售樓處可拆卸空間鋼結構設計要點分析

孫蘇瑩

目前，新建、拆除建筑產生的垃圾對生態環境的不良影響日益凸顯。要想保護城市環境，一方面要提高構件利用率，另一方面要賦予結構相應的可拆卸性。在此背景下，可拆卸鋼結構應運而生。該結構既保留了常規鋼結構的優勢和功能，又避免了建筑拆除后留下大量垃圾，與當今社會提倡的節能環保理念不謀而合，因此有必要圍繞該結構的設計與施工要點展開討論。

1 可拆卸鋼結構介紹

1.1 結構組成

經過數年發展，可拆卸結構已趨于完善。在建筑領域廣泛運用的可拆卸結構通常包括固定件、節點、梁柱等部分，其中節點是指焊接鋼板所得到的立方體，其表面往往設有數個安裝孔，梁柱則是由鋼管、鋼板焊接而成，鋼板表面同樣開設數個安裝孔[1]。

1.2 優勢

可拆卸結構的優勢主要體現在以下幾個方面。首先，該結構使用模塊化構件，便于加工和運輸，構件到達施工現場后可利用螺栓進行組裝，組裝質量及速度均能得到保障。其次，該結構的柱、梁構件均配有格構桁架，自重相對較輕，既能降低運輸、安裝難度，又可以減少施工成本[2]。再次，該結構比其他鋼結構的應用范圍更廣，可適應不同環境和場地條件。最后，各節點均支持多方向連接，其所組成的空間具有較強的靈活性。

1.3 安裝方法

可拆卸結構與其他鋼結構的區別主要是其強調以梁柱所設置獨立節點為依托將各構件可靠連接，從而獲得符合施工標準的鋼結構形式。安裝期間應重點關注以下內容。第一，保證柱頂端安裝孔、節點底部安裝孔完全重合，并利用螺栓連接。第二，視情況決定是否使用高強度鋼絲固定獨立節點，確保結構在較大作用力下，節點不會出現明顯位移[3]。第三，通過節點、固定件對柱進行固定，根據現場地質條件確定連接方法。例如柔軟地面適合用固定件進行連接，剛性地面則更適合通過節點連接。

2 售樓處鋼結構分析

項目為上海某小區的售樓處，位于火車站東側，客戶對該建筑的功能定位是租售小區住宅的場所。考慮到售樓處性質較為特殊，通常是臨時結構，使用期短，房屋預售結束后便拆除，采用傳統建設方案極易出現資源浪費等問題。針對該情況，設計人員制定了以下方案：靈活運用可拆卸設計、模塊設計理念對售樓處進行設計，保證建筑幕墻、屋面和主體結構均能隨時拆卸并重新安裝。在此基礎上，引入模塊化設計理念，使得單元模塊滿足自由拼裝的條件，且拼裝所形成的平面結構符合客戶需求。

2.1 整體受力

售樓處位于地上1 層，建筑面層采用架空設計方案，屋面結構為鋼結構。客戶希望該建筑能夠在保留既有預制拼裝特點的前提下達到可拆卸的要求，日后只需調整模塊單元便能改變結構形狀。鑒于此，研究人員以本項目設計的單元拼裝方案為依據建立計算模型，如圖1所示。由模型可知，該鋼結構建筑共包含10 個室外模塊、16 個室內模塊，室外模塊表面均裝有鋁格柵，室內模塊聯合外墻、屋面共同構成了密閉性良好的內部空間，平面總面積約1 100 m2[4]。

圖1 計算模型

通過結構計算可得出以下結論：三階振型中，一階振型周期在0.85 s 左右，對應狹長的室外單元；二階振型周期在0.72 s 左右，對應室內空間；三階振型周期在0.70 s 左右，對應建筑整體結構。對鋼結構施加一定的風荷載，結構在水平方向的變形在25 mm 左右，鋼結構的實際位移比與行業最新標準相符[5]。對比單一單元所表現出的受力特征不難看出，拼裝鋼結構的整體性更強。

