基礎，可以圍繞高層建筑的核心堆疊或聚集。這種方法特別適用于混合用途建筑，其中裙樓結構可以提供零售或商業用途或地下停車場的開放空間。在填充框架方法中，模塊化單元放置在主要框架結構的梁和柱之間，如圖所示圖1C。由于主體框架結構采用常規方法在現場施工，保證了模塊化建筑的整體穩定性。

模塊化建筑在公寓、學校、辦公室、宿舍、酒店和醫院等具有重復單元的結構中是首選。模塊化結構的好處，由于重復模塊數量的增加，高層應用將最大化。在澳大利亞、英國、新加坡和美國，模塊化建筑的使用呈增長趨勢，這些國家的勞動力成本和住房短缺問題備受關注。

盡管過去三十年來模塊化建筑已廣泛應用于低層建筑，但其在高層建筑中的應用仍然有限（不到1%）。這是因為建筑行業由于缺乏（i）設計指南，（ii）強大的模塊間連接技術，以及（iii）對結構行為、整體穩定性和模塊化建筑的結構堅固性。最近的一項理論研究[19]證實了如果上述技術挑戰得到解決，將模塊化建筑擴展到高層建筑的可行性。因此，當前模塊化高層建筑的研究趨勢集中在解決這些技術挑戰上。

本文將探討高層建筑模塊化施工技術的最新創新。審查將重點關注（i）高層建筑模塊化技術的最新應用，（ii）高層建筑的結構系統，（iii）模塊間連接技術，（iv）模塊化建筑的漸進式倒塌和結構堅固性，（v）和模塊化建筑的結構設計指南。最后，提出了解決模塊化結構現有技術挑戰的未來建議。應該指出的是，最近對模塊化建筑的評論主要集中在與結構性能、模塊化建筑的挑戰和機遇以及模塊間連接的性能相關的其他方面。因此，這篇綜述論文將為該研究領域的專家、研究人員和專業人士提供完整的參考。

2.模塊化技術在高層建筑中的應用

模塊化結構已廣泛應用于世界各地的低層建筑，特別是在英國、北美、中國、新加坡和澳大利亞。盡管在高層建筑中實施模塊化建筑技術存在技術挑戰，但由于制造和材料技術的進步，近年來已經建造了一些模塊化高層建筑。然而，全球模塊化高層建筑的數量仍然有限（不到1%）。

本文僅對世界上最高的十座模塊化建筑進行了審查，總結如下：表格1。可以看出，采用3D體積模塊建造的模塊化高層建筑大多以鋼材為基礎，而懲罰性和體積法相結合建造的模塊化高層建筑則普遍采用混凝土。

盡管澳大利亞采用模塊化建筑技術的速度慢于北美、歐洲和亞洲的國際同行，但澳大利亞建筑業目前正在經歷模塊化建筑的快速增長。事實證明，世界上十座最高的模塊化建筑中有四座是在澳大利亞建造的過去五年如圖所示表格1。其中值得注意的是墨爾本的 Collins House，它目前創下了世界最高 60 層模塊化建筑的新紀錄。

世界上十座最高的模塊化建筑中有三座最近在澳大利亞建造（全部位于墨爾本），如圖所示圖2使用Hickory集團（澳大利亞模塊化建筑先驅）開發的一種名為Hickory建筑系統（HBS）的特殊結構單元用于高層預制建筑。HBS 是一種最先進的系統，它將建筑物的核心、剪力墻和外墻集成到結構中。創新的 HBS 系統由各種預制鑲板模塊（例如承重墻、電梯和樓梯核心筒以及輕質混凝土地板）組成，通過濕接縫 在現場連接，如圖所示圖3b。圖3a顯示了HBS系統的典型模塊，最長的模塊長達17 m，重26噸。HBS系統的使用不僅減少了施工時間（與傳統施工方法相比從30%到50%）并最大限度地減少了材料和能源浪費，而且還最大限度地提高了質量和安全性。

圖2a 顯示了 2019 年采用裙樓設計方式竣工的 60 層柯林斯住宅項目。裙房結構至第 14 層均采用傳統方法用混凝土建造，其余樓層則采用 HBS 方法建造。該項目僅用了 29 個月就完成了，比傳統方法快了 30%。澳大利亞第二高的模塊化建筑是 Atira 學生宿舍，于 2018 年竣工，如圖所示圖2b.該建筑還因其創新和高效的施工方法（比傳統施工方法快30％）而獲得了高層建筑與城市人居委員會（CTBUH）頒發的卓越施工獎。該建筑由從底層安裝的 285 個HBS 模塊（尺寸為 12×3×3 m，重量為 20 噸）組成。澳大利亞使用 HBS 系統建造的另一座模塊化建筑是 La Trobe Tower，如圖所示圖2C。拉籌伯項目是一座 44 層住宅塔樓，在 19 個月內完工（比傳統施工方法快 30% ）。建筑的前三層采用常規方法建造，其余各層采用HBS系統采用模塊化方法建造，最大模塊尺寸為17×4.5×3 m，重22噸。

世界第十高的模塊化建筑（表格1）是 SOHO 塔，它也是在澳大利亞建造的，采用的結構系統如圖所示圖4A。該建筑于 2014 年竣工，還創下了采用體積模塊化方法建造的世界最高模塊化建筑的新紀錄 。SOHO 塔樓高 29 層，采用 PPVC 裙房法建造（參見圖1b).裙樓結構由地下室和八層組成，采用傳統施工方法用混凝土建造，而其余樓層則使用鋼模塊建造在裙樓上，如圖所示圖4b.這些模塊尺寸為10×4.2×3.9 m，重量為22噸，由輕質混凝土板、混凝土天花板梁和鋼柱組成，專門設計用作混凝土填充的永久模板，用于開發現場組合柱（看圖4b).

