随着城市密度的不断增加，有一种动力推动模块化技术的边界。哪些因素限制了模块化建筑作为高层建筑解决方案的广泛实施?
本文探讨了技术、市场和采购方面的挑战，这些挑战实际上创造了模块化天花板。还有什么解决方案可以使模块化高层建筑时代的下一个高层建筑热潮？
作者简介
Shonn Mills，新加坡Ramboll集团的总监。Shonn Mills拥有超过20年的大型建筑和交通基础设施项目的设计和管理经验。他的国际职业生涯包括大跨度桥梁、高层建筑和大型公共建筑的设计，包括机场航站楼、地铁站和体育场。最近，Shonn参与了圣彼得堡普尔科沃机场的结构工程，并获得了2012年IstructE结构工程师奖的交通结构奖。他克服了重大挑战，即必须设计和发展坚固的结构支撑，以适应极端天气条件。
Dave Grove，英国Ramboll集团的总监。Dave Grove在其28年的结构工程领域积累了丰富的经验。他成功地在海外交付项目，通过整体考虑项目，并在设计、采购或施工管理方面寻找解决方案，克服了物流困难和时间紧迫的问题。他在住宅、酒店和休闲、国防和教育等所有市场领域拥有建筑工程经验。最近，David参与了一个由工程师和专家组成的核心团队的创建和发展，为英国和海外的主要建设项目的融资者提供技术尽职评估。
Matthew Egan，英国利物浦Modularize公司总监。Matthew Egan成立了Modularize有限公司，以解决现代制造建筑项目中的制造和装配设计的新兴市场。他曾为国际项目工作，展现了他的专业知识和能力，从开发轻量级模块化系统到评估现有的模块化系统，以改进建筑的设计和制造过程。多年来，Matthew与Modularize一起，为制造业建筑行业提供了卓越的服务，在全球享有盛誉。
更广泛的发展和建筑业现在认识到，采用非现场或模块化制造的现场组装是更大的建筑生产率议程的关键部分。模块化是一个广泛的术语，用于描述技术的使用，以促进非现场制造。这个术语可以用来描述简单的棍子框架系统，如预制混凝土或预制浴室吊舱，甚至包括完全预制和预制的体积构造(PPVC)。本文主要研究模块化PPVC建筑及其在高层建筑中的应用。(见图1)
模块化PPVC结构可以提供很多好处，其中一些好处总结如下(见图2):
•速度:采用模块化方法可以缩短现场施工时间，从而缩短总体设计和施工进度。
•质量:PPVC从工厂的受控环境中交付大部分最终产品，从而产生更高的质量。
•安全性:更多的场外施工意味着更少的场外时间和更少的高空工作时间。
•重量:PPVC的运输吊装要求驱动下，比传统建筑设计轻达到30 - 40%。
•减少噪音和浪费:工厂生产得越多，产量就越大另一个环境效益是减少现场废物。
•创新:模块化设计允许在工厂中对新技术进行原型设计和测试，这鼓励并降低了新技术早期采用的风险。
作为一种类型，高层建筑本质上是模块化的，好的设计实践包括简单、标准化、重复和规模经济的概念。所有这些特征都与模块化PPVC方法和上一节描述的好处紧密结合在一起。仍然只有不到1%的高层建筑是使用模块化技术建造的，当开发商选择真正模块化(PPVC)时，真正建成的例子最多在30层左右。世界上最高的PPVC建筑的一些例子参见表1和图3。(见表1)(见图3)。从表面上看，模块化建筑有许多明显的优点，似乎适合高层建筑。也就是说，是什么障碍和挑战创造了模块化高层建筑的高度限制？
模块化结构中最常见的底盘类型是冷成形(CF)轻型钢(LGS)。在这种方法中，模块盒是使用冷成型的C螺栓在规则的间隔和垂直荷载传递沿墙壁。由于相对较低的垂直承载能力，冷成形型钢模块通常局限于4层以下的建筑。
另一个极端是完全混凝土楼板系统，它可以使用预制构件或传统的新混凝土结构建造。这种类型的地板系统的重量通常在300到360公斤/平方米之间。混凝土解决方案的总重量对高层应用来说是一个真正的劣势。(见表2和图5)
高层建筑设计的关键驱动力之一是对来自风和地震力的横向荷载的响应。这不仅包括强度考虑，而且风驱动的加速度应在可接受的限度内的舒适性。以下部分总结了模块化结构中最常见的稳定性原则。
一些主要的制造商已经在研究模块化的高层建筑，或者有可以应用或适应高层建筑的产品。参考表3，列出了目前市场上的一些主要模块制造商及其与高层建筑相关的PPVC系统。(见表3)
作为本文研究的一部分，我们开发了模块化PPVC高层建筑原型。对于建筑，我们选择了Duxton Plain，这是一个由新加坡住房发展委员会建造的50层住宅建筑。在这项研究中，我们使用了Duxton Plain楼板，并对其进行了调整和优化，使其成为模块化建筑(见图13)。对于原型项目，我们使用了HR和CF钢框架底盘和复合混凝土角柱，以增加垂直承载能力。楼板采用CF钢，带甲板和轻质压平，以提供更高的性能。所提议的抗侧荷载系统是一种混合，利用传统的混凝土核心和选择模块化单元，在墙壁上安装钢支撑，以提供框架作用。为了控制横向荷载响应，并确保最终居住者的舒适性，原型将在上部楼层留有一个晃动阻尼器。连接哲学也是一种混合结构，上层是标准的螺栓端板连接，下层用剪切键和复合作用连接。图14说明了原型模块。