2.2 單元受力

單元模塊中一階振型對應的周期為0.9 s，在豎向荷載值恒定的前提下，單元各角變形幅度均在0.6 mm 左右，跨中邊梁變形幅度約為1.8 mm，均未超過規范范圍。邊梁、環向次梁分別組成封閉環，封閉環的作用有兩個：一是套箍結構所承受的豎向荷載，二是約束懸挑主梁中部及端部。結合技術人員提供的彎矩圖和軸力圖不難看出，即使向該結構施加較大的豎向荷載，其內力和整體變形程度仍處在可控范圍內，通常可以忽略不計。由此可見，在設計單元模塊時，應將重心放在如何控制水平荷載所引起的變形上[6]。

3 鋼結構設計說明

3.1 設計參數

采用輕質屋面，恒荷載1 kN/m2左右，建筑幕墻、外墻恒荷載1 kN/m2，該區域所設置格柵的恒荷載0.5 kN/m2，屋面部分的活荷載為0.5 kN/m2，售樓處室內活荷載為3.5 kN/m2左右。設計人員根據現場情況將風荷載定為0.5 kN/m2，地面粗糙度為B 級，建筑室外格柵實際透風率在50%左右。考慮到建筑主體結構呈倒傘狀，在確定設計方案時還要考慮屋面排水問題，故將屋面部分積水深度設定為0.3 m。

3.2 結構體系

3.2.1 單元間

單元間使用H 型鋼作為邊梁，相鄰邊梁的距離均控制在500 mm 左右。利用邊梁連接各單元，使其成為一個整體，待完成連接倒傘狀屋面的工作后，屋面將表現出折形屋面的特征，受力體系的性能更加突出。項目采用六邊形立面，由各角點連接成一個整體。另外，設計人員在各外立面下方安裝了3 根鋼立柱，確保立面系統得到有效支撐；主梁下方與六邊形角點相距1 m 的結構外側安裝了數根邊緣立柱；各模塊相連節點的下方同樣設有鋼立柱[7]。

3.2.2 室內屋面

本項目室內采用六邊形結構，整體呈倒傘狀。主體結構高度為5.2 m，對角線長度在8 m 左右，立柱高度為3.8 m，橫截面規格為φ240×12。屋面共包括6根主梁，每根主梁的截面均呈H 型，主梁根部和柱相連，端部和邊梁相連，邊梁材質為20b 槽鋼。次梁的作用主要是將屋面劃分成數個三角形，確保任意三角形邊長均在2 m 左右，為日后安裝模塊單元等工作提供便利。在屋面結構中，僅立柱、主梁采用剛接，其余節點均采用鉸接，主、邊、次梁共同構成受力體系。項目室外部分的單元構成和室內大致相同，二者的區別僅體現在主次梁的材質上，室外單元用T 型替代了H 型主次梁。

3.2.3 建筑立面

室內外立面結構基本一致，均采用架空設計，其中室內立面和室外地坪的高差在600 mm左右。立面依次裝有次梁、邊梁以及主梁，三者共同構成穩定、可靠的六邊形。立面被劃分成多個三角形，三角形邊長同樣為2 m，這樣設計能有效降低安裝立面板的難度。此外，設計人員還調整了主梁，通過在其下方增設立柱的方式確保立面系統得到穩固支撐，為售樓處工作人員及來訪者的安全提供保護。

3.3 單元拼裝

本項目的單元拼裝模型見圖2。

圖2 單元拼裝模型

單元拼裝時先要按順序安裝中柱及短柱，再安裝立面主梁與邊梁，并加入立面次梁，使主梁、邊梁、次梁構成三角形，然后鋪設預制混凝土樓板面，安裝立面體系的工作至此告一段落。核實無誤后便可組裝主梁、邊梁、次梁和柱頭，并通過吊裝方式將組裝好的構件轉移到指定位置，利用法蘭連接中柱頂部和組裝構件。

