钢结构装配式高层住宅的研究与实践

钢结构装配式高层住宅的研究与实践

李兴刚1徐自栋2

1、山东大卫国际建筑设计有限公司山东省济南市250010；

2、山东同圆数字科技有限公司山东省济南市250010

摘要：2015年3月24日中央政治局会议上首次将“绿色化”作为国家战略；2016年2月，国务院印发《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》确定：大力推广装配式建筑。中央和地方均已出台了绿色装配式建筑产业化发展的政策，建筑工业化的大幕正被徐徐拉开。

关键词：高层住宅；装配式；钢结构

引言

装配式钢结构采用工厂化生产、现场装配的方式进行建造，装配式钢结构的设计原则是标准化、模数化、少规格、多组合。结构体系、设计方法采用“等同现浇”的“装配式混凝土结构”，全程采用“无湿化”作业方式，可实现全天候施工。其主要特点为：工业化程度高，有利于提高和保证建筑工程质量，结构具有重量轻、强度高、施工周期短、抗震性能好的特点，符合建筑产业化、建筑绿色节能发展的要求。

1装配式高层钢结构住宅结构体系优势

装配式高层钢结构住宅结构体系是信息化与建筑工业化的深入融合。钢结构装配式结构有利于我国建筑工业化的发展，提高生产效力，发展绿色环保建筑。结构整体具备抗震好、周期短、质量优、投资省、布局活、得房率高、节能、环保等优点。外围护墙与内部分隔墙均为填充墙，不参与承重。墙体采用轻型节能标准化预制墙板代替黏土砖，保温性能好，比钢筋混凝土建筑节能50%；冬天节省制暖能源，夏天节省空调等制冷设备耗电，是传统建筑空调消耗的1/5。

2关键施工技术

2.1垂直运输与吊装方案设计

塔式起重机的布置要满足构件卸车和安装要求，对施工区域全覆盖。以济南中物科创中心一期项目（下文简化为：科创中心）为例：结构中钢柱、钢梁、钢支撑信息及分段情况，最大构件是截面为B600×500×22的钢柱，最大净重4.662t，包含节点、辅助装置在内综合考虑1.2倍系数，塔式起重机在43m半径范围内需要吊重5.6t。钢梁截面较小，单根钢梁长度不足8m，质量较轻，对塔式起重机选型无影响。C7030型塔式起重机在半径45m时可吊重5.99t，吊装能力满足要求。塔式起重机半径39m时可覆盖所有钢柱，吊装范围满足构件卸车和安装要求。

2.2采用预制楼梯技术

为了加快现场施工进度，同时符合建筑工业化的要求，科创中心项目中楼梯部分采用NPC技术，即混凝土楼梯工厂内预制，现场整体吊装。

2.3外围护集成技术

科创中心项目采用外墙保温装饰一体化技术，外墙板采用的蒸压加气混凝土板(ALC板），由工厂预制浇筑成型时与饰面复合在一起，现场安装时用锚栓与支撑连接，不需再进行外墙装饰施工。避免了传统外保温系统的开裂、空鼓、脱落等隐患，以及保温层施工后外装饰操作困难等缺点。同时施工工艺简单，工序少，工期大大缩短，综合成本低，节能效率提高。

2.4绿色建筑技术

1）传统建筑每㎡产生200kg垃圾，建筑物料运输及施工扬尘占城市空气污染10%～30%，耗水极大。

2）钢构件在工厂制造，施工场地无火、无尘，建筑垃圾不到常规建筑的1%。

3）墙体采用轻型节能标准化预制墙板代替黏土砖，比钢筋混凝土建筑节能50%。

4）冬天节省制暖能源，夏天节省空调等制冷设备耗电，是传统建筑空调消耗的1/5。

2.5结构体系深化设计

1）钢柱与基础连接节点

柱脚通过预埋螺栓与基础连接；柱脚外侧焊接栓钉，同时绑扎钢筋，浇筑混凝土1.8m高。

2）梁柱节点

梁柱连接点采用直通横隔板式连接，腹板螺栓连接，翼缘板焊接，解决了柱截面较小、壁板较薄时，内隔板连接节点的制作难题。避免了由于电渣焊热输入对钢材材质影响较大的问题；避免了柱壁发生层状撕裂；节点延性得到改善；便于机械化加工制作；具有良好的抗震性能。

