裝配式鋼結構在綠色住宅設計中的應用

郁春春

（江蘇鼎立鋼結構工程有限公司，江蘇鹽城 224000）

裝配式鋼結構綠色住宅是以鋼件構結構系統為建筑物主要支撐體系、結構構件以裝配方式進行集成化構造的一種新型住宅建筑，其空間布置具有十分明顯的集成性、靈活性等特點，具有便捷性、綠色節能性。

在較發達地區，裝配式鋼結構綠色住宅建筑在所有住宅建筑中占據極大比例，其體系逐漸系統化、行業化。在國家大力發展裝配式建筑的背景下，國內的裝配式鋼結構綠色住宅的標準化、系統性特性日益凸顯，裝配式結構綠色住宅建筑取得較大進展。

1 裝配式鋼結構綠色住宅的發展

裝配式建筑將傳統建筑的現場工作轉移至工廠中進行，在工廠內制造建筑的構件和陽臺、樓板等配件，加工完成后運輸至建筑施工現場進行裝配安裝。作為裝配式建筑體系的重要組成部分，鋼結構正在不斷迎接新的發展機遇與挑戰。

自2015年，國內多次出臺裝配式建筑的相關政策，不斷推出鼓勵措施。

2016年2月，頒布《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》，明確指出要大力建設國家級裝配式建筑生產基地，截至2025年，使裝配式建筑占新建工程的30%；2018年，國內裝配式建筑面積達2.9億m2，裝配式鋼結構建筑在裝配式建筑中占比達30%，多為公建建筑；2019年3月，中華人民共和國住房和城鄉建設部指出，應大力開展裝配式鋼結構綠色住宅試點建設，推進我國裝配式鋼結構綠色住宅建設體系的良好與可持續發展。

我國裝配式建筑主要分為木結構、鋼結構、混凝土三種建筑體系，其中混凝土與鋼結構占據主導地位，裝配式鋼結構約占裝配式建筑30%。

截至2018年底，住房部提出十項重點任務，“裝配式鋼結構建筑”成為建筑業界內的熱門話題。在國家政策與方針的推動下，我國在裝配式鋼結構綠色建筑方面的研究不斷深入，提出多批典型試點項目，國家鳥巢體育場、北京大興國際機場等均是裝配式鋼結構建筑的典型公建建筑。

裝配式鋼結構綠色住宅的優勢日益凸顯，得到國家的大力推動與發展，北京通州臺湖裝配式鋼結構住宅項目、廣西柳州蓮花城保障性住房、四川省廣安站前大道公租房、裝配式道孚輕鋼結構建房試點項目等均為當地重點裝配式鋼結構住宅工程示范項目。

四川省裝配式道孚輕鋼結構建房試點項目如圖1所示。

圖1 四川省裝配式道孚輕鋼結構建房試點項目

2 鋼結構綠色住宅結構體系

傳統鋼結構綠色住宅體系主要有鋼框架-支撐與純框架體系，新型鋼結構住宅體系主要有鋼管束、集裝箱結構等多種體系。

12層以下的鋼結構住宅一般采用純鋼框架體系。安徽省某保障性住房房屋層數為11層，高度為35m，最大柱距為7.6m。安徽省某保障性住房建筑標準層結構體系布置如圖2所示。

圖2 安徽省某保障性住房建筑標準層結構體系布置

該結構體系的標準冷彎矩形柱截面為352mm，層間最大位移角為1/352，各項指標均符合國家相關政策與法規的規定。結構體系具有諸多顯著優勢，如梁柱布置靈活，可提高建筑空間利用率；材料延性好，有利于抗震；構件安裝便捷。但結構體系也存在問題，如側移結構可能無法滿足部分地區對住宅建筑抗震性能的要求。

12層以上的鋼結構住宅一般采用鋼框架-支撐體系。廣西柳州某保障性住房房屋層數為25層，高度為76m，最大柱距為7.6m。

廣西柳州某保障性住房建筑標準層結構體系布置如圖3所示。

圖3 廣西柳州某保障性住房建筑標準層結構體系布置

該結構體系的標準冷彎矩形柱截面為400mm，層間最大位移角為1/597，各項指標均符合國家相關政策與法規的規定。該結構體系具有諸多顯著優勢，如抗側力顯著增加、延性良好，缺點為支撐節點連接較為復雜，支撐處墻板施工煩瑣。

不同鋼結構綠色住宅體系具有不同的優勢與缺陷，應在住宅設計中結合當地的實際情況與工程項目的實際需求，選擇適當的鋼結構住宅體系。

3 裝配式鋼結構綠色住宅的設計要素與具體設計

3.1 設計要素

（1）節能環保設計要素。

在裝配式鋼結構綠色住宅的設計要素中，節能環保設計是響應國家綠色建筑號召的重點要素。在裝配式鋼結構住宅設計中，應合理選擇住宅朝向，以南北朝向為宜，有效改善和提高其節能特性。南北朝向房屋的最顯著優勢是冬暖夏涼，夏季可以盡量減少陽光直射造成的室內溫度偏高，冬季可以確保陽光充分照射房間，提高住宅建筑室內溫度，減少煤炭、空調等耗能設施的使用頻率。合理設計圍護結構可以有效提升其熱工性能，做到節能減排，通過控制墻體比例，完善建筑圍欄地面、門窗、樓梯等結構的熱工性能，實現裝配式鋼結構住宅的節能環保目標。

（2）住宅建筑戶型設計要素。

戶型設計要素中，應以裝配式鋼結構綠色住宅的特點入手，采用標準化、模塊化的設計方法。設計中充分利用鋼結構的空間布置優勢，為住宅在生命周期內的可變性提供一定便利性，借助專業技術使邊柱偏移、中柱趨于次要空間，打造線條外立面，營造舒適、廣闊的室內空間，提升住宅空間利用率與主觀舒適感。

3.2 具體設計

（1）標準化設計。

標準化設計主要包含戶型模塊化設計、廚衛模塊化設計、部品和構件標準化設計三個層面。在戶型模塊化設計方面，依據項目定位與住宅建筑需求，設計有關聯又相互獨立的戶型，通過靈活多變的單元模塊滿足不同業主的需求；在廚衛模塊化設計方面，通過一定的模塊設計，使廚衛規格、尺寸與多種戶型模塊相匹配，特別是廚衛一體化的使用，可以有效縮短工期；在部品和構件標準化設計方面，對其進行精細化設計，減少不規則節點，提高裝配式類型的準確性與精密性，實現可更換性，使住宅建筑后期維修更方便，降低維修成本。

（2）一體化裝修。

近年來，在BIM等多項技術的加持下，建筑一體化裝修得到了認可。在一體化裝修方面，需要重點關注內裝的一體化設計與一體化施工。在內裝一體化設計方面，需要對住宅空間的功能使用提供更詳細、精確和人性化的考慮，將家具、廚具、燈具插座等管道工程納入綜合考量范圍內，提高設計精度。在內裝一體化施工方面，將內裝與土木工程同時施工，推動建筑構件的預制加工，為一體化施工提供支撐，降低住戶二次裝修概率與成本。

4 結語

裝配式鋼結構綠色住宅的標準化、系統化特性已日益凸顯，在政策指導與國家的推動下，取得了良好的發展結果。在裝配式鋼結構綠色住宅的設計中，需要結合鋼結構綠色住宅體系的適用性，選取合適的鋼結構住宅體系，遵循節能環保設計與住宅建筑戶型設計要素的原則以及綠色建筑的設計與建設標準，進行標準化設計、一體化裝修，大力推進裝配式鋼結構綠色住宅的發展。