新型裝配式鋼結構UBF 低層住宅體系與集成技術應用

劉煥頤 李立恒 胡文燦

北京中天元工程設計有限責任公司

順義某低層住宅（簡稱“順義住宅”）竣工于2018年，項目在設計建造中采用了新型裝配式UBF鋼結構體系1，即梁貫通式全栓接重鋼結構體系及系統(tǒng)集成技術，擁有相配套的設計與施工一體化進程，在了解業(yè)主訴求后，按需建造了一棟適老化住宅。項目實現(xiàn)了建造高裝配化、產(chǎn)品高精度化、性能高品質化的初衷。地上2層，建筑面積341m2，由客廳、餐廳、衛(wèi)浴、廚房及家庭活動室、主次臥室、收納儲藏等功能空間構成，立面為四坡屋頂，具有工業(yè)化特點和簡約現(xiàn)代風格。該住宅的裝配式建造體系，是將新型結構體與新型建造法相結合的一次實踐。

1 建造體系

與目前所研究的居住產(chǎn)品相同，在趨于一致的廣義SI住宅建造概念下，順義住宅的裝配式建造體系開展了極具特色的專業(yè)化產(chǎn)品研發(fā)。除了如高耐久性的結構體系、與結構分開敷設的管線系統(tǒng)及高機動性高集成化的內(nèi)裝體系外，該項目在各個分系統(tǒng)中也有著獨立于其他普遍特征的個性化解決方案。

1.1 UBF結構體系

順義住宅采用的結構體系為重鋼結構UBF體系，由專業(yè)鋼結構構件廠進行高精度標準構件制造，于2016年投入生產(chǎn)。其結構主要特點為：重型鋼構件滿足高端鋼結構住宅結構性能標準，有著更好的抗震、防腐、耐久效果；結構體采用穿梁體系，即固定梁位置的柱子是可變的，這意味著上下層的柱子不必對齊，可以自由設置而不受平面的限制。具體論述如下：

（1）平面可自由布置

每層的平面布局可以遵循戶主的需要靈活安排，若兩代人一起生活，首層可以按照適老化需求設計，樓上單元結合年輕一代的生活方式自由安排，無需將柱子位置作為上下對齊的設計條件。

（2）開窗可自由靈活

依據(jù)該體系中立柱靈活的特點，轉角處可以不設置柱子，以達到角窗配置更加靈活的目的。這樣開窗面積可以更大，視野更加寬廣，空間也更開闊。

（3）室內(nèi)可使用面積相對增加

與傳統(tǒng)鋼筋混凝土結構相比，UBF結構體系能根據(jù)業(yè)主要求以及設計條件，調節(jié)鋼結構構件斷面大小，增加或減少柱間跨度，室內(nèi)面積可提高5%～8%。

（4）層高可自由調整

該體系中考慮到裝飾墻板固定高度以及鋼結構構件承載力長細比要求，層高可在2.8～3.5m范圍內(nèi)進行調整。順義住宅的層高為3.3m，室內(nèi)凈高為2.7m，為了顯著減少設備管線對層高帶來的影響，鋼梁制造過程中依據(jù)設計條件預留洞口，從而滿足室內(nèi)凈空高度要求。

1.2 內(nèi)保溫與外墻體系

在順義住宅中，外墻采用了水泥纖維外墻裝飾板+ALC板的集成技術體系。外墻裝飾板材相比傳統(tǒng)天然材料，除了具有更加豐富的可塑造型外，還具備優(yōu)異的耐久、耐火等物理性能，所采用的特殊成型工藝賦予了其極具張力的表面肌理。無論是在國內(nèi)還是國外，外墻體系都是一種被廣泛采用的外墻基本體系，該體系由外圍護墻體、填充式保溫材料、石膏板維護內(nèi)墻組成，可以在專業(yè)的技術指導下安裝。與國內(nèi)常見的裝配式住宅不同，項目采用內(nèi)保溫體系，提高了保溫層的可維護性。

1 建筑南側外景

2 一層平面圖

3 二層平面圖

4 三層平面圖

5，6 內(nèi)裝實景

7 剖面圖

8 建筑北側外景

9 梁通柱不通的結構體系

10 無柱的角窗位置

11 提升吊頂高度

12 鋼梁預留孔洞位置

13，14 水泥纖維板外墻材料

15，16 外墻體系

17 管線分離敷設

18 干式地板采暖系統(tǒng)

業(yè)主：個人

建設地點：北京市順義區(qū)

建筑設計：大作營造（北京）建設工程有限公司

項目負責人：李立恒

設計團隊：李立恒、胡文燦、段海濤、孔祥玉

總建筑面積：341m2

設計時間：2016

建成時間：2018

圖片版權：北京中天元工程設計有限責任公司

1.3 室內(nèi)管線分離敷設體系

項目采用同結構體完全分離敷設的管線體系，利用吊頂空間以及輕質隔墻內(nèi)石膏板龍骨間空隙布置管線，在必要位置設置檢修口，達到體系高維護的目的。

（1）干式地暖采暖體系

為不受制于區(qū)域和城市供暖系統(tǒng)的運行時間，本工程采用燃氣供暖的干式地暖板，從而達到獨立取暖、自由控制室內(nèi)溫度的目的。干式地暖不需要細石混凝土回填作業(yè)，施工精度高、速度快，同時減少施工現(xiàn)場濕作業(yè)帶來的污染，后期維護也相對方便簡單。

（2）輕質隔墻系統(tǒng)

