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現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑設(shè)計(jì)

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現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑設(shè)計(jì)

摘要:現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅設(shè)計(jì)需要整合現(xiàn)有社會(huì)資源,選擇與鋼結(jié)構(gòu)主體相適應(yīng)的三板體系,建筑保溫材料等;研發(fā)設(shè)計(jì)與鋼結(jié)構(gòu)主體相適應(yīng)的建筑節(jié)點(diǎn)和建筑做法。

關(guān)鍵詞:裝配式;鋼結(jié)構(gòu);住宅;三板體系;預(yù)制樓梯;裝配率

近年來,隨著社會(huì)老齡化趨勢加速,青壯年勞動(dòng)力的供給日益緊缺,建筑工人數(shù)量不足的現(xiàn)象日益顯現(xiàn)。國家提出供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革,號(hào)召大力發(fā)展裝配式建筑。在這一形勢下,各地召開裝配式建筑的研討會(huì)頻繁召開,讓我們看到全國各地先鋒企業(yè)都在響應(yīng)國家裝配化建筑的號(hào)召,躍躍欲試地想擠進(jìn)裝配式建筑的前沿,開始嘗試裝配式住宅的設(shè)計(jì)和建造,甚至有早起步的企業(yè)為裝配式住宅建筑研發(fā)出新的結(jié)構(gòu)體系。如:浙江杭蕭鋼構(gòu)的鋼管束體系和湖南遠(yuǎn)大集團(tuán)的節(jié)點(diǎn)斜撐加強(qiáng)型鋼框架結(jié)構(gòu)體系等。根據(jù)我公司的鋼結(jié)構(gòu)加工、制造優(yōu)勢,領(lǐng)導(dǎo)層做出嘗試鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅的設(shè)計(jì)與建造。研發(fā)飛龍鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅體系并建造三層(一層、標(biāo)準(zhǔn)層和頂層)樣板樓供上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)及專家參觀、指導(dǎo),達(dá)到展示飛龍集團(tuán)引領(lǐng)本地行業(yè)的技術(shù)水平和發(fā)揮龍頭精神的目標(biāo)。公司決定由我負(fù)責(zé)鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅樣板樓的設(shè)計(jì),由清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司派人指導(dǎo)。樣板樓項(xiàng)目是是代表18層以下鋼結(jié)構(gòu)住宅樓的樣板樓。在這棟鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅樣板樓的設(shè)計(jì)中,我獲得了以下設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)。

1結(jié)構(gòu)體系的選擇

研發(fā)一種新的結(jié)構(gòu)體系,不僅需要時(shí)間,也需要研發(fā)人員和資金的投入。一種新的結(jié)構(gòu)體系用于實(shí)際工程需要走專家論證程序,并且圖審機(jī)構(gòu)、政府監(jiān)督部門和施工監(jiān)理方都沒有可依據(jù)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn),實(shí)行起來很難。再根據(jù)我公司的情況,樣板樓選擇采用了