預制裝配式鋼結構建筑設計的相關問題研究

（艾奕康設計與咨詢（深圳）有限公司，廣東深圳 518067）

1 預制裝配式鋼結構建筑在工程項目中的應用優勢

預制裝配式鋼結構建筑在工程項目中的應用具有多項較為突出的優勢。

抗震能力好：預制裝配式鋼結構中，主要的承重結構由鋼管與熱軋鋼材料融合而成，兩種材料的質量相對較輕，橫截面受到的作用力與其他材料相比更均勻。在建筑項目施工中，建筑結構的墻體部分為了在根本上解決建筑墻體自身過重的問題，可充分利用建筑墻體自身的特點，對裝配式鋼結構進行調整。在此過程中，可根據建筑結構具有的韌性高、可塑性強及延展性良好等優勢，達到建筑的抗震目的，保證建筑的安全和穩定。

市場經濟收益高：由于鋼結構自身的承重能力較強，建筑施工時，可縮減選取的截面面積，建筑的此種結構特征應用到建筑工程施工中，可節省現場施工的部分材料，以達到節約施工基礎處理工作成本的作用。

符合我國建筑行業的可持續發展觀念：在建筑工程施工中，應用預制裝配式鋼結構可減輕由于施工對環境造成的污染，減少對周圍環境的破壞。

2 預制裝配式鋼結構建筑設計

2.1 建筑整體框架設計

對預制裝配式鋼結構建筑整體框架進行設計時，應考慮施工建筑的功能及項目對其提出的實際設計要求，在滿足建筑功能完善、具備市場經濟效益、美觀度高的前提下，考慮主體建筑整體結構與各機電設備安裝工程的集成，保證預制裝配式鋼結構在工廠化生產中進行統一、協調安裝。

建筑整體框架設計主要包括建筑平面、建筑外墻、門窗安裝節點、小金屬構件、細節構造等。

首先，建筑結構中豎向承重構件主要為墻與各個支柱的上下連接，建筑中的門窗洞口結構，應保證其整體的排列與布局符合建筑設計圖紙的要求，平面的位置與幾何尺寸應在制作前充分考慮其受力與預制構件的相關設計要求。

其次，建筑設計時外墻應滿足外立面的多樣化、整體建筑結構的美觀化等要求。內外墻的接縫處位置應滿足防水、防火、隔聲和保溫的要求，接縫處應采用防水型材料及結構進行設計。

再次，對預制裝配式內外墻板結構進行設計時，應對幾何尺寸提出更高的要求，選用無門窗副框的安裝方式完成對門窗的安裝。在制作門窗結構時，應直接將門窗與預制墻板結構進行相互連接，從建筑的整體構造上解決可能出現的滲水問題。

最后，對小型金屬構件進行設計時，應考慮預埋件的確定位置精度是否符合要求、在后續安裝的過程中是否會與其他構件間產生沖突、錨固結構的長度是否符合要求等問題。

小型金屬構件主要包括空調擋板、室內外欄桿、裝飾結構等。除此之外，應對建筑整體框架中的各個細節構造進行深化設計，充分考慮接縫、防水、防滲等問題，結合上述建筑框架中的結構，綜合分析其連接方式，將其組成統一的建筑結構整體。

以深圳超高層雙子塔鋼結構建筑為例，該建筑外立面設計節點示意圖及對應剖面如圖1所示。

圖1 深圳超高層雙子塔鋼結構建筑外立面設計節點

塔樓裝飾條包含弧形、折線、扭轉等形狀，裝飾條采用平板扭轉，無折邊，不同面的板間采用密拼不打膠，采用外露機械釘固定。所有構件、連接件均在工廠生產現場安裝。

2.2 建筑結構設計

在完成上述相關工作的基礎上，以建筑結構為核心，進行其設計的研究，主體結構的預制裝配式構件主要包括型鋼柱、型鋼梁。考慮型鋼梁、柱節點連接的重要性及運輸的便利性，通常在工廠對型鋼梁柱連接節點加工制作，控制節點的總長度及總重量，以符合運輸要求。