3）主次梁节点

主次梁采用铰接连接，腹板采用螺栓连接；次梁主要位于楼梯间，套内不布置次梁。

4）钢结构支撑

科创中心项目中采用了交叉支撑、人字形支撑的支撑形式，支撑截面采用矩形钢管，钢材Q345B级。主要支撑截面型号B180×12，B180×260×12。

2.6无渗漏保温的一体化外墙体系

施工装配化、装修一体化是建筑工业化的要求。科创中心工程外墙采用的NALC板是以砂、水泥、石灰等为主原料，经过高压蒸汽养护而成的保温性能较好、无需再外贴保温层的一种性能较好的新型多气孔混凝土成型板材。在工厂内分条块加工完毕，现场直接外挂在钢结构外侧，现场无湿作业，提高承载力和抗震性能，减轻自重，节约成本。

3钢筋桁架楼承板结构施工特点

与以往的施工方法不同，科创中心直接将钢筋桁架楼承板铺设在钢梁上，然后进行简单的钢筋工程，便可浇筑混凝土。使用该模板不需架设木模及脚手架，大大减少了模板及料具用量。底部镀锌钢板仅作为模板使用，不替代受力钢筋，故不需考虑防火喷涂及防腐维护等问题，可多次周转使用，因而施工快捷。可减少现场钢筋绑扎工作量约70%，缩短工期并节省成本。此外，钢筋排列均匀，上下2层钢筋间距及混凝土保护层厚度能充分得到保证，为提高楼板施工质量创造了有利条件，达到了经济、节能、环保的综合效果。

4钢筋桁架楼承板的质量验收

检查每个部位钢筋桁架楼承板的型号是否与图纸相符合；检查钢筋桁架楼承板的出厂合格证；检查到场钢筋桁架楼承板是否与货运清单一致。检查进场钢筋桁架楼承板的外观质量、钢筋桁架的构造尺寸、钢筋桁架与底模的焊接外观质量是否符合工业行业标准JG/T—2012《钢筋桁架楼承板》的要求。

5装配式钢结构住宅工程项目案例

5.1项目一

项目名称：山东卓达香水海新型材钢构12层样板楼

项目概况：居住建筑，二类高层，地上12层，无地下室。设计使用年限为50年，耐火等级为二级，抗震设防为7度，屋面防水等级为ll级。首层层高为4米，2层至12层为3米，屋顶电梯间为4.1米，建筑面积：6627平方米。钢框架—支撑结构，柱采用矩形钢管及矩形钢管混凝土，梁及支撑采用热轧H型钢；围护墙体为卓达新材FR保温复合墙体，该项目已于2014年竣工并投入使用，截止到目前各项指标正常，使用效果良好。

5.2项目二

项目名称：赵二街河畔盛景B区—27号住宅楼

项目概况：居住建筑，地上26层，地下2层，位于河北省石家庄市中华北大街以西，古城西路以南，属于城中村改造项目。地貌单元属于太行山前滹沱河冲洪积平原，地势平缓，设计±0.000标高相当于绝对标高82.40米。本项目为高层住宅项目，采用钢结构装配式住宅技术，总建筑面积25800平方米，其中地上建筑面积23960平方米，地下建筑面积1840平方米，建筑高度79.300米。图纸审查顺利通过，目前正在基础施工中。

5.3项目三

项目名称：香水海-K地块项目

项目概况：项目位于山东威海市南海新区，基地东侧科研路、西侧文辉路、北侧海韵路、南侧规划路，交通区位良好。项目采用装配整体式钢框架-支撑结构体系。本项目分为南北两个用地地块，总规划用地面积263630.54平方米，其中北侧（K地块）规划用地面积247613平方米。K地块由48栋多层住宅、16栋高层住宅，1栋多层会所、1栋多层幼儿园组成。图纸审查已顺利通过，目前正在基础施工中。

结语

我国目前的高层装配式钢结构发展较发达国家来说仍有很大的发展空间。钢结构由于其自身优越的性能，是实现新型建筑工业化的主要方式和手段，具有良好的发展前景。本文分析了钢结构装配式高层住宅施工体系的优势和关键技术，希望对各位同行起到借鉴作用。

参考文献

[1]雷宏刚，邱斌，姬艳玲.装配式轻钢结构住宅中自攻螺丝连接受力性能研究评述[J].太原理工大学学报，2017(3):265-274.

[2]尹义松，霸虎，韩月涛.钢结构装配式住宅造价分析及降低措施[J].施工技术，2017，46(7):53-56.

[3]邓桂平，高松.钢结构住宅外围护结构设计应考虑的问题[J].建材与装饰，2017(2):98-99.