一种新型装配式钢结构住宅体系的研究与实践

054一种新型装配式钢结构住宅体系的研究与实践■曹晗[摘要]为推进建筑产业现代化的发展，中铁四局钢结构有限公司走引进国内外先进技术和自主研发相结合的道路。通过多年的研发，形成了一种抗震性能好、产业化程度高和四节一环保的新型装配式钢结构住宅体系。本文对该体系的主要构成要素——钢结构主体、内外墙板和楼板进行了系统地阐述。[关键词]建筑住宅产业化钢结构装配式建筑产业现代化是指采用标准化设计、工业化生产、装配式施工和信息化管理等方式来建造和管理建筑，将建筑的建造和管理全过程连接为完整的一体化产业链。中铁四局作为安徽省产业化示范基地的成员单位，多年来积极开展钢结构住宅产业化的研究。通过与合肥工业大学的合作探索，形成了一套新型的钢结构住宅体系。钢结构住宅体系的建立，必须以科研作为依托。这就要求我们在吸收借鉴前人先进技术的基础上，不断去研究、创新。在这样的前提下，我们进行了钢结构住宅示范楼的建设和研究工作，并明确了研究目的：形成了一套坚固、经济、可行、方便的钢结构主体结构体系及节点形式，以应用于类似钢结构住宅主体；研究出适合钢结构住宅的内外墙体、楼板等系列新型材料，用于钢结构住宅的配套项目；形成一套先进、成熟的多、高层钢结构住宅施工技术和施工工艺，为在此类型施工方面提供先进的设计、施工经验，为住宅钢结构建筑提供新的解决方案。一、概况实验楼为三层框架结构，总建筑面积1200m2，建筑高度13m，最小层高3.3m。建设地点为合肥市内，结构的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g，设计使用年限为50年。本工程基础为独立基础，立柱为300×300方钢管，钢梁为H型钢，楼面次梁为镀锌C250×75×20×2.5型钢，内、外墙板为装配式复合轻质墙板，屋面系统为复合保温防水屋面，楼面为装配式轻式楼板。图1住宅示范楼照片二、体系研究和施工工艺1.结构体系多、高层钢结构一般采用钢框架结构、钢框架支撑结构、钢框架-核心筒三种结构形式。表1多、高层钢结构体系对比分析钢框架结构钢框架-支撑结构钢框架-核心筒结构结构特点平面布置灵活，可为提供较大的室内空间，结构各部分刚度比较均匀。在框架体系中，沿结构的纵、横两个方向布置一定数量的支撑将框架-剪力墙结构体系中的剪力墙结构设置于内筒的四周形成封闭的核心筒体，而外围钢框架柱柱网较密，形成框架-核心筒体系抗震性能抗震性能好。但框架结构的侧向刚度小，由于侧向位移大，易引起非结构构件的破坏抗震性能良好，竖向支撑桁架起剪力墙的作用，能获得比纯框架结构大的多的抗侧力刚度，可以明显减小建筑物的层间位移中心筒体既可采用钢结构亦可采用钢筋混凝土结构,核心筒体承担全部或大部分水平力及扭转力适用高度在地震区一般不超过15层适用于高层建筑宜用于超高层建筑图2住宅示范楼梁与柱半刚性节点钢结构住宅示范楼部分梁柱节点采用了端板连接的半刚性节点。半刚性节点的优点：因考虑了节点区域的相对变形，可缓解杆件内应力集中；地震荷载作用下，节点部位能量耗散作用可以降低位移反应；灾后结构加固设计较容易处理；半刚性节点引入结构分析，推动对结构设计过程的重视；设计能够更接近结构的真实情况；现场无焊接，装配化程度高。2.内墙板体系内墙板为聚苯乙烯混凝土轻质复合墙板，板材表面双侧覆盖8mm厚水泥纤维板，具有环保、隔音、防火的特点。该墙体采用企口对接，接缝处用射钉密打，板与板之间牢固连接后做装饰处理，比较传统内墙板，较好地解决了内墙板接缝处容易开裂的问题。内墙墙板施工工艺流程：钢结构主体验收→测量放线、确定内墙板位置→核对水泥砂浆基座位置及标高（有偏差时调整）→安装U钢及固定用水泥纤维板条→内墙板尺寸复核→墙板就位→调整墙板→自攻螺钉固定→射钉固定→修补破损位置。