裝配式鋼結構住宅體系的發展與應用分析

高利平

【摘要】本文以住宅工程為例，以其裝配式結構為切入點，分析其技術架構、對其開展設計計算，探索其具體應用，以期揭示裝配式鋼結構住宅建筑在其全程序生命周期的經濟與節能優勢，為建筑行業發展提供良好的作業與發展方向，提升相關行業的經濟收益。

【關鍵詞】樓板;參數;位移角

鋼結構建筑屬性具有裝配化，適用于工業建造，在產業化發展進程中具有模范作用。裝配式鋼結構在設計與應用期間，包括多個流程，具體表現為鋼結構生產、結構建造、結構應用、結構拆除、結構回收等，在回收后可再次投入作業中，具有較為顯著的應用優勢與經濟性。

1、工程概況

某地區住宅建筑項目中含有13棟住宅建筑，其中6棟為6層封頂，7棟為11層封頂。裝配式鋼結構主體項目為11層封頂的30號樓，此工程主體建筑標高數值為34.05米，建筑功能為商住兩用，其中一層二層為商業網點，3～11層為住宅區，住宅層高度數值為2.9米。依據項目的實際情況、裝配式建筑的各項參數需求，經對比分析，確定裝配式鋼結構的建筑工藝，作為住宅建設的基礎體系，具體配置為：矩形鋼管配置混凝土柱，梁結構確定為H，樓板選擇鋼筋桁架與混凝土兩種材質的疊合板，以樁承臺為基礎，樁配置為PHC型號、混凝土材質的管樁，框架柱采取外包式。

本工程外墻基礎采取的設計理念為：針對混凝土條板施加蒸壓加氣，將其嵌入在鋼框架中，予以安裝;外墻基礎設計的條板具有保溫功能;內墻材料選擇的是空心條板，借助其質量輕便、混凝土材質穩定性等應用優勢;樓梯設計以梁式為主，工程應將細石混凝土澆筑在薄鋼板表面。鋼框架結構中，箱型截面的制作工藝為：采取冷彎矩形、焊接組合等方式，操作鋼管混凝土柱。箱型截面完成時，保持其內灌強度為C40，形成自密實狀態的混凝土。鋼構件材料型號為Q355B[1]。

2、結構布置

針對矩形鋼管制作而成的混凝土材質框架柱，具體結構設計為：其首層柱截面應設計為450×a，a取值為14、16;標準層柱截面設計為400×b，b取值為10、12、14;框架梁截面設計為H400×200×c，其中c規格有三種，即6×12、6×14、10×25。

3、裝配式材料選擇與具體應用

3.1樓板選擇

依據裝配式相關建筑標準，裝配式樓板在建筑期間較為關鍵，其直接影響著裝配效率。通常情況下，標準化鋼結構的裝配方式為配套裝配，樓板類型有鋼板混凝土組合式、鋼筋桁架承載能力較強的樓板、預應力空心輕便型板、混凝土復合疊加板、輕鋼架構式、蒸壓加氣制作而成的混凝土式樓板等。綜合考量建筑各項參數的建筑需求，具體表現為標高與抗震能力、樓板跨度設計標準、住宅應用功能、防火標準、防銹要求、工程所在區域的實際裝配式工藝能力、各類材料的供應情況等，確定的樓板為：鋼筋桁架（承載性能佳）、混凝土材質（穩定性強）、復合疊加結構（應用性強）。

3.2樓板設計

工程中確定樓板為桁架混凝土復合式，復合疊加樓板的厚度數值為140毫米，其中預制底板厚度數值為60毫米，現澆疊加層后續為80毫米。鋼筋桁架物理高度數值為100毫米，寬度數值設計為100毫米，節間距設計為20毫米。參考桁架平行實際受力情況，以及在垂直方向受力時，桁架間距設計為500毫米，邊距應控制在250毫米以內，以此確定TD、GTD兩種形式的板。GTD板應用期間，其板跨控制在2米，如若板跨大于2米，應結合TD板予以使用，將TD板作為臨時支撐。衛生間位置復合板設計為60毫米，預制板厚度不予調整，達成局部降板的設計目標。樓板混凝土設計的強度等級應為C30。

