現階段鋼結構裝配式住宅建筑設計

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摘要：現階段鋼結構裝配式住宅設計需要整合現有社會資源，選擇與鋼結構主體相適應的三板體系，建筑保溫材料等；研發(fā)設計與鋼結構主體相適應的建筑節(jié)點和建筑做法。

關鍵詞：裝配式；鋼結構；住宅；三板體系；預制樓梯；裝配率

近年來，隨著社會老齡化趨勢加速，青壯年勞動力的供給日益緊缺，建筑工人數量不足的現象日益顯現。國家提出供給側結構改革，號召大力發(fā)展裝配式建筑。在這一形勢下，各地召開裝配式建筑的研討會頻繁召開，讓我們看到全國各地先鋒企業(yè)都在響應國家裝配化建筑的號召，躍躍欲試地想擠進裝配式建筑的前沿，開始嘗試裝配式住宅的設計和建造，甚至有早起步的企業(yè)為裝配式住宅建筑研發(fā)出新的結構體系。如：浙江杭蕭鋼構的鋼管束體系和湖南遠大集團的節(jié)點斜撐加強型鋼框架結構體系等。根據我公司的鋼結構加工、制造優(yōu)勢，領導層做出嘗試鋼結構裝配式住宅的設計與建造。研發(fā)飛龍鋼結構裝配式住宅體系并建造三層（一層、標準層和頂層）樣板樓供上級領導及專家參觀、指導，達到展示飛龍集團引領本地行業(yè)的技術水平和發(fā)揮龍頭精神的目標。公司決定由我負責鋼結構裝配式住宅樣板樓的設計，由清華大學建筑設計研究院有限公司派人指導。樣板樓項目是是代表18層以下鋼結構住宅樓的樣板樓。在這棟鋼結構裝配式住宅樣板樓的設計中，我獲得了以下設計和施工經驗。

1結構體系的選擇

研發(fā)一種新的結構體系，不僅需要時間，也需要研發(fā)人員和資金的投入。一種新的結構體系用于實際工程需要走專家論證程序，并且圖審機構、政府監(jiān)督部門和施工監(jiān)理方都沒有可依據的規(guī)范、標準，實行起來很難。再根據我公司的情況，樣板樓選擇采用了現有的規(guī)范、標準可依據的結構體系：無支撐鋼框架結構。樣板樓的重點不在結構設計，而在于建筑設計。整合現有社會資源，選擇好三板體系，設計一棟可用于民用住宅建筑，也可用于大型公共服務建筑，裝配率接近100%，舒適度更好的綠色、環(huán)保、節(jié)能、低耗的建筑成為此次設計的主要目標。

2樓面板、屋面板的選擇

2.1根據《高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程》的規(guī)定，為了加強建筑的抗震整體性，宜采用壓型鋼板現澆鋼筋混凝土組合樓板、現澆鋼筋桁架混凝土樓板或現澆鋼筋混凝土樓板，并且樓板應與鋼梁有可靠連接。

2.2煙臺屬于抗震7度區(qū)，規(guī)范還規(guī)定：6、7度時房屋高度不超過50米的高層民用建筑，可采用裝配整體式鋼筋混凝土樓板，也就是現在各城市近期發(fā)展起來的桁架鋼筋混凝土疊合板，也可采用裝配式樓板或其他輕型樓蓋。設計中應有措施保證樓板的整體性。

2.3輕型樓蓋主要用于工業(yè)建筑和臨時建筑，對于百年住宅樓不適用，首先排除。

2.4介于以下原因，樣板樓樓蓋選擇桁架鋼筋混凝土疊合板。采用疊合樓板，在工廠預制60厚預制板做模板，現場電氣走管及上層鋼筋完成后澆筑60厚或者90厚混凝土。2.4.1吸取滄州大元集團的施工經驗和教訓：作為住宅樓，由于層高限制，不宜采用鋼筋桁架樓承板，因為住宅樓的頂棚不吊頂，如果采用鋼筋桁架樓承板如圖1，混凝土達到強度后，底模板（0.5mm厚鍍鋅板）需要拆除，不拆除頂棚就無法做到大眾認可的傳統住宅頂棚裝飾做法：刮膩子、刷涂料。拆除的話不僅非常耗費人工，還會使得涂料頂棚使用幾年后返銹點，如圖2。滄州大元集團的經驗告訴我們：鋼筋桁架樓承板不適合用于住宅建筑。2.4.2我公司將要開發(fā)的飛龍金灘，政府文件要求其預制率不小于20%，就需要選擇水平構件預制和樓梯預制。樣板樓可先做實驗，把成熟的疊合板施工經驗用于飛龍金灘。2.4.3萬科集團在煙臺首推的裝配式住宅（翡翠公園）的樓板也選擇了桁架鋼筋混凝土疊合板。但采用的單向預制板設計（如圖2左所示），施工人員反映：板縫與板縫之間的縫隙不好處理，經過一個夏冬循環(huán)季節(jié)后會有裂縫。因此，吸取萬科集團的經驗，樣板樓采用雙向預制板設計，板與板之間留300寬左右的后澆帶。在樣板樓工程和公司后續(xù)開發(fā)的飛龍金灘小區(qū)得到很好的效果。如圖2右所示。2.4.4煙臺混凝土預制廠有兩家，其中一家預制廠與樣板樓的建設地點很近，可以減少運費。采用桁架鋼筋混凝土疊合板的好處主要有以下兩點：a.疊合板預制部分的質量因在工廠制作，比現場澆筑的混凝土質量好。b.疊合板用于鋼框架結構上，可將施工支架直接擱置于鋼梁下翼緣，節(jié)省傳統的鋼管滿堂腳手架、現場模板的材料和人工的安拆費。還可實現三層樓板施工作業(yè)的快速交叉施工，縮短施工工期。