模塊化建造在我國高層建筑中的應用最早由遠大可持續建筑，在這項技術中，鋼結構建筑占90%以上的部件，包括樓板盒和框架系統等結構構件，都是在工廠制造的，然后使用螺栓連接方法運輸到現場組裝。

近年來，新加坡政府大力鼓勵住宅項目采用模塊化建筑。自2014年起，公共住宅建筑強制采用模塊化建筑。新加坡建筑局最近還出版了一系列有關制造和裝配設計（DfMA）技術的指南，為從業者提供關于如何設計、制造和裝配模塊化建筑以實現模塊化建筑的實用指導。DfMA 方法的全部優點。此外，新加坡政府還提供了大量財政援助，支持新加坡建筑業采用 DfMA 來提高質量和生產力。參考文獻中報告了新加坡當前的模塊化建筑項目清單。表明當前大多數模塊化建筑的建造高度都達到 20 層。最近完成的只有一個項目（Clement Canopy Tower）高達 40 層，成為新加坡最高的模塊化建筑。該塔創下了采用 PPVC 方法建造的世界最高混凝土建筑的新紀錄 。克萊門特酒店天篷塔也是世界上最高的模塊化建筑之一。

Clement Canopy 項目由雙塔組成，共有 505 個住宅單元，如圖所示圖9a 采用基于核心的方法，由1,899 個預制預制體積混凝土模塊建造而成，具有 48 種不同的模塊形狀 。每個模塊均在場外工廠預制，墻壁、地板、天花板和 MEP 系統的飾面約為 85%，然后運輸到施工現場并使用濕接縫連接到混凝土核心，如圖所示圖9b.該項目展示了使用 PPVC方法在節省施工時間(30%) 和減少環境影響（高達70% 現場廢物和 30% 場外廢物）方面的優勢 。

英國率先開發了高層建筑模塊化施工技術。Lawson 等人還介紹了 12 層、17 層和 25 層模塊化高層建筑的案例研究。本次評論僅關注十座最高的模塊化建筑。包括 Croydon Tower（44 層）和 Apex House（29 層）。

Croydon Tower項目由一棟44層和38層的住宅塔樓組成，共有546套公寓。該塔目前正在建設中，如圖所示圖10。明年初竣工后，該塔將創下世界最高的 PPVC 模塊化建筑紀錄。該塔采用核心筒和裙房相結合的方法建造，雙核心筒和裙房結構通常采用混凝土建造。模塊的安裝于 2019 年 2 月開始，每層 38 個模塊（完成率 95%）位于二樓 1.8 m 厚的混凝土裙樓上 。共有 1,525 個模塊，具有 23 種不同的配置。每個模塊均由角支撐鋼框架制成，如圖所示圖12b 采用 60 毫米厚的方形空心型材 (SHS)。鋼模塊的 SHS 柱的尺寸從 300 毫米（在建筑物的底部模塊）到 150 毫米（在建筑物的頂部模塊）不等 。該項目還展示了模塊化施工相對于傳統施工方法的優勢，可節省 30% 的施工時間并減少 80% 的建筑垃圾 。

英國的另一座模塊化建筑躋身世界十大最高模塊化建筑之列表格1圖中顯示的是倫敦的 Apex House圖 11.這是一棟29層的學生宿舍，兩側有兩個八層的側翼，采用基于核心筒的體積模塊化建造方法建造。共有 679 個八種不同配置的模塊被固定在第二層的轉移混凝土板上 。每個鋼模塊都配有厚角柱，以將垂直載荷轉移到基礎上。帶有鋼支撐結構的較大模塊安裝在塔樓兩翼的末端，而較小的模塊則聚集在混凝土核心（7.5 m 見方，厚度為 0.3 m）周圍。所有鋼模塊均采用現場焊接連接。

在模塊化建筑創新和進步方面，北美落后于英國、澳大利亞、新加坡和中國等其他國家。盡管近年來美國出現了越來越多超過 10 層的模塊化高層建筑，并且鋼模塊的使用也有所增加 ，但超過 20 層的模塊化高層建筑的數量相當有限。目前僅確定兩座超過 20 層的已竣工模塊化建筑，其中包括 2016 年竣工的紐約 32 層 B2 塔，該塔出現在《世界最高模塊化建筑 10 強》中。

位于紐約的B2塔項目由363套公寓組成，堆疊成一座32層的建筑，如圖所示圖12。2016 年竣工后，B2 塔成為世界上最高的體積模塊化建筑 。該建筑采用裙房法建造，裙房結構上堆疊了930個鋼模塊單元，裙房結構由傳統的混凝土地下室板、混凝土圍墻和鋼框架底座建造而成，如圖所示圖12A。采用一系列支撐模塊化鋼框架來抵抗橫向風荷載和地震荷載（參見圖12A）。典型的鋼模塊底盤框架如圖所示圖12b由SHS柱（通常為150×150毫米）、矩形空心截面（RHS）地板梁（通常為200×100毫米）、RHS天花板梁（通常為100×100毫米）和RHS中間柱（通常為50×75毫米）組成）。該模塊的地板和屋頂系統也由鋼制成，因此與傳統的混凝土模塊相比，該模塊相當輕（輕 65%）。由于開發商與其合作伙伴之間的糾紛，該塔的建設被推遲，長達四年才完成。

3.模塊化高層建筑的結構系統

模塊化單元是模塊化建筑的主要承重部件。模塊化高層建筑模塊的各種結構形式已被開發出來，通常可分為兩類：2D 板式系統和 3D 體量系統。2D 面板系統通常需要更多的現場組裝，而 3D 體積系統則更多地在場外進行預加工。2D 面板系統的裝配工作比 3D 體積系統更復雜，因為它需要更多的內部精加工。然而，2D 面板系統比 3D 體積系統提供更大的靈活性 。2D 面板系統和 3D 體積系統的組合，即混合系統，也可以用于模塊化高層建筑，以充分發揮每個系統的優勢。這種混合系統已被 Hickory 集團在澳大利亞廣泛使用，為世界上十座最高的模塊化建筑中的三座開發了 HBS 系統。

3D 系統最適合具有高重復性的項目。基于四層建筑的案例研究，麥肯錫報告稱，與傳統施工方法相比，使用 3D 系統可以節省 24% 的成本，而混合和 2D 系統相應節省 20% 和分別為 17%。