本工程中應用的復合式樓板，在應用期間，依據單向板設計需求，采取預制板密集型排列方式，在外力作用下保持鋼筋文ID能夠性能，以板端底面位置為擠出點，開展預埋件與焊接工藝，將鋼梁焊接于復合樓板端底，加強復合樓板的整體穩定性，良好開展梁板節點設計，科學布設附加鋼筋，達成預制板與鋼筋設計的規范性，以此提升預制板整體制作效率，科學控制模具產生的耗損，為后續工程開展運輸與吊裝提供便利條件。在優化鋼筋使用期間，應綜合考量鋼筋桁及其他多個位置的鋼筋使用情況，比如兩個弦鋼筋的作用。依據相關規范內容，逐一計算校驗預制板與復合板的應用性能，具體驗證項目有：承載力、變形能力等。

4、計算分析

4.1參數

本工程中，設計住宅使用周期為50年，基礎性風壓能力為每米0.6kN，地面粗糙程度設計等級為B，基礎性雪壓能力為每平方米0.4kN，設計抗震防護等級為6，場地級別為Ⅱ，將地震項目作為第一組任務，工程作業區域周期值勘測結果為0.35，結構產生的阻尼比數值為0.04。

4.2位移角

在風荷載、地震等自然因素共同作用下，開展鋼結構彈性位移角極限值計算與分析，依據相關規范內容，具體表現為：鋼性能、對抗性能、鋼建設等產生的位移角規范為1/250;裝配式鋼結構建筑位移角規范標準為1/350;鋼管混凝土柱的位移角規范性設計應不大于1/300;風荷載標準彈性位移控制在1/300以內;屋頂水平方向發生位移、建筑標準高度，兩者比值應控制在1/450范圍內，本工程此項參數設計為1/580。

本工程設計環節中，外墻安裝的條板為內嵌式安裝形式，條板規格為蒸壓加氣，條板屬性為混凝土。借助條板的穩定性，減少鋼框架變形事件發生，科學控制墻體承受的負面作用。在此基礎上，借助鋼結構具有的住宅功能，嘗試減少其發生開裂的可能性，采取位移角有效控制具有設計必要性，本工程位移角的極限控制為1/400。

4.3整體分析

針對工程項目的整體結構，開展PKPM計算分析流程，最小樓層在剪承兩者作用力比值中，多維度計算結果均為0.97，計算結果大于0.8，結構周期計算比值為0.85，計算結果不大于0.9;最小剪重比值，多維度計算結果具體為0.87%、0.92%，兩者數據均大于限定數值0.8%;最大層間產生的位移角，多維度數值獲取為1/684、1/454，兩者數據均小于1/400，滿足位移限制不大于1/250的設計規范;最大位移比值在兩個方向的數值分別為1.02、1.35，兩個數據均小于限值1.5;最大層間位置占比數值，在兩個方向的取值分別為1.08、1.35，兩個數據均小于限值1.5。由此可知：各項數據設計均在標準范圍內，符合工程設計需求[2]。

結論：

綜上所述，本工程項目以裝配式鋼結構設計理念，作為住宅建設的核心技術。在實際建設期間，綜合參考地域屬性、氣候等客觀因素，開展科學化配置分析，保障構造工藝的科學性與合理性，促進各項指標的規范性，以此推動建筑產業的綠色穩定發展。

參考文獻：

[1]張昭祥.裝配式鋼結構住宅技術體系的工程應用與分析[J].中國住宅設施，2020（05）：127-128.

[2]孟帥，王琳琳.裝配式鋼結構住宅體系的發展與應用[J].住宅與房地產，2019（04）：267.