3外墻板的選擇

外墻板的選擇很重要，既要能適應鋼框架在水平荷載作用下比混凝土結構較大的變形，同時還要滿足抗凍融、耐火、保溫、隔聲、防水、環(huán)保等建筑使用功能。經過考察和對比多家外墻板材，選用ECP擠出成型水泥板。它是以水泥、纖維以及硅質材料為主要原料，通過真空高壓擠出成型設備制造生產出來，然后通過高溫高壓蒸汽養(yǎng)護而成的新型水泥板，該板材在日本建筑界也是很受歡迎的。ECP擠出成型水泥板，用于樣板樓工程工廠一次成型，現場安裝成活，做成免刷外墻涂料，美觀、持久的清水混凝土外墻面。不僅可以滿足樣板樓裝配率的要求，還可降低樣板樓生命周期內成本。它強度高，性能穩(wěn)定，表面吸水率低，是一種具有中空結構的隔聲板材，不含石棉、甲醛，且放射量低于國家標準10倍的綠色環(huán)保制品。平板與條紋板的配合使用還能達到外立面變化、整齊、干凈的美觀效果。在這種墻板的設計與使用過程中，我獲得了以下施工經驗：

3.1現場焊接骨架比較費人工，當有足夠的經驗和加工精度時，應把連接外墻板的骨架與鋼框架一同在車間做好。

3.2板與骨架之間采用Z型件連接，Z型件的開孔位置需要施工前結構設計師根據計算調節(jié)位置。

4樓梯的選擇

要滿足樣板樓接近100%裝配率的要求，有鋼結構樓梯和預制樓梯兩種選擇，考慮到用于住宅，并且城市中高層住宅數量居多，平時使用電梯，樓梯只做疏散要求，可以做成清水混凝土樓梯。所以樣板樓采用混凝土預制樓梯形式。在工程上采用預制樓梯比現澆混凝土樓梯更具有優(yōu)勢：

4.1現澆樓梯在現場施工時支模和加工鋼筋都很費勁，而預制樓梯變現場作業(yè)為工廠作業(yè)，提高了施工質量，降低了人工費制造費用。

4.2預制樓梯做成清水混凝土不僅具有干凈、整潔的建筑外表，在結構方面比現澆混凝土跟符合樓梯抗震設計理念。

5內隔墻板的選擇

根據本地現有資源，內墻部分采用硫氧鎂水泥制成的中空水泥條板，部分采用ALC蒸壓輕質混凝土加氣條板，部分采用FPB輕質隔墻條板，三種墻板都為工廠制作完成，現場卡具安裝固定，內飾面不需抹灰，直接粘貼網格布、刮膩子成活。輕質隔墻條板強度適中，安裝方便，裝配化率高，并且滿足住宅內隔墻所需要的隔聲要求。樣板樓上采用了這三種內墻板做實驗，如果以后的工程需要提高裝配率的話，我們可以根據經驗選用。

6保溫板

主墻面采用外墻板內安裝A級150厚MUEC無機保溫板（膠粉聚苯顆粒）的做法，將保溫放置于外墻板與內隔墻板之間，解決了外墻保溫耐久性的問題。MUEC無機保溫板具有安全不燃、節(jié)能環(huán)保、高效隔音的特性。冷橋部位保溫采用STP真空保溫板。鋼梁、鋼柱及混凝土樓板的側面等熱橋部位均采用真空保溫板保溫。STP真空保溫板，不燃材料，無毒無味，綠色環(huán)保，具有高效的保溫、隔熱性能。工廠制作完成后，采用專用抹面膠漿將STP保溫板粘貼于平面上，然后采用塑料螺釘固定。

7鋼柱、鋼梁防火

采用性能穩(wěn)定、持久可靠、安全性好，施工時不污染環(huán)境且在高溫下也無有害氣體揮發(fā)的包封法。

8樣板樓

施工完后，根據現行規(guī)范計算的裝配率數據如表1。表1裝配式鋼結構技術體系（裝配率一覽表）在樣板樓的設計工作中，我負責建筑、結構設計，與機電專業(yè)協調設計，解決了各專業(yè)之間因技術錯誤和缺少溝通帶來的諸多問題，避免了二次施工，大大減少了返工，使得工程施工順利實施。從而減少了人力、物力的浪費，縮短工期，提高了工程管理綜合水平?？傊?，在現階段的鋼結構裝配式住宅的研發(fā)設計中，由于鋼結構裝配式住宅剛剛起步，社會資源不足，工業(yè)化程度不高。建筑設計不僅包括平面布局、空間關系、交通流線等內容，還需要根據建筑結構主體是鋼結構來選擇合適的三板體系，建筑保溫材料以及研發(fā)建筑設計節(jié)點和做法。通過對樣板樓的研發(fā)和建設，我公司獲取了裝配式鋼結構住宅設計、加工、裝配、施工等相關經驗，形成一個鋼結構裝配式研發(fā)團隊，對煙臺鋼結構裝配式住宅建筑起到引領作用。并且公司依托強大的鋼結構加工實力和先進技術水平以及依托樣板樓的研發(fā)、建設，2017年被評選為煙臺市鋼結構裝配式建筑產業(yè)基地，2019年被認定為煙臺市市級企業(yè)技術中心。

作者：牟永花 單位：煙臺飛龍集團有限公司