二維鑲板系統在中國和澳大利亞廣泛使用，尤其是模塊化高層建筑。在澳大利亞，Hickory 通過由預制混凝土板組成的混合 HBS 系統率先開發了 2D 面板系統。示例如下所示圖14， 混凝土墻和混凝土地板通過濕接縫在現場連接（參見圖3b).混合 HBS 系統已成功應用于世界上十座最高的模塊化建筑中的三座，包括 Collin House（60 層）、Atira Student Accommodation（44 層）和 La Trobe Tower（44 層）。需要注意的是，現場組裝工作比傳統方法簡單得多，但與3D模塊結合時就變得更加復雜。此外，該系統還比容積式系統需要更多的內部精加工。

有幾種類型的 3D 體積結構系統是為使用鋼或混凝土的模塊化高層建筑而開發的。然而，鋼模塊廣泛用于高層建筑，因為它們具有可持續性、連接簡單、設計靈活性和高強度重量比等顯著優勢。事實證明，世界上五座最高的模塊化建筑中有四座是采用 3D 體積法建造的（參見表格1）基于鋼模塊。混凝土模塊的主要缺點是其起重重量（比鋼模塊重25%至30%）, 這導致塔式起重機的成本增加。值得注意的是，木材和冷成型輕鋼模塊在歐洲和英國也被廣泛使用。然而，由于垂直承載能力非常低，它們的應用僅限于四層以下的低層建筑。

典型模塊化單元的長度通常為 6 至 12 m，而鋼模塊的重量可能為 15 至 20 噸，混凝土模塊的重量為 20 至 35 噸 。典型模塊化單元的尺寸受到運輸和起重要求的限制。例如，新加坡不需要警察護送的道路運輸的最大寬度、高度和長度分別為 3.4 m、4.5 m 和 12 m ，而允許的澳大利亞和美國的寬度通常約為 3.5 m 。此外，建筑工程中使用的塔式起重機的最大起重能力大多在20噸左右，超過20噸的塔式起重機的成本可能會增加高達60%。因此，運輸和吊裝要求是確定模塊尺寸和吊裝重量的主要限制因素。對于高層建筑來說，底部的模塊要承受非常大的垂直荷載。這導致其構件尺寸和吊裝重量增加，從而減小了模塊的跨度。然而，使用短模塊將導致模塊間接頭數量增加，從而使模塊化結構的優勢無法充分發揮。

由角柱和周邊梁組成，可由 RHS（鋼模塊）或 RHS 填充混凝土制成復合截面。鋼制底盤可能適用于 40 層以上的建筑物。目前，44層的Croydon Tower項目采用鋼底盤（參見圖10），SHS 柱尺寸從 300mm（在基礎模塊）到 150mm（在頂部模塊）不等 。值得注意的是，鋼模塊中SHS柱尺寸的變化也使得模塊之間的連接更加困難。為了避免這一困難并增加鋼模塊的承載能力，Liew等人。[36]最近提出了一種復合模塊，由細長地板（例如，Slimdek ）、復合梁和鋼管混凝土（CFST）柱組成，如圖所示圖16。

使用不同的柱截面可以保持組合柱的尺寸。如圖所示圖16，SHS可用于頂層低重力載荷的模塊，而CFST更適合中層重力載荷較大的模塊。采用高強混凝土和高強鋼的鋼管混凝土可顯著提高柱的強度，因此可用于承受最大重力荷載的較低層柱。有人可能會說，可以通過增加 SHS 的厚度來維持柱尺寸，就像 32 層 B2 中使用的鋼模塊一樣紐約塔的立柱尺寸始終保持在 150 毫米，但 SHS 的厚度增加至 38 毫米。這可能會導致更高的材料成本。使用組合梁和輕質混凝土的薄樓板還可將模塊的吊裝重量減少高達 40% 。因此，可以實現長達 12 m 的更長跨度模塊。這導致模塊間接頭的數量減少，并最大限度地發揮高層建筑模塊化結構的優勢。與鋼模塊相比，復合材料模塊的其他優點包括耐用性、防火性、防水性和聲阻抗，因為它們繼承了混凝土模塊化結構的優點。

對于高層建筑，由風和地震引起的橫向荷載由單獨的橫向穩定系統（例如支撐桁架和剪力墻核心筒）來抵抗，Hong等人也檢驗了側向抵抗系統的可行性。橫向穩定系統可以采用傳統施工方法或模塊化施工方法由鋼、混凝土和鋼-混凝土混合結構建造。為了使橫向載荷能夠從模塊轉移到橫向穩定系統，應在模塊的地板和天花板內添加額外的支撐系統。此外，模塊間連接應具有足夠的剪切強度。

支撐桁架由預制板形式的結構鋼制成。該支撐系統成功應用于紐約32層B2塔（圖17a) 和倫敦 47 層的 Leadenhall 大樓。與支撐桁架不同，剪力墻核心筒可以容納電梯、樓梯和服務立管。因此在模塊化高層建筑中得到廣泛應用。在目前的實踐中，世界上五分之四的最高模塊化建筑采用 3D 體積法建造。其中包括 44 層的 Croydon Tower、40 層的 Clement Canopy、29 層的 Apex House 和 29 層的 SOHO Tower。混凝土核心筒可以使用滑模和跳模等傳統方法建造，也可以使用模塊化預制混凝土系統的模塊化方法建造。剪力墻核心筒的另一種選擇是復合鋼-混凝土-鋼夾層系統，即 SpeedCore，該系統首先用于雷尼爾廣場塔項目，如圖所示圖18。SpeedCore 是革命性的鋼板復合核心筒，無需鋼筋混凝土核心筒結構中使用的模板和鋼筋。

4.模塊間連接技術

斯里桑吉爾塔南和萊西等人最近發表了一篇關于國際間的評論鋼結構建筑中的模塊連接，重點關注性能要求，并開發了理論模型來預測螺栓連接的軸向、剪切和彎曲剛度。在模塊化高層建筑中，模塊化單元之間的連接發揮著非常重要的作用，因為它們確保了整個建筑的結構完整性、整體穩定性和堅固性。雖然焊接連接可以提供相鄰模塊之間的剛性，但在現場并不優選，因為它需要高技能的勞動力、大的工作空間以及耗時的焊接后檢查。

越來越多的連接技術被開發用于模塊化鋼結構建筑的模塊間連接。這些連接可分為三種不同類型：(i)使用拉桿的模塊間連接，(ii)使用連接器的模塊間連接，以及(iii)使用螺栓的模塊間連接。對于混凝土模塊，模塊間連接需要大量的現場勞動力來鋪設鋼筋和現場灌漿。這將降低施工速度并抵消多層建筑模塊化施工的優勢。因此，這里不考慮具體模塊的連接。