3.外墙板体系钢结构住宅的关键技术是围护结构，主要是墙体建材及其建筑技术，外墙板是钢结构住宅的主要组成部分，也是国家政府部门要求墙体改革的重点，它是促进住宅建设产业化、加快建设速度的主要途径。装配式钢筋网格单元式外墙板以高强纤维水泥板作为面板，用钢筋网格作为加强筋，轻质填芯料为内填料。墙体单元为定尺工厂生产，预留与主体结构连接接口，现场装配式施工，满足“标准化设计、模块化生产、装配化施工”的特点，适合于产业化的要求。钢结构住宅外墙与主体钢结构应有可靠的连接和抗震延性，外墙板的连接必须可靠并有足够的延性，满足在设防烈度下主体结构层间变形的要求，以及因温度应力引起的钢结构与外墙板变形不一致的要求。图3外墙板体系安装现场照片装配式外墙板板缝处理相当重要，通过科学的板缝构造和合理设置涨缩缝，采用优质密封胶处理，满足防渗效果，专用勾缝剂及对应的施工措施，保证板缝不出现开裂。外墙板施工工艺流程：钢结构主体结构的验收→测量、放线及验线→连接件验收→校正连接挂耳的位置桂板进场验收→挂板吊装→挂板就位→微调→初步固定→单墙校核→整体调整→最终固定。4.楼板体系楼板体系的研究重点在于装配化和绿色化，原材料采用环保无污染的材料，用装配式构件的安装来减少现场施工作业，减少建筑垃圾。进行装配式楼层板设计时，统一考虑水电管线的安装。为减少现场施工量，楼层板设计时考虑楼层板自平整，不需再次砂浆抹平等工序。装配式楼层板选择与之配套的装修地板，装修设计时尽量避免楼层板穿孔。本工程中楼面梁为镀锌C250×75×20×2.5型钢，楼面采用了20+20水泥纤维板，板间铺设3mmSBS卷材减震层。安装时可采用自攻螺钉直接与楼层梁连接，施工效率高。楼层板施工工艺流程：钢结构主体及楼层梁验收→根据预排板图纸现场划线定位→梁柱处焊接增设角钢→底层水泥纤维板铺设→检查底层板平整度并调整→自攻钉固定→铺设卷材减震层→上层水泥纤维板铺设→检查上层板平整度并调整→自攻钉固定→钉头抹灰及嵌缝。城市建筑┃结构•抗震┃URBANISMANDARCHITECTURE┃STRUCTURE•ASEISMATIC0555.防腐防火钢结构腐蚀是结构在长期使用过程中，不可避免的一种自然现象。腐蚀不仅造成自身的经济损失，并且影响结构的安全。因此，防止结构过早腐蚀，提高其使用寿命，是设计、制造和使用单位共同关心的问题。除采用耐大气腐蚀性强的钢材外，在钢结构表面涂刷防护涂层，仍是目前钢结构防腐的主要措施之一。火灾的影响是建筑物在使用期间可能遇到的最危险的现象之一。多、高层钢结构在发展中需要解决的主要问题之一，就是防火问题。钢材是一种不燃烧材料，但耐火性能差，未加保护的钢构件的耐火极限一般仅为0.25h，必须采取适当的防火措施，这样才能达到国家规范的耐火要求。钢结构一般采用常用措施就是采用防火涂料，本工程中采用了薄型和厚型防火涂料。三、经济性分析实验楼的工期为83天，毛坯房造价1866元/m2，对工程的经济性进行分析如下：图4简装房造价工程比例图图5毛坯房工程造价比例图图6住宅示范楼各项工程单价图图7住宅示范楼“三板”及屋面板工程单价图四、结语钢结构住宅体系中，钢结构只占整个造价的20%～30%，围护建材及其建筑技术是重中之重，本项目的研究重点也是对围护体系的材料和施工技术进行研究。通过钢结构住宅体系的理论研究和实验楼的实践研究，形成一整套钢结构住宅的体系技术。（1）半刚性节点在实际工程中的规模应用在国内还是首次，对提高结构装配效率和抗震研究有积极意义。（2）对围护建筑的研究，尤其是内、外墙和楼板“三板体系”的研发，满足了“标准化设计、模块化生产、装配化施工”的特点，适合于产业化的要求，是一种新型的适合于钢结构住宅的装配式外墙板材。