本項目使用的鋼結構包括以下關鍵節點：一是連接模塊槽形邊梁的H 型連接件；二是焊接而成的T 型次梁，該構件需要連接立面主梁、邊梁；三是各立面模塊連接點；四是柱頂連接件；五是由方管、角鋼及主梁組合而成的連接點[8]。上述節點中，立面模塊連接點、“方管角鋼+主梁”連接點的主體構造基本一致，二者的區別主要在于連接節點板有所不同。實際施工中，只需以拼接類型為依據對節點板進行選擇并拼裝，便可達到連接節點的目的。

與此同時，本項目還預制了混凝土樓板，預制模塊均為等腰三角形，其邊長在2 m 左右，可直接放入鋼結構劃分的各分格內。考慮到屋面采用了倒傘形設計方案，施工人員以常規做法為基礎調整了屋面施工技術。將鋼結構中部設置的圓管立柱打造成排水系統，在柱頂增設漏水斗，并對圓管內壁做鍍鋅處理，在減小水流摩擦力和阻力的前提下使內壁的化學性質更加穩定，同時還延長了圓管使用壽命。另外，圓管下端設有兩個排水口，這樣設計的目的是保證雨水能夠順利排到室外，避免屋面積水。

3.4 梁施工要點

3.4.1 前期設計

本項目面臨的難點主要是吊裝施工會破壞安裝雙拼梁的條件，同時增加緊固螺栓的難度。為保證安裝順利、結構性能理想，有關人員決定更改既有設計方案，調整梁上翼緣板的形狀，降低螺栓緊固的難度，同時改變下翼緣板的外觀，為安裝雙拼梁提供了有利條件。

3.4.2 中期安裝

梁結構的安裝工作主要包括以下3步：第一步，以梁結構的特點為依據制作拼裝胎架并吊裝，在降低空中作業難度的前提下有力保證施工質量；第二步，調整鋼柱位置，吊裝成品梁并將其與鋼柱連接，初步獲得結構框架；第三步，在地面組裝雙拼梁，將其吊起并固定在結構框架的指定位置，從而獲得完整的梁結構。

3.5 其他注意事項

對可拆卸結構進行設計與施工期間，應重點關注以下問題。首先，受設計方案影響，拼裝單元模塊時有一定概率出現邊緣室外單元，將該單元和其他單元組合并不能夠獲得項目所需受力體系。要想避免出現該情況，關鍵是要先分析單個模塊對應的屋面體系，再根據模塊表現出的受力特征調整拼裝方案，確保拼裝所得受力體系能發揮出應有作用。

其次，以拼裝方案為依據建立相應模型并分析受力情況，判斷拼裝鋼結構的穩定性、強度和整體剛度能否達到項目要求。

最后，考慮到客戶希望自由拼裝模塊，施工現場僅使用螺栓連接各節點。前期設計階段，有關人員既要考慮項目所用其他模塊的尺寸，又要考慮安裝難度，在保證構件截面規格、形狀合理的前提下確定節點設計方案，避免施工期間遇到不必要的問題。

4 結語

本文以某售樓處項目為例，圍繞空間結構和設計要點展開討論，現將研究所得結論歸納如下。

首先，以室外單體模塊為落腳點對模塊表現出的受力性能、變形程度進行研究，同時分析了組裝結構的性能，明確其具有更大剛度，在受力方面的表現也更加突出。其次，建筑結構兼具可拆卸、預制拼裝等諸多特征，無形中提高了各節點及整體結構的設計難度，為保證安裝質量、效果能夠達到預期，設計人員改用螺栓連接拼裝節點，不僅加快了安裝速度，還大幅度減少了構件類別和數量。最后，結構所表現出的模塊化程度相對較高，若以使用功能為依據，則可將現場結構單元劃分成室外模塊和室內模塊，二者構造基本相同，其中屋面模塊所用連接件首選H 型鋼，目的是將售樓處屋面打造成完整且合理的受力體系。

另外，模塊節點適配度較高，既能夠進行無單元拼接，又可使用三單元或是兩單元拼接，日后施工中只需根據現場情況調整節點板，便能取得理想的安裝效果。