這種類型的連接已被開發用于將下部模塊的柱垂直連接到上部模塊的柱（即柱到柱連接）。就此而論，下模塊和上模塊之間的垂直聯結是通過使用豎桿來提供的，而下柱和上柱之間的剪力則通過剪切力來抵抗。這種類型連接的優點是它可以安裝在模塊外部，從而防止對內部飾面造成任何潛在的損壞。此外，這種連接技術還可應用于具有空心裸鋼截面和鋼管混凝土截面的柱，這是高層建筑保持相同柱尺寸所必需的。然而，它的力矩阻力有限，其性能類似于弱半剛性連接。這導致整個建筑的框架作用和側向阻力較弱。因此，這種連接方式不適合高層建筑。

Chen 等人提出了一種帶有剪力塊和預應力筋的拉桿連接。對于角接頭 – J1（參見圖19）與鋼管混凝土柱如圖所示圖20。在這方面，需要將帶有加強筋和用于預應力筋和插桿的孔的密封板焊接到場外的模塊柱上。現場安裝時，將上層模塊提升到下層模塊上方（圖20b) 然后將插桿和筋對準并插入相應的孔中。然后將剪切塊插入封閉的孔中（圖20a) 在掉落上層模塊之前抵抗剪切力。然后將鋼筋束拉伸至設計的應力水平，然后將填充混凝土澆注到空心鋼柱中。采用插桿是為了防止混凝土破碎并增加連接的延展性。實驗（圖20c）和數值研究表明，預應力連接可以提供足夠的強度和延性要求，而不會出現太多結構失效[101, 102]，但它在提供下部和上部模塊之間的旋轉剛度方面較弱，并且連接部分在橫向彎曲下分離.

為了水平連接相鄰模塊，Liew 等人建議使用角撐板，如圖所示圖 21。對于該角撐板，周邊接縫 – J2 和內部接縫 – J3（參見圖19）可以輕松連接。角撐板的設計目的是將側向力傳遞到側向抵抗系統，例如墻芯或支撐框架。此外，角撐板連同剪力鍵和底板（異地焊接到立柱端部）將有助于定位和對齊上部模塊和相鄰模塊的立柱。用于下部和上部模塊之間的垂直捆扎的鋼筋將通過緊固的耦合器鎖定到基板上，并且可以通過鋼筋接頭延伸。

Sanches 等人還提出了一種不同版本的拉桿連接。以及 Sanches 和 Mercan 通過使用放置在兩個模塊之間的鋼箱，如圖所示圖 22.頂部和底部具有傾斜側面的鋼箱還可以充當底板和抗剪鍵，提供抗剪力以及對齊下部和上部模塊的立柱。另外，鋼箱還通過空心鋼柱內表面與鋼箱的接觸提供抗拉力。垂直連接由錨定在端板上的螺紋桿提供，該螺紋桿在柱端部進行異地焊接。還對連接的抗震性能和側向阻力進行了實驗研究。結論是，與焊接連接相比，所提出的拉桿連接具有相似的橫向剛度和更高的能量耗散能力。此外，鋼箱還可以防止所有樣本的局部屈曲。Wang等人最近也采用了這個概念,螺紋桿被安裝的螺栓取代。

與拉桿系統不同，連接器系統的安裝非常簡單和靈活，因為連接器可以輕松地異地焊接到模塊的梁和柱上，而梁和柱具有不同的橫截面形狀。現已開發出各種連接器系統，例如 Vectorbloc、自鎖、旋轉和支架連接器。

Vectorbloc連接器：Vectorbloc是一種標準化、結構性、可擴展的模塊化連接系統，其開發是為了促進具有空心鋼型材（HSS）構件的模塊化建筑的高效設計和組裝。在該系統中，模塊化建筑的水平和垂直模塊通過角撐板和創新的鑄鋼連接器在其拐角處連接，該連接器在工廠中焊接到模塊的高速鋼構件上。VectorBloc 連接器的優點在于，它可以更快、更輕松地現場安裝梁到柱和模塊間連接 。VectorBloc連接器的基本組件是上、下塊、定位銷、平頭螺釘（FHCS）、高強度內六角螺釘（SHCS）和角撐板，如圖所示圖24。

上下模塊之間采用節點板建立相鄰模塊之間的水平連接。角撐板的形狀取決于接頭配置（例如，拐角、周邊和內部接頭）。上塊和下塊異地焊接到 HSS 柱、天花板梁和地板梁上。當組件在現場堆疊時，角撐板通過 FHCS 連接到上塊，如圖所示圖24。然后使用定位銷將上部模塊定位在下部模塊之上。

Dhanapal 等人最近檢查了 VectorBloc 連接系統在軸向拉伸和壓縮下的結構性能。如圖所示圖 25。結果表明 VectorBloc 連接器能夠令人滿意地承受設計軸向載荷 。受壓連接的破壞模式是延性的，但受拉破壞模式是脆性的，因為SHCS突然破裂。因此，需要改進這種連接的設計，以確保在拉力作用下的延性破壞。

自鎖連接器：Dai 等人最近開發了一種用于模塊化鋼結構建筑模塊間連接的自鎖連接器，如圖所示圖26。由于該連接器通過摩擦自鎖機構確保上下模塊之間的垂直連接，因此不需要像 Vectorbloc 連接器那樣使用螺栓系統。因此，它可以快速、輕松地安裝。但沒有考慮相鄰模塊之間的橫向連接，這種連接器僅適用于角接。在自鎖連接器系統中，接頭盒需要異地焊接到模塊的梁和角柱上。然后，將螺柱異地焊接到接頭盒的頂表面，以用于對齊和垂直輪胎的目的。現場安裝時，將上層模塊吊裝到立柱上方，并通過立柱調整其位置與下層模塊對齊。一旦上模塊與下模塊正確定位后，將其放下，以便螺柱可以插入上模塊接線盒的裝配孔中以形成連接。

