裝配式鋼結構建筑設計探索

陳雪英

【摘要】本文通過對“綠筑GBS公寓”項目的工業化集成技術體系的介紹，分享該項目優點和不足，旨在體現裝配式鋼結構建筑設計中細節的重要，為宿舍、公寓類非居住性住宅的裝配式鋼結構建筑的發展提供示范和借鑒作用。

【關鍵詞】裝配式鋼結構建筑；裝配式技術體系；細節設計；裝配率；土建裝修一體化

隨著社會發展，環境污染、材料浪費、人工成本增加等建筑行業問題進一步制約我國建筑業的可持續發展，綠色的可持續發展的工業化建造之路隨之替代。目前國家及各地陸續出臺政策，大力推動裝配式建筑與信息技術應用已上升成為推動建筑業轉型升級的國家戰略。然鋼材可循環利用，擁有較高回收率，隨著鋼產量供應充足使鋼結構建筑必將成為政策推薦的必然導向。

我國鋼結構在公共建筑尤其在大跨度、大空間建筑中的應用廣泛，且技術已經十分成熟。每年非住宅類的居住建筑公寓、宿舍建造量相對較大且穩定，裝配式鋼結構建筑在非住宅類的居住建筑中的應用推廣也符合國情。為了更好的執行國家政策，推進裝配式鋼結構建筑的體系良性發展，認真做好裝配式鋼結構建筑的細節設計，研究刻不容緩。

1、項目介紹

本項目用地位于浙江省紹興市北部，柯橋區柯北村柯北工業園區內，距紹興主城區約18公里。項目名稱為綠色集成建筑科技產業園（一期），性質為工業用地。總用地面積202232㎡，總建筑面積138054.3㎡，按規劃要求生活服務設施面積占地不超7%，總面積不超18%。其中綠筑GBS公寓1#、2#、實驗樓，作為工業園區的宿舍功能產品，同時兼顧展示、體驗集成建筑技術的功能。

綠筑GBS公寓1#，本次設計總建筑面積：4570.99平方米。本次設計宿舍間：130間，其中三人間104間，雙人間26間。使用功能：1層～4層為帶獨立衛生間和封閉陽臺的單層三人間的宿舍用房，5層為雙人間。設計使用年限： 50年；抗震設防烈度6度。

2、裝配式技術體系

“浙江綠筑集成科技產業園員工公寓樓”獲批列入2017年住建部裝配式建筑科技示范工程。本項目為交鑰匙工程，采用交錯桁架鋼框架結構體系。

桁架采用混合桁架，走廊處不設斜桿，底部無落地桁架，在底層對應軸線設橫向支撐。（圖2）

梁柱連接采用全螺栓連接，鋼柱延伸至地下室底板，嵌固層為首層地面。

樓板采用采用鋼筋桁架疊合板（圖3）及全預制局部疊合樓板（圖4）。

樓梯采用裝配式鋼樓梯，樓梯與主體結構采用不傳遞水平力的連接形式。

外墻采用PC掛板：帶裝飾面的夾芯保溫一體板和PC外墻單板。

內墻采用蒸壓加氣混凝土砌塊干法砌筑施工或蒸壓加氣混凝土條板或輕鋼龍骨石膏板，實現墻體施工過程中，采用少量濕作業。

衛生間采用科逸的集成衛生間1218型號。

3、裝配率計算

根據上海市住房和城鄉建設管理委員會文件滬建建材【2016】601號文關于本市裝配式建筑單體預制率和裝配率計算細則（試行）的通知。該項目預制率和裝配率計算如下：

滿足業主要求，裝配率40%以上。

4、項目重難點分析

一般居住性質的鋼結構建筑的設計要點都在于考慮如何防火，如何隔聲。而本項目的難點在于內外墻排版布置的精細化、裝配式墻板之間的縫隙處理、室內效果控制等等。這些在施工圖階段往往考慮的不夠全面，需要深化設計階段來完善。

