日常安排

报到布展:2020年11月3日至4日  

展出时间:2020年11月5日至7日

撤展时间:2020年11月7日-下午13点


展会新闻

关于装配式钢结构住宅设计集成技术的研发与实践

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引 言


住房是民生之要,“住有所居”才能满足人们对美好生活的向往。现阶段,我国住宅基本采用混凝土结构,对于钢结构住宅来说,缺少成熟设计体系及施工经验。基于我国国情(钢铁产量全球第一)和国家政策(鼓励发展装配式钢结构),我院积极相应国家政策,以沧州地区某项目为实例,开展装配式钢结构住宅集成技术研发,推进装配式钢结构住宅项目落地。


项目概况


该项目位于沧州市高新经济技术开发区,属于沧州市政府重点打造的新技术产业聚集区。规划用地6.6万平方米,地上总建筑面积16.6万平方米,项目功能为住宅。


根据地块规划条件,本项目“装配式建筑不少于总建筑面积(地上计容面积)的15%,其中钢结构建筑面积不少于总建筑(地上计容面积)面积的7%”,据此选定10#楼为装配式建筑。为满足以上规划条件,10#楼设计为装配式钢结构建筑,总建筑面积2.69万平方米,其中地上31层,总高度89.9m,地上建筑面积26525.5㎡。结构高宽比:西侧5.8,东侧5.6。抗震设防烈度7度,设计地震分组第二组,场地类别三类场地特征周期Tg=0.55s,基本风压0.4kN/㎡。


建筑效果图如下:



装配式钢结构住宅技术难点


通过本项目的研发,拟解决限制装配式钢结构住宅发展的集成技术问题。本项目技术难点包括:


(1)适应住宅的钢结构体系


对于新时代的住宅建筑,具有以下几个特点:


① 尺度小,需充分利用空间,尽量增加使用面积;


② 人员停留时间长,设计阶段需考虑在住宅全生命周期中住户多元化的需求,户型可灵活分割,具备后期改造潜力;


③ 对建筑品质要求高,具有外立面视觉通透、户内无漏梁漏柱等要求。


对于钢结构住宅设计来说,不仅需要考虑结构的安全性,更关键的是充分考虑建筑使用功能和建筑效果,即居住舒适度。因此,选择一个与住宅相匹配的钢结构体系是一个关键技术难点。


(2) 外墙选型及连接节点构造做法


装配式钢结构住宅是钢结构系统、外围护和内装及设备系统的集成,而外围护等相关配套部品在很大程度上决定了装配式住宅的性能。国内目前钢结构体系和外围护体系本身相对成熟,通病常见与两个系统的连接构造细部。由于沉降、温度应变、受力等原因,导致部品性能上的不匹配,造成墙体开裂、漏水、隔音差等问题,影响了整体使用品质,进一步限制装配式钢结构住宅的推广。因此,研究适合与钢结构住宅的外围护体系及相关配套设计技术是一个关键技术难点。


(3) 配套的内装设计及节点设计技术


传统混凝土住宅,内装专业往往介入项目时间节点较靠后,导致出现细节处理不适合住宅建筑情况普遍。尤其是对于装配式钢结构住宅这个新兴产品,缺少成熟的设计体系与施工经验,如何统筹考虑结构、内装之间的关系,全面提升装配式钢结构住宅使用品质。因此,研发与装配式钢结构住宅配套的内装设计及节点设计技术是一个关键技术难点。


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装配式钢结构住宅集成技术


针对以上技术难点,基于本项目,研发装配式钢结构住宅集成技术,主要包括:


(1)适应住宅的装配式钢结构体系


本项目创新采用“CFT扁柱钢框架+支撑”体系,与建筑匹配度高,可实现住宅大空间、房型可变等需求,满足住户在建筑全生命周期内的使用需求. 该体系采用扁柱、钢框架梁柱宽度均控制在墙厚度范围以内,采用与内装一体化设计,可有效避免“露梁露柱”等不利情况。