Dai等人對連接器在循環載荷作用下的結構性能進行了實驗測試。接縫樣本代表一棟 19 層模塊化鋼結構建筑的角接縫。結果表明，連接器工作可靠，失效前無滑動現象。失效模式是梁根部的斷裂或屈曲。該接頭表現出優異的抗震性能以及良好的延展性和能量吸收能力。根據歐洲規范 3 分類，接頭剛度約為剛性接頭極限的 80%。

旋轉連接器：這種連接技術應用于中國的模塊化宿舍樓，如圖所示圖27A。在此連接中，模塊的梁和柱將異地焊接到角配件上，類似于自鎖連接器系統的接頭盒。現場安裝時，上部模塊被提升到下部模塊上方。然后，將旋轉連接器插入下部模塊的角配件中。一旦上部模塊與下部模塊正確對齊，它們將通過旋轉連接器連接。為了安裝目的，還在角配件的兩側創建了檢修孔（參見圖27b).旋轉連接器用于垂直連接下部和上部模塊。然而，相鄰模塊之間的橫向連接也不容忽視。因此，這種連接技術適用于低層和中層模塊化建筑的角部和周邊連接。Chen 等人對旋轉連接器系統的行為進行了實驗測試。如圖所示圖27C。結果表明，局部屈曲是主導失效模式，發生在下模塊角配件頂板處，連接的旋轉剛度與半剛性連接相當。

支架連接件：支架連接件在國內使用，Doh等人對其在剪力、拉力和聯合作用下的結構性能進行了實驗測試。如圖所示圖28。在此連接中，相鄰模塊之間的水平連接以及上下模塊之間的豎直連接是通過螺栓連接實現的。如圖所示圖28立方體支架連接件由鋼板組成，鋼板上有用于螺栓安裝的開孔。測試結果表明，連接器的失效模式是由螺栓撬動引起的。

螺栓連接因其快速簡便的安裝和更好的質量控制而被認為是現場焊接方法的替代解決方案。已經開發了多種螺栓連接技術用于模塊化鋼結構建筑的模塊間連接。Lacey 等人對模塊化鋼結構建筑的模塊間螺栓連接進行了審查。研究用于估計軸向拉力、剪切力、彎矩和聯合作用下模塊間螺栓連接剛度的分析模型。

與插件裝置的螺栓連接：圖29a 說明了與 Chen 等人開發的插件設備的螺栓連接。用于模塊化鋼結構建筑的模塊間連接。在此連接中，采用高強度螺栓系統建立上下模塊之間的垂直連接，同時采用鑄造插件裝置建立相鄰模塊之間的水平連接。高速鋼地板梁和天花板梁也將通過異地焊接蓋板和中間板進行加固（參見圖29）以防止 SHS 梁在螺栓拉力作用下發生局部屈曲。澆注插件裝置有四根方管，水平連接模塊化建筑內部接縫的四個相鄰模塊。現場安裝時，將上部模塊的立柱插入插件裝置中進行對齊。然后，安裝長拉桿螺栓，將下模塊的天花板梁與上模塊的地板梁垂直連接。Chen 等人對連接的地震行為進行了實驗和數值研究。用于模塊化鋼結構建筑的角接縫和周邊接縫。結果表明，盡管斷裂是其主導失效模式，但所有連接試件均具有合理的能量耗散能力、屈服后變形能力和連接延性。此外，連接剛度也很明顯，需要在設計時予以考慮。

與焊接蓋板的螺栓連接：Deng 等人開發了一種新的螺栓連接技術，用于模塊化鋼結構建筑的模塊間連接，使用焊接蓋板作為節點板，如圖所示圖30A。在這種連接中，十字形節點板用于通過螺栓連接垂直和水平連接模塊。為了為螺栓安裝創造空間，將通過切割柱側壁來創建檢修口。為了將節點板與模塊立柱用螺栓固定，還需將立柱蓋板焊接到上立柱的底部和下立柱的頂部，如圖所示圖30a，這個焊接是在工廠里完成的。現場安裝時，首先將節點板插入兩個下部模塊之間的間隙中。然后將兩個上部模塊提升到角撐板上。一旦上部和下部模塊正確對齊，它們將通過檢修口垂直和水平地用螺栓固定到角撐板上。最后，現場將蓋板焊接到立柱上以替換切割部分。Deng 等人還對靜態和循環載荷下的連接行為進行了實驗研究。對于角接頭 (圖30b) 和周邊接縫（圖30c) 模塊化鋼結構建筑。結果表明，這種連接技術可以提供令人滿意的連接延展性，但其強度和剛度受到限制，因此可以歸類為半剛性連接。由于這種連接技術不需要現場焊接，不適合模塊化鋼結構建筑的模塊間連接，因為它需要高技能的勞動力和工作空間。

帶連接板的螺栓連接：這種類型的連接最近由 Cho 等人開發。用于模塊化鋼結構建筑的周邊接縫。如圖所示圖31a、外部連接板用于通過普通螺栓和盲螺栓系統垂直和水平連接模塊。由于盲螺栓可以從空心型材的外部安裝，因此它將用于與空心型材柱連接的區域。相比之下，普通螺栓將用于與C形梁連接的區域。實驗研究表明，當承受循環載荷時，盲螺栓不會在模塊結構部件之前失效。Lee 等人也開發了這種連接的類似版本。用空心截面柱和C形梁連接模塊。不同類型的連接板用于適應不同的接頭配置，如圖所示圖31b.然而，像 Cho 等人的情況一樣，沒有考慮下部模塊和上部模塊的柱之間的垂直連接。實驗和數值結果表明，這種連接可以歸類為剛性連接，其失效模式是由于C形梁的局部屈曲造成的。

與延伸端板的螺栓連接：在這種連接中，延伸端板將異地焊接到模塊的柱端。然后，該組件將在現場使用螺栓連接技術進行連接。對于預制高層鋼結構建筑，已經提出了不同版本的螺栓端板連接。例如，劉等人。提出了一種螺栓端板連接方式來連接多層鋼結構建筑的預制柱和梁，如圖所示圖32A。就此而言，預制梁需要在工廠內焊接垂直連接板和柱座。實驗和數值結果表明，該連接在能量吸收能力、延性和承載能力方面表現出非常好的抗震性能。失效模式是由于場外焊縫斷裂而不是螺栓頸縮造成的。