4.1外掛預制混凝土墻板

在裝配式建筑中，為了實現高度的工業化建造，PC掛板大部分都是通過模具生產出來的標準構件。一個建筑中模具越少，成本也就相對低。同樣是考核科研試驗項目的標準之一。施工圖設計階段，常規外墻往往考慮的比較少，如：僅僅是節能上傳熱系數是否滿足，外墻平立面是否對的上，外墻節點設計是否能實現建筑效果，但是采用PC外墻時好多細節應在施工圖設計中提前考慮。（圖5施工圖版本1，圖6為施工圖版本2）。

施工圖版本1與施工圖版本2中方案差距較大，種類明顯減少，由于是本項目宿舍樓，層高相同，戶型相同，為了實現標準化最大化，避免出現超長超寬板，設計上考慮轉角板與標準板拆開；女兒墻與頂層脫開；門窗種類標準化，減少異形窗的設計；底層室內外高差勒腳板脫開采用干掛石材。

當然具體項目設計中考慮的因素可能不同，還有以下幾點注意事項：

1.考慮PC構件生產、堆放、運輸的可能性。構件生產流程、構件脫模、構件生產平臺尺寸，構件起吊設備、構件運輸條件、構件生產方式等。

2.考慮PC生產的經濟性。如模具成本及重復使用率、構件的補強措施、裝車運能、人工成本消耗等；

3.考慮PC構件預埋件的合理性。如根據PC重量合理設計脫模點和起吊點，盡量統一預埋件規格型號，以及各吊點的金屬件承擔荷載等，同時考慮預埋件加工采購的便利性，考慮鋼結構轉換連接件、預埋件及鋼結構牛腿位置的協調性。

4.考慮PC板縫的位置、處理措施，做好PC構件數量與方量的統計表，預埋件數量統計表。

4.2內隔墻設計

為了實現結構體系的優越性，內隔墻需要著重考慮交錯桁架處的隔墻方案。交錯桁架內隔墻設計研究方案有三種，兩側采用輕鋼龍骨石膏板，兩側采用聚苯顆粒水泥纖維條板，兩側采用ALC條板。最終通過調研評審，桁架兩側采用了75厚的ALC條板，無桁架處采用了150厚的ALC條板。ALC板材材料即蒸壓加氣混凝土板。目前國內廠家主要引進日本和德國技術。特點質輕高強、耐火性優良、抗滲性優良，現場可加工性良好。為工廠預制產品，精度高，可刨、可鋸，為現場裝配式板材。采用干作業，安裝簡便，工藝簡單，大大縮短工期，提高效率及施工質量。板材自身有統一的模數，板的寬度可選范圍300—600mm，10mm間隔，標準寬度600mm。施工中雖然可以任意切割，但是常用的是300以上，局部不應小于200，切割過多也會導致現場粉塵嚴重。所以需要設計提前考慮好隔墻的排版。洞口兩側的板材宜布置標準板。結合隔墻板規格詳見下表。

4.3裝配式墻板之間的縫隙處理

本項目裝配式墻板的縫隙有PC外掛墻板之間的水平縫、垂直縫，還有ALC條板之間，以及ALC條板與樓板底、頂接觸的縫隙處理。

PC掛板水平縫設計高低的企口縫，形成自然的構造防水。PC外墻掛板板縫所用的密封材料應選用耐候性密封膠，密封膠與混凝土的相容性、低溫柔性、最大伸縮變形量、剪切變形性、防霉性及耐水性等均應滿足設計要求，且應滿足外飾面防污和環保要求. 背襯材料可選用直徑為縫寬1.3-1.5倍的泡沫塑料棒或以PVC硬質塑料片擋縫后嵌聚合物砂漿. （圖7）

