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装配式钢结构住宅的设计与研究

时间：2019-02-10 01:21:09 来源：装配式建筑网

导读

　　近年来，在国家和各级地方政府大力推广装配式建筑的大背景下，我国装配式钢结构建筑取得了较大进展。在引领行业发展方面，示范项目的带动作用非常明显。笔者结合北京通州台湖装配式钢结构住宅设计实践，介绍了装配式钢结构建筑六个典型问题的解决方案。

工程概况

　　北京通州台湖装配式钢结构住宅项目共包括两栋钢结构住宅，总建筑面积2.1万平米，27层，建筑高度为78.60m。建筑效果图如图1所示。

　　图1 通州台湖装配式钢结构住宅效果图

方案优化

　　本项目建筑师提出的最初方案为一个剪力墙混凝土结构的成熟户型，经过结构的整体计算，发现建筑的户型设计与结构体系存在不匹配的问题(图2)，主要包括：

　　1.原设计平面凹凸较多，不利于结构受力。需要向平面布置规则，减少凹凸的方向优化。

　　2.竖向构件的轴线不对位。需要向竖向构件轴线对位以形成连续的钢框架结构体系来优化。

　　图2 结构布置示意

　　根据项目具体情况，对建筑和结构方案不断进行优化，先后完成三轮方案的优化，具体如下：

　　方案1：建筑平面和结构布置如图3、4所示。

　　图3 方案1建筑平面

　　图4 方案1结构布置

　　方案2：方案2建筑和结构布置如图5、6所示。

　　图5 方案2建筑平面

　　图6 方案2结构布置

　　方案3：本方案建筑及结构布置如图7、8所示。

　　图7 方案3建筑平面布置

　　图8 方案3 结构布置

　　经过三轮方案的不断优化，随着建筑方案的不断规则化，结构含钢量等经济指标也不断下降，结合建筑功能和结构成本综合考虑，最终选定方案二。

外围护系统

　　采用三层复合型外墙，即外围护系统分为三层复合而成，由外板+保温+内板构成，是集防火、保温、水密性、气密性及装饰性于一体的复合外墙：外板为125mm厚轻质PC墙板(带龙骨，自防水)，带装饰面层，每开间一块板，减少板缝，减少渗漏。中间为保温层(150厚岩棉钢结构的保温，局部30厚VIP真空板隔绝冷桥)。内板为复合型保温墙板或轻钢龙骨防火板，面层25厚涂装板(兼防火板)，内75厚嵌保温材料，再次阻隔冷桥的形成。内外板错缝布置，形成结构合理具有良好性能的复合外墙，外墙与楼板连接节点如图9。

　　图9 外墙与楼板连接构造

　　外围护系统集成如图10所示。

　　图10 外围护系统集成

隔墙设计

（一）分户内隔墙设计

　　使用单轴对称工字梁：特点是窄下翼缘梁，下翼缘长宽度仅150mm，使分户墙厚度控制在200mm以内，钢梁可完全藏于墙体内。

　　具体做法：分户隔墙——采用25mm厚硅酸钙涂装板或12mm+12mm厚防火石膏板错缝拼接，内填隔声保温材料(岩棉)，如图11。

　　图11 分户墙构造

（二）轻质快装隔墙设计

　　轻质快装隔墙有86mm和200mm两种厚度规格，200mm厚轻质快装隔墙用于有隔声要求的房间，轻质快装隔墙主要由竖向龙骨、横向龙骨、岩棉和硅酸钙板+涂装板构成，具体结构如图12、13。

　　图12 86mm厚轻质快装隔墙构造

　　图13 200mm厚轻质快装隔墙构造(隔声)

　　轻质快装隔墙施工现场及效果如图14所示。

　　图14 轻质快装隔墙施工现场

干式地暖

　　本项目采用干式地暖设计，主要结构从下到上依次为地脚螺栓—架空层—地暖模块—硅酸钙板平衡层—地板饰面层。典型结构如图15所示。施工现场如图16所示。

　　图15 干式地暖构造示意

　　图16 干式地暖施工

装配式钢结构住宅的评价

　　根据《装配式建筑评价标准》(报批稿)进行评分，本项目装配率为92%，评价等级为AAA级，具体评分计算如下表所示。

评分说明：

　　1、竖向承重构件采用钢管混凝土柱+钢支撑，属于钢结构全装配;

　　2、楼(屋)盖水平承重构件采用钢筋桁架楼承板，楼梯采用钢楼梯;比例>80%;

　　3、外墙复合型保温外墙，非砌筑比例>80%，满足墙体与保温、装饰一体化;

　　4、内隔墙采用轻质快装隔墙(轻钢龙骨+硅酸钙板)，比例=60% ，满足墙体与管线、装修一体化;

　　5、满足全装修，干式干法地面比例>70%，厨卫全部采用集成，比例>90%;

　　6、部分实现管线与结构分离，比例<50%，管线与结构分离不得分。<>

钢结构住宅六大典型问题解决方案

　　装配式钢结构建筑存在诸多优势，但存在结构体系与户型冲突，露梁、露柱，大量湿作业及二次砌筑，防水、防火、保温、防腐、隔声等，传统装修和成本六大典型问题，基于本项目，可总结六大典型问题的解决方案，具体如下：

　　1.结构体系与户型冲突。研究发挥钢结构体系优势的户型组合方式，例如平面规整、柱跨连续、减少开槽等。

　　2.露梁、露柱。采用室外或公共区域柱外偏、采用下翼缘较窄的钢梁——单轴对称工字钢梁等措施将梁下翼缘内藏，或使钢梁藏于墙内。

　　3.大量湿作业及二次砌筑等。除了必要的楼板少量现浇作业外，将所有部品部件全部工厂化预制。

　　4.防火、防水、保温、防腐、隔声等。1) 防火措施：钢柱钢梁防火板包覆，满足耐火极限要求。2) 防水措施：外墙采用大板，减少板缝，做好防水构造。3) 隔声措施：墙体隔声：围护墙体、分户墙体均使用隔声材料填充密实，两侧使用双层石膏版错缝拼接。

　　5.传统装修。采用装配式装修。

　　6.成本。成本含钢结构、围护体系和内装体系，建议采用总承包模式，其虽然存在体系复杂集成技术要求高的特点，但是有利于降低成本。

作者简介：

　　张守峰，中国建筑设计研究院有限公司装配式建筑工程研究院总工程师，住建部装配式建筑专家，北京市装配式建筑专家，参与多部国家标准装配式相关标准、图集编制，牵头并参与国家重点研发计划及住建部多项科研课题研究。

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