Naserabad 等人還對連接類型進行了數值評估。Torbaghan、Gunawardena 和 Lacey 等檢查了相鄰模塊柱之間螺栓端板連接的剪切行為，如圖所示圖32樂隊圖32分別為c。Sendanayake 等人也對這種連接的抗震性能進行了數值檢驗。萊西等人。增加了一個互鎖銷和一個水平連接板P2（參見圖32c) 提高剪切剛度和抗剪強度。互鎖銷也用于對準目的。Sharafi 等人提出了使用聯鎖系統的想法，提高多層模塊化建筑的完整性。Liu 等人還研究了組合作用下螺栓端板柱與柱連接的行為，用于組合彎矩和剪切力以及組合彎矩、剪切力和軸向壓縮 。研究發現，當螺栓端板連接受到彎矩、剪切力和軸向壓縮的綜合作用時，拉伸區域的螺栓會受到顯著程度的撬動。

5.模塊化建筑的漸進式倒塌和結構堅固性

當垂直承重構件失效時，建筑物會逐漸倒塌, 由于火災、爆炸和撞擊等極端事件，（最初是局部損壞，最終波及整個結構系統）。為了避免漸進式倒塌，結構應設計為具有足夠的完整性或堅固性，其定義為通過強度、連續性和延展性開發替代載荷路徑 (ALP) 來抵抗漸進式倒塌的能力。1968年Ronan Point倒塌后，人們對傳統現場建筑的漸進式倒塌和結構堅固性進行了廣泛的研究，并提出了建筑物結構堅固性的規范規定。對傳統建筑漸進式倒塌的研究和實踐的全面回顧，以及國際規范中穩健性條款的制定，可以在參考文獻中找到。然而，由于其復雜的行為，對模塊化建筑的漸進倒塌和堅固性的研究非常有限。

建筑物抵抗連續倒塌的堅固性可以使用四種基本方法來設計：（i）束縛力規定規則；(ii) 替代負載路徑（ALP）方法；(iii) 關鍵要素設計方法；(iv) 基于風險的方法。系緊力規定規則是一種間接設計方法，因為它通過規定強度、連續性和延展性方面的最小系緊力要求，隱含地考慮了抗連續倒塌的能力。對于漸進性倒塌風險較低的結構，許多規范都廣泛推薦這種方法。ALP 方法是確定性和直接的方法，因為它們通過基于概念構件去除概念的結構分析來明確考慮魯棒性，并評估結構從局部受損區域重新分配額外載荷的能力。因此，它們是最廣泛使用的，并且幾乎被設計規范所接受。關鍵元件法也稱為增強局部阻力法，是一種直接設計方法，其中關鍵元件（其失效可能引發漸進性倒塌的構件）被設計為抵抗意外荷載以避免局部失效。一些規范使用 34 kN/m2（相當于 5 psi）的名義載荷，這是根據 Ronan Point 氣體爆炸估算的壓力，來代表各種極端事件 。然而，這對于輕鋼模塊化建筑來說就成了問題，因為它們無法抵抗如此高的爆炸壓力為 34 kN/m2。基于風險的方法是一種間接方法，通過為每個風險類別推薦的建筑分類和設計方法來隱式考慮倒塌風險。關于這些方法的進一步討論可以在參考文獻中找到。

在ALP方法中，接受不同層次的分析，包括線性靜態分析、非線性靜態（下推）分析和非線性動態分析。小于 2.0 的動態載荷系數乘以靜態分析所用的載荷，以考慮由于突然拆除名義承重構件而產生的動態效應。線性靜態分析是最簡單的，它忽略所有非線性源。因此，它給出了高度保守的結果。相比之下，非線性靜態分析或高級分析可以提供更準確的結果，因為它考慮了幾何和材料非線性，以及由于突然移除關鍵構件而導致的載荷分布機制。該方法也稱為下推分析，因為它涉及由于突然移除柱而導致重力載荷的增加[138]。非線性動態分析是最準確的方法，因為它給出了詳細的時間歷史響應，從中可以直接使用峰值進行性能評估。然而，它的計算量太大。

盡管基于 ALP 方法對傳統建筑的漸進倒塌和堅固性進行了大量研究，但由于模塊之間連接處的不連續性建模的復雜性，對模塊化建筑的研究有限 。由于這些連接很弱并且被歸類為半剛性接頭，因此它們的行為對整個模塊化建筑的整體性能具有顯著影響。因此，應將它們納入模塊化建筑的分析和設計中。人們提出了不同的方法來對模塊化建筑的模塊間連接進行建模。例如，Annan 和 Annan 等人。在SeismoStruct軟件中開發了一種由剛性彈性段和銷接頭單元組成的接頭模型，用于鋼的垂直焊接連接

模塊如圖所示圖33A。剛性單元用于表示梁柱接頭的剛性區域，而銷接頭單元用于捕獲上部模塊和下部模塊的柱之間的獨立旋轉。該模型的準確性也得到了實驗結果的驗證。Sultana 和 Youssef 對該模型進行了修改，用于鋼支撐模塊的垂直螺栓連接，如圖所示圖33b. Fathieh 和 Mercan 采用了類似的技術，使用 OpenSees 軟件對鋼模塊化建筑的垂直連接進行建模，以進行抗震評估。Gunawardena 等人還開發了螺栓和拉桿連接的簡化模型。古納瓦德納等人采用 RUAUMOKO 軟件中的彈簧元件來模擬相鄰模塊之間的橫向連接，而 Chua 等人使用ETABS軟件中的銷元件對上下模塊之間的垂直拉桿連接進行建模。最近，單等人。還提出了ETABS中模塊化高層建筑的三種簡化連接模型，包括模塊-模塊、模塊-核心和模塊-裙房連接，如圖所示圖 35。Chua 等人還研究了各種接縫建模技術對模塊化建筑橫向行為的影響。

Lawson 等人對模塊化建筑的漸進倒塌和結構堅固性進行了早期研究。基于實驗和分析方法。結果表明，重新分配受損區域的重力載荷所需的模塊間的束縛力相對較小。因此，ALP方法是評估模塊化建筑穩健性的最合適方法，而系結力法適用于構件之間具有多個互連的輕鋼模塊化建筑。Chua 等人最近對鋼模塊化建筑的結構魯棒性進行了數值研究。