外墻不同墻體材料交接處表面鋪500寬熱鍍鋅電焊鋼絲網，內墻凡不同墻體材料交接處表面鋪300寬耐堿玻纖網格布。（圖8）

4.4室內效果控制

鋼結構與鋼筋混凝土結構在于走道凈高控制這塊并不占優勢，只有通過全專業及BIM團隊的協同設計，通力合作才能達到意外的效果。鋼筋混凝土結構梁高已包含了板厚，而鋼結構建筑樓板是在梁的上面，故考慮凈高時要增加考慮板厚。層高3000，底層及頂層帶斜撐處的框梁高450，板厚120，面層預留50，吊頂高度50，則凈高只有2330.為了保證2300的凈高，再加上走道寬度有限，結構梁上開洞過多不合理，則必須合理布置強弱電橋架、消火栓給水管、市政供水管、熱水管、加壓供水管（圖9）。其余層上弦桿只有200高，設備管線可以不用穿梁。

裝配式建筑管線常需考慮預留洞口，或者套管，否則現場開洞比較繁瑣，且不符合裝配式建筑的發展要求。根據《建筑給水排水及采暖工程施工質量驗收規范》（GB50242-2002）第3.3.13條規定：管道穿過墻壁和樓板，應設置金屬或塑料套管。安裝在樓板內的套管，其頂部應高出裝飾地面20mm；安裝在衛生間及廚房內的套管，其頂部應高出裝飾地面50mm，底部應與樓板底面相平；安裝在墻壁內的套管其兩端與飾面相平。穿過樓板的套管與管道之間縫隙應用阻燃密實材料和防水油膏填實，端面光滑。穿墻套管與管道之間縫隙宜用阻燃密實材料填實，且端面應光滑。消防管道穿越樓面，需要加設套管，套管高出樓板或地面50mm，套管與管道之間采用不燃材料封堵。（圖10）

結語：

綠筑集成科技產業園員工公寓樓項目是我司自2014年起，聯合多所高校，邀請眾多行業專家，結合歐美先進裝配式技術，自主研發落地的公寓建筑產品。裝配式鋼結構建筑設計原則總結如下：

1.平面設計

1）平面設計遵循模數協調原則，優化構件的尺寸和種類，發揮鋼結構的優勢。

2）內外墻板的排版、接縫設計應滿足構造合理、施工方便的要求，應根據工程實際情況，合理進行節點設計，滿足防水、節能等要求。

立面設計

1）立面設計利用標準化、模塊化、系列化的特點，預制外墻板通過外墻構件的靈活組合，實現富有工業化建筑特征的立面效果。

2）外窗門窗在滿足通風采光的基礎上，考慮外墻板模數，通過調節門窗尺寸、位置使立面形成一定的靈活性。

2.節點設計

1）樓板形式、工程做法、內裝吊頂方案、設備走向應協同設計。

2）鋼結構柱梁連接方式、防火方案、裝修方案協同設計。

3）協同設計應包含各專業建筑、結構、水、電氣、暖通、內裝、幕墻及BIM，實現土建裝修一體化。

在目前國家推廣裝配式鋼結構建筑的契機下，做好鋼結構細節設計產品化設計已經刻不容緩。鋼結構本身就是預制構件，如何更好的提高預制裝配率，如何做好細節設計，如何更好的銜接施工圖設計和深化設計，讓建筑真正做到土建裝修一體化。面對不同的工程，問題也各不相同，在設計的道路上我們需要學習的東西還有很多。

參考文獻：

[1]《裝配式鋼結構建筑技術標準》GB/T51232-2016

[2]《工業化建筑評價標準》GB/T51129-2015

[3]《浙江省工業化評價導則》浙江省住房和城鄉建設廳發布

[4]《關于本市裝配式建筑單體預制率和裝配率計算細則（試行）的通知》上海市住房和城鄉建設管理委員會文件滬建建材[2016]601號文

[5]《細節決定成敗》汪中求著

[6]《蒸壓加氣混凝土砌塊、板材構造》13J104

[7]《預制混凝土外墻掛板》08SJ110-208SG333