（3）从建筑、结构、建材、经济、施工技术等多个方面综合的研究了一种钢结构住宅的体系，为今后的工程提供了参考。（4）存在的不足：配套建材的选择还不丰富，“三板”产品还需要进一步的开发，施工工艺在细节上还要进一步改进。参考文献[1]安徽省人民政府办公厅关于加快推进建筑产业现代化的指导意见[Z].2014.[3]王静峰,李国强.有侧移半刚性连接组合框架的稳定分析[J].哈尔滨工业大学学报：自然科学版,2009,41(4)：126-130.[2]贾勇.钢结构腐蚀机理及影响因素初探[J].科学之友,2009(14)：25.[4]王明贵.钢结构住宅的发展研究[J].钢结构,2007(1)：10-13.（作者单位：中铁四局集团钢结构有限公司）（上接第015页）（1）利用传统的建筑语言，采用现代的表现手法（色彩、材料、造型……），通过几何雕塑感的塑造，表达传统文化内涵与现代气息和谐统一。（2）人性化地考虑空调机摆放，使其成为整个建筑的一部分。（3）在造型上强调多元与统一，在变化中寻求协调。（4）将生态绿化融于其中，以增加其生动性。四、结语我国住宅经历了“食寝分离”“大厅小卧”“三大一小”的套型模式变化后，灵活可变、多样化设计为主要特征的“适应性住宅”成为了住宅设计的发展趋势。经济适用房理应顺应住宅设计的发展趋势，不能因为经济适用房非市场化而忽略其设计，这也是建筑师的社会责任感的体现。（作者单位：华蓝设计（集团）有限公司530011）（上接第021页）（2）社区绿化体系“一环，一带，多斑块”镶嵌式绿化景观体系。一环：环绕基地形成由道路绿带和田园绿地组成的绿化景观环；一带：为沟渠绿化景观带；多斑块：基地内均质化散布林盘斑块和农林产业斑块，形成变化丰富的居住空间。局部生态斑块与绿化景观环、带契合，形成凹凸有致的绿化景观界面，打破了线型布局容易出现的过长建筑界面，营造了生态式的田园居住风貌。规划在与外围现状姜家院子和王家院子衔接处布置生态斑块，使新旧林盘自然融合。（3）场所空间提供居住斑块院落空间具有多种功能，体现了传统生活方式。生态斑块既可满足日常农林作物生产需要，也可提供居民休闲、交往的空间。生态斑块的设置为旅游产业发展提供了支撑。三、结语在新型社区建设中，应根据不同的村庄现状条件和地理特征，因地制宜地选用适用村庄自身发展的空间布局模式进行社区建设，科学指导新型社区的空间布局规划，建设成以人为本、可持续发展的新型社区。川西平坝地区新型社区空间布局可以采用组团式布局模式，组团集聚型土地使用较为集约，组团分散型生态环境优越。综合组团集聚型和组团分散型优点，同时融入地区特色，将是川西平坝地区新型社区规划布局的重点。参考文献[1]杨雯雯,李斌,鲍继峰.新农村社区空间布局模式研究[J].沈阳建筑大学学报：社会科学版,2008(1)：43-44.[2]成都市规划设计研究院.都江堰市大观镇欣和新型社区灾后重建规划[S].2008.（作者单位：成都万华投资集团有限公司看，成都610213）一种新型装配式钢结构住宅体系的研究与实践作者：曹晗作者单位：中铁四局集团钢结构有限公司刊名：城市建筑英文刊名：UrbanismandArchitecture年，卷(期)：2015(6)参考文献(4条)1.安徽省人民政府办公厅关于加快推进建筑产业现代化的指导意见20142.王静峰,李国强有侧移半刚性连接组合框架柱的稳定分析[期刊论文]-哈尔滨工业大学学报2009(4)3.贾勇钢结构腐蚀机理及影响因素初探[期刊论文]-科学之友2009(14)4.王明贵钢结构住宅的发展研究[期刊论文]-钢结构2007(1)引用本文格式：曹晗一种新型装配式钢结构住宅体系的研究与实践[期刊论文]-城市建筑2015(6)