羅等人使用與非線性靜態分析相關的ALP方法。蔡等人使用 ETABS 模擬了 40 層建筑在柱損失情況下的逐漸倒塌

6.模塊化建筑結構設計指南

目前模塊化建筑的設計實踐都是基于傳統建筑的常規設計指南，這些指南不適合模塊化建筑，它們具有不同的特點。例如，模塊化單元的制造和組裝過程會產生短期載荷，這可能會影響載荷傳遞機制。此外，由于安裝公差，模塊化建筑的初始偏心率如圖所示圖37，這些對于建筑物的整體性能非常重要，與傳統建筑不同。

因此，人們付出了巨大的努力來制定基于傳統規范的模塊化建筑的設計指南。其中值得注意的是由 Lawson 等人開發的設計指南。以英國和歐洲規范以及Murray-Parkes等人開發的設計手冊為基礎。基于澳大利亞法規，模塊化建筑的結構設計指南應考慮施工公差和結構堅固性的影響，以及吊裝和運輸過程中產生的短期載荷。

在目前的實踐中，模塊化構件的結構設計是基于極限狀態設計原則。根據模塊化結構設計手冊，模塊化構件（例如梁、柱、承重墻和地板）可以使用澳大利亞傳統建筑規范（例如鋼結構 AS 4100）中的規定進行設計。構件 、AS/NZS 4600 用于冷彎型鋼構件  和 AS 3600 用于混凝土構件 。然而，在英國和歐洲的實踐中，模塊化構件的結構設計基于鋼構件的歐洲規范 3（熱軋鋼 的第 1-1 部分和冷彎型鋼 的第 1-3 部分）和混凝土構件的歐洲規范 2。

為了合理評價色譜柱的穩定性，Li等人開發了分析公式來計算非搖擺和搖擺鋼建筑中柱的有效長度系數 K，并考慮了節點剛度。數值結果表明，假設的上下模塊之間的銷釘連接并不保守，因此在模塊化建筑的設計中應考慮節點剛度。Deng 等人還建立了模塊化單元中帶筋連接的鋼管混凝土柱的有效長度系數 K 的方程。

鋼模塊化建筑中使用的模塊間連接通常被歸類為半剛性類型，如圖所示圖38a，它們的行為對整個模塊化建筑的響應和側向阻力有顯著影響。目前鋼結構建筑模塊間連接的設計實踐是基于歐洲規范3（第1-8部分）和AISC 360-16給出的規定。根據歐洲規范 3，關節的行為由三個參數表征：(i) 初始旋轉剛度 S整數、(ii) 力矩阻力 M路和 (iii) 旋轉能力 fCd，如下所示圖38b.初始剛度和力矩阻力可以使用分量法來預測，其中整個關節將被分解為以彈簧為代表的各個基本組件，具有自己的剛度和強度。一旦獲得了每個單獨部件的剛度和強度，就可以通過在力傳遞機制的基礎上組裝每個部件的貢獻來導出關節的初始剛度和力矩阻力。組件法在復合材料接頭中的應用可以在參考文獻中找到。

堅固性是指結構抵抗因火災、爆炸和沖擊等極端事件而逐漸倒塌的能力。建筑物的結構堅固性設計確保建筑物能夠開發替代載荷路徑，以便在發生局部故障時重新分配受損區域的額外載荷。結構堅固性的設計指南已納入國際規范。目前實踐中，模塊化建筑的穩健性設計通常采用系結力法和ALP法。系緊力是一種間接設計方法，通過規定最低水平的系緊力要求來隱式考慮穩健性，而 ALP 是一種直接方法，通過直接分析構件損失下的結構來明確考慮穩健性，以評估其重新分配局部損壞載荷的能力地區。

綁扎力法中，相鄰模塊之間的水平綁扎力和上下模塊之間的垂直綁扎力的最小要求為26%，分別施加到模塊上的總負載的 40%。這些值是根據 Lawson 和 Richards 對角支撐去除下的鋼模塊進行的數值研究推薦的，考慮了由于墻的隔膜作用而導致的模塊的扭轉剛度。在 ALP 方法中，模塊化建筑的結構魯棒性是通過基于場景的方法建立的，其中整個模塊或模塊的一部分（柱、梁或剪力墻）被選擇性地移除。這是輕鋼模塊化建筑穩健設計的最合適方法。劉等人表示按照設計指南 中的建議刪除整個模塊是不合理的。因此，他們的研究中僅考慮角柱拆除。然而，對于模塊化建筑來說，由于結構構件的高度冗余，拆除單個承重構件可能不會導致整個建筑逐漸倒塌。因此，應考慮可能對整體結構產生不利影響的所有可能情況。圖39 說明了整個模塊丟失的兩種極端情況。移除角模塊將導致上面的模塊充當懸臂（參見圖39a)，而刪除內部模塊將導致上面的模塊跨越受影響的模塊（參見圖39b) 。

與傳統的現場建筑類似，模塊化建筑的結構分析可以使用以下方法進行：（i）線彈性分析（最簡單的方法，忽略幾何和材料非線性），（ii）非線性彈性分析（僅考慮幾何非線性） ，（iii）非線性非彈性分析或高級分析（考慮幾何和材料非線性的最準確方法），以及（iv）非線性時程分析（用于地震設計），因為連接模塊的結構部件是不連續的。，模塊間連接的行為應包含在模塊化建筑的建模中，以準確捕獲整個建筑的全局行為，用于對模塊化建筑的模塊間連接進行建模的各種簡化技術，如圖 33-所示。35 可以與梁模型一起使用可用的結構分析軟件，例如 ETABS、SAP2000、RUAUMOKO、SeismoStruct、OpenSees、ABAQUS、LS-DYNA 等。此外，還應考慮每個模塊中地板隔板系統的橫向剛度在分析中考慮到準確預測整個建筑物的整體搖擺行為。