田間設計采用多點大區對比試驗，均設2個處理，分別為膜下滴灌處理和常規大水漫灌處理，每個處理面積為0.07 hm2。其中膜下滴灌處理每幅地膜下鋪設2根毛管，毛管間距50 cm，滴頭間距0.3 m，流量2.1 L/h；灌溉水均為井水灌溉，具體灌水量用水表計量。

型鋼梁柱節點中的型鋼柱長度一般取型鋼梁頂面和底面以外各500 mm左右的高度范圍，在型鋼柱上設置與鋼梁同樣截面大小且長度不小于型鋼梁高度的牛腿，以便鋼梁在工地與型鋼柱采用高強螺栓連接。型鋼柱與型鋼柱間采用工地拼接焊，在拼縫兩邊設置連接耳板，保證鋼柱的對位精度。

進行結構設計時，通常分為構件設計、節點連接設計，鋼構件需要滿足施工階段和使用階段承載力的要求，需要達到使用階段的變形要求，以滿足建筑外觀要求和使用時的舒適性要求。

以鋼結構建筑為例，梁柱結構設計節點如圖2所示。

圖2 深圳超高層雙子塔鋼結構建筑梁柱結構設計節點

型鋼柱為十字形鋼柱，對預制裝配式鋼結構中節點進行處理，在深化設計中綜合考慮加工、制作、運輸和安裝各環節的綜合因素，合理劃分節點和構件的分段長度，在鋼結構工廠完成梁柱節點和構件的加工制作，在工地復雜的工作環境下避免采用傳統的焊接方式，保障節點質量穩定可控。鋼牛腿與型鋼柱間其翼緣和腹板均在工廠采用全熔透坡口焊剛性連接，鋼梁通過與型鋼柱上的牛腿梁翼緣采用全熔透坡口等對接焊縫，梁腹板與牛腿腹板間采用摩擦型高強螺栓連接。裝配式鋼結構可提高樓面水平構件間的施工效率，節約工期并減少材料損耗。

2.3 建筑機電設備設計

建筑機電設備設計主要包括給配水管道預留、預埋設計；燃氣專業預留、預埋設計；電氣管線預留、預埋設計。前者主要在廚房與衛生間的墻體上完成，因此，建筑此部分結構選擇對管線進行預埋的方式施工。在此基礎上，應考慮到管道的正常安裝及后續調試時所需的空間大小，提前預留空間，節省后續施工強度。

以深圳超高層雙子塔鋼結構建筑為例，該建筑預制墻板機電穿管節點如圖3所示。

圖3 建筑預制墻板機電穿管節點

穿管道的洞口間隙較小，采用專用砂漿直接填充，間隙較大則采用灰砂磚或其他專業封堵。深圳超高層雙子塔鋼結構建筑洞口大于1 200 mm，采用一條角鋼配合膨脹螺栓或射釘進行加固，使其與周邊的墻體連為一體。套管由專業單位進行安裝填充，所有構件、連接件均在工廠生產現場進行安裝。

一般情況下，建筑項目會在特殊的環境中開展，受外界與環境因素的影響，建筑機電設備易生銹。預制裝配式鋼結構被銹蝕后，會影響建筑施工的質量，在惡劣的環境條件下，建筑機電設備應進行特殊的防銹處理。在運輸過程中存在生銹的風險，因此，在建筑機電設備到達施工現場后，首先應對機電設備的表面進行除銹處理，以保證預制裝配式鋼結構表面的光滑性。其次，在設備表面涂抹氟碳材料，減小與空氣接觸的面積，防止機電設備生銹，以保證預制裝配式鋼結構建筑的施工質量。

3 結語

針對當前新興的預制裝配式鋼結構建筑在設計過程中存在的相關問題及注意事項進行研究，通過對預制裝配式鋼結構發展的歷史進行了解與分析，總結其特點。從實際工程施工角度出發，對設計內容、注意要點進行闡釋，以具體工程實例為例，對施工過程中涉及的具體內容進行探討，為后續相關建筑設計施工提供參考依據。