為實現(xiàn)更佳的隔音和隔熱效果，隔墻采用雙層石膏板（厚度為12mm）設計，空心隔墻系統(tǒng)還為電路的敷設預留了靈活可用的空間，為管線分離提供了條件。與此同時，在需要掛重物的特殊部位（如扶手、吊柜、裝飾畫等），將里側石膏板換為無機復合板進行補強，達到掛重物的承載要求。

2 內(nèi)裝與部品集成體系

為完善內(nèi)裝工程，順義住宅采用了大量集成化部品，包括整體浴室、系統(tǒng)廚房、整體衣帽間、室內(nèi)樓梯等，這些部品均在工廠加工完成、現(xiàn)場組裝，大幅度縮短了現(xiàn)場作業(yè)的工期。不同于傳統(tǒng)建造法以平面設計為基礎，由專業(yè)廠家對以上重要環(huán)節(jié)進一步協(xié)調深入，該項工作是一個精細化設計的過程，內(nèi)裝家具的擺放位置以及空間尺寸是在結構外裝設計時考慮的必要因素。除了定位及做法等信息要用通俗易懂的建筑語言表達，圖紙還要將內(nèi)裝部品以及設備之間可能存在的相互干預納入考量范圍，確保現(xiàn)場的準確施工和組裝。設計過程中要嚴格把控圖紙，以防將問題遺留給施工環(huán)節(jié)。總而言之，精細化設計是精細化施工的必要條件，只有兩者相輔相成才能建造出由內(nèi)到外精細化的住宅產(chǎn)品。

2.1 整體衛(wèi)浴

順義住宅的衛(wèi)浴整體安裝，地面采用SMC材料（Sheet Molding Compound，一種模壓成型的高強度復合材料），頂棚及墻面由彩色覆膜鋼板構成，浴缸使用了丙烯酸樹脂。工廠加工制成浴室的墻、地、頂，將集成照明、電器、適老化部品等衛(wèi)浴部件運送到施工現(xiàn)場，經(jīng)組裝、接水電等工作后完成施工。整體浴室是浴室工業(yè)化的產(chǎn)品，規(guī)避了現(xiàn)場濕作業(yè)對施工環(huán)境和施工質量的干擾，可信賴性、持久性和修護均相對較高。為實現(xiàn)整體高效的操控性能，其智能化操作面板集成了照明、室內(nèi)溫度、冷熱水、通風、干燥等多種功能。

2.2 集成廚房

在確定廚房設計形態(tài)的條件下，工廠遵循設計尺寸對櫥柜、設備、操作臺等所有部品進行加工，在現(xiàn)場接水、電、氣并完成組裝。為讓廚房空間更加便于使用，并得到更高效率的利用，廚房布局還將人體功能學和適老化要求納為考慮因素。

2.3 系統(tǒng)收納

基于傳統(tǒng)收納理念，項目對此提高了標準，需要具有收納系統(tǒng)化、合理化、功能化的特征，符合適老化要求、整合儲物空間、改良戶型設計、合理倉儲等。在工廠統(tǒng)一生產(chǎn)完成儲物家具和金屬構件后，在現(xiàn)場進行組裝，根據(jù)預留電路與照明連接。標準化、模數(shù)化的部品賦予了施工便捷性，并提高了整體質量。

19，20 整體浴房

21 適老樓梯

22 適老衛(wèi)生間

2.4 適老部品

本項目定義為適老住宅，在平面設計上滿足適老化要求，在部品選擇上也采取了同期考慮、同期設計的方式。老人的活動空間包括臥室、走廊、衛(wèi)生間等。沿墻體位置在衛(wèi)生間坐便器及浴缸周邊按照適老標準安裝輔助安全扶手，并增設呼叫器，扶手的高度以及安裝位置嚴格按照老人身高及使用習慣具體設計；衛(wèi)生間采用日本進口PVC防滑地磚，不僅有豐富的工業(yè)化面材飾面，防滑性能較普通的防滑地磚也大為增強；為了方便老人起夜，臥室到衛(wèi)生間之間安裝感應地腳燈，衛(wèi)生間內(nèi)安裝人體感應筒燈。

3 實施體系

順義住宅作為一種完全不同于傳統(tǒng)建造方法的居住產(chǎn)品，需要通過高度專業(yè)化的實施體系使其建造技術得以實現(xiàn)。實施手段所對應的技術規(guī)則各不相同，因此在該項目的實施過程中，不僅要建立專業(yè)的技術團隊，實施系統(tǒng)的細節(jié)化調節(jié)也至關重要，各個專業(yè)需協(xié)同并進，才可以保證最終產(chǎn)品的落實度。

4 結語

順義住宅的設計與建造過程，是一種基于基本建造理論的個性化表達，被當今工業(yè)化居住產(chǎn)業(yè)領域所廣泛認可并采納。不同于當前國內(nèi)的大量裝配式住宅產(chǎn)品，該項目從內(nèi)裝實施到主體結構，都是基于精細化的設計，詳盡的圖紙表達所實現(xiàn)的是完全裝配式系統(tǒng)解決方案的實施過程。工廠統(tǒng)一生產(chǎn)的部品都有嚴格的生產(chǎn)以及安裝標準，能夠細化到每一個螺栓，在實現(xiàn)構造體系工業(yè)化的同時又為精細化內(nèi)裝制造了條件。高精度、高持久、高維護性住宅產(chǎn)品需要以上各個環(huán)節(jié)的共同協(xié)調作用，從而真正實現(xiàn)高品質居住的概念。

注釋

1 UBF 鋼結構體系：Unbraced Frame Without Sideways System無斜撐無側移框架體系，是基于SI 理論下采用國內(nèi)標準、規(guī)范、型材、工藝、試驗及設計方法的自主開發(fā)的設計構造體系。

圖片來源

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