在非線性分析中，可以使用等效名義水平荷載方法隱式考慮由于結構公差造成的幾何缺陷。對于模塊化建筑，每層的名義水平力至少為作用在每個模塊上的分解重力載荷的 1% 。這個數字是傳統現場建筑推薦值 0.5% 的兩倍，這表明模塊化建筑允許更高的容差 。然而，1%的值僅適用于12層以下且模塊間剛性連接的模塊化建筑。對于具有抗側向荷載系統（例如混凝土核心墻）的高層模塊化建筑，由于可以沿著核心墻調整模塊對齊方式，因此側向公差將會減小。因此，歐洲規范 3 建議的名義水平力為 0.5%采用傳統建筑。

7.未來研究的工程挑戰和推薦解決方案

盡管由于重復模塊數量的增加，模塊化建筑的優勢可以在高層建筑中得到最大化，但目前采用模塊化建筑技術的成功案例大多僅限于低層建筑。值得注意的是，最近使用鑲板法或體積法建造的模塊化高層建筑[38]中只有不到1%是基于模塊間連接的濕式連接技術，這需要大量的現場勞動力來鋪設鋼筋和現場灌漿。因此，模塊化構建的速度和效率降低了。此外，技術復雜性和設計實踐規范的缺乏阻礙了模塊化結構的廣泛采用。因此，未來需要進行進一步的研究，開發下一代模塊化建筑，使模塊化建筑能夠建造得比目前的做法更高、更快、更安全、更高效。作者認為未來研究應考慮的領域如下所述。

當前的模塊化建筑基于鋼或混凝土模塊。然而，鋼和混凝土模塊都有各自的優點和缺點。鋼模塊比混凝土模塊輕 20% 至 35% ，但其耐火性、隔音性和隔熱性較低。然而，就施工速度而言，鋼模塊的安裝比混凝土模塊的安裝更快，因為它涉及螺栓連接而不是現場灌漿接頭。由于吊裝重量的限制，混凝土模塊的重量會減少其長度，從而導致模塊和連接的數量增加。因此，未來的研究應集中于開發一種更堅固、更輕且耐用的新型模塊，從而使模塊化建筑能夠建得更高。

最近，劉等人提出使用復合模塊，結合了模塊化高層建筑鋼和混凝土模塊的優點。復合樓板還采用了輕質混凝土，以減少吊重并最大化模塊的跨度（根據初步分析研究，跨度可達 12 m）。輕質復合樓板系統在預制樓板系統方面也成功應用于倫敦Leadenhall大樓。隨著建筑材料的最新進步，高強鋼和高強混凝土可用于減小承受最大重力荷載的高層建筑較低層組合柱的尺寸。

模塊間連接在模塊化建筑中發揮著重要作用，因為它們確保了整個建筑的結構完整性、整體穩定性和結構堅固性。正如第 4 節所述，最近為模塊化鋼結構建筑開發了越來越多的連接技術。然而，目前的技術導致強度和剛度有限，可能不適合高層建筑應用。此外，它們還需要一定水平的現場勞動力。因此，未來有必要研究開發智能連接技術，該技術不僅適合高層應用，而且易于安裝。此外，新的連接技術應該足夠堅固，能夠適用于各種接頭配置和具有復合材料構件的新型模塊。通過這些技術，模塊化建筑可以建造得更高、更快、更便宜。

模塊化高層建筑的正確建模對于預測模塊化建筑穩健設計的橫向穩定性和漸進倒塌至關重要。當前的建模技術基于商業化的簡化一維“線”梁單元包。該梁單元僅適用于具有均勻截面（鋼或混凝土）的模塊。對于具有鋼和混凝土復合截面的新型模塊，應使用 3D 實體和殼單元來準確捕獲復合材料的非彈性行為。然而，使用 3D 實體單元的計算成本極高，因為它涉及大量單元，尤其是高層建筑。因此，未來的研究應該開發一種強大的計算工具，用于模塊化復合建筑的高級分析和穩健性設計。計算工具應基于具有光纖鉸鏈概念的一維“線”梁單元。因此，它不僅在計算上非常適合結構工程師在設計辦公室的日常使用，而且在捕獲幾何和材料非線性、鋼材的局部屈曲、混凝土的限制效應以及通過纖維實現鋼與混凝土之間的相互作用方面也很準確概念。因此，使用這種計算工具可以更有效地建造模塊化建筑。

模塊化建筑的可靠設計方法至關重要，因為糟糕的設計會對整體成本產生重大影響。當前模塊化建筑的設計實踐是基于傳統建筑的常規設計指南，這是不合適的。例如，模塊結構構件設計的規定可參考Eurocode 3 Part 1-1 和AS 4100 （對于熱軋鋼構件）、Eurocode 3 Part 1-3 和 AS 4600 （冷彎型鋼構件）、歐洲規范 2 和 AS 3600（對于混凝土構件）歐洲規范 4 和 AS/NZS 2327 （對于復合鋼-混凝土構件）、歐洲規范 3（第 1-8 部分）和 AISC 360-16 （針對接頭），以及Eurocode 1 Part 1-7 和 AS/NZS 1170.0 （結構堅固性）。模塊化結構的結構設計指南仍然不可用。因此，未來有必要研究制定模塊化結構設計的規定。

8.結  論

與傳統的現場施工相比，模塊化施工在節省施工時間、降低成本、更重要的是減輕環境影響方面具有顯著的優勢。模塊化方法具有多種優勢，非常適合高層建筑，從而可以塑造建筑行業的未來。

本文全面回顧了模塊化技術的最新發展，重點關注模塊化建筑的結構方面，包括結構系統、模塊間連接、結構分析和結構設計。盡管模塊化建筑在低層建筑中得到廣泛應用，但其在高層建筑中的應用仍然有限。強調并討論了阻礙高層建筑模塊化建筑廣泛采用的技術挑戰。還為未來的研究推薦了一些應對這些挑戰的潛在解決方案，包括：（i）開發具有更輕、更強結構構件的復合模塊，（ii）開發具有更高強度和剛度且易于安裝的智能連接技術，（iii）開發計算高效的計算機工具，用于模塊化高層建筑的高級分析和日常設計，以及（iv）開發設計指南，以加速模塊化建筑的實際應用。通過解決技術挑戰，模塊化建筑可以使用新的復合模塊建造得更高，使用智能連接技術建造得更快（并且更便宜），使用新的設計規定更安全，并且使用計算效率高的工具更有效。還要感謝研究人員允許轉載本文中的大部分圖表和照片。