户内钢梁内嵌于楼板中,梁底平板底,实现户内无梁,可提升建筑净高,实现建筑功能高标准的要求;梁柱节点采用改进的横隔板贯通式节点,充分考虑施工可行性与便捷性。



本项目典型平面建筑与结构关系:



扁柱钢框架-支撑结构体系:“点(钢柱)”式结构代替“线(混凝土剪力墙)”式结构,建筑空间可灵活布置,可满足建筑大空间、户型可变的需求,满足住户在建筑全生命周期内的使用需求。


左图:混凝土剪力墙结构体系   

右图:扁柱钢框架-支撑结构体系


钢结构构件占用空间小;施工速度快,工期可节约1/3。


钢结构重量轻、强度高,抗震性能好;钢结构更绿色环保,更符合住宅实现标准化设计、工业化生产和土建内装一体化的趋势。


该体系可实现构件标准化、模数化的工业化生产,现场安装方便,施工周期可控制为4天/层,比原混凝土结构及PC结构(6天/层)施工进度加快约1/3。7度区百米级高度钢结构住宅用钢量仅为90kg/㎡左右,钢结构比PC结构自重轻,基础造价可节省约10%。


(2)ALC条板的配套设计技术


通过对维护系统进行系统的比选,考虑维护系统与主体钢结构的匹配性,以及住宅建筑对保温、气密等性能高标准要求,同时兼顾施工难度、墙体自身性能、造价、装配性等方面要求,选用了与钢结构住宅相配套的ALC板。



ALC墙板能满足建筑保温隔热、耐火、美观等住宅建筑功能需求;同时其施工效率高,工艺成熟,质量有保障。



ALC墙板板材规格较小,拼缝较多,因而设计时需考虑拼缝的处理方法。本项目设计上充分考虑拼缝的处理,对主体结构与维护系统的连接问题,墙体的隔声、保温、防水防渗问题,给出成套的解决方案,形成了钢结构住宅ALC条板的配套设计技术,包括主体结构与ALC外墙的柔性连接节点、下ALC外墙的防水保温构造做法、ALC条板与砌块墙连接节点以及ALC条板的防裂措施。


(1)优化了主体结构与ALC外墙的柔性连接节点,实现结构与维护系统的一体化设计。



(2)基于主体钢结构特性,研发了以下ALC外墙的防水保温构造做法。



(3)研发了ALC条板与砌块墙连接位置的新型节点。



(4)基于内装的一体化设计。


区别于传统混凝土住宅,钢结构住宅具有自身的特点,需统筹考虑结构、内装之间的关系,实现装配式钢结构住宅使用品质全面提升。


基于本项目,研发出钢结构住宅基于内装的一体化设计方法,将建筑细部构造与内装效果有机结合、统筹考虑,对钢结构住宅的梁柱交接处构造设计进行优化,设计兼顾防火涂料和内装的装饰面层做法,使施工工艺流程更加合理化;同时注重钢结构与ALC墙板的结合点细部处理,并能够有效减少因钢结构温度形变而带动墙体变形产生的表面裂缝,最终达到高标准的建筑效果。


基于内装一体化的装修整体效果:



在本项目设计之初即考虑到内装完成效果,梁柱节点的节点板采用内插板形式,一侧凸出柱边30mm,插板侧面则采用10mm厚薄型防火涂料,隔墙面抹灰后与隔板完成面齐平,解决梁柱节点凸出墙面的问题,实现结构与内装一体化设计以及施工。具体做法如下图5所示,可以看出室内墙体与梁柱外皮在同一平面。该节点从内装完成效果出发,解决了钢梁、柱节点凸出于墙面的情况,在满足建筑本身防火要求的同时兼顾了内装完成效果的美观性。



结 语


“装配式钢结构住宅集成技术”可进一步完善装配式建筑设计技术,为实现建筑工业化提供坚实的技术支撑,同时推动装配式钢结构住宅的发展,激发建筑相关新兴产业的发展,实现建筑产业化。该技术具有可推广性强、经济性好等优点,可因地制宜的广泛应用于全国范围内的装配式住宅中。


来源:TJAD数字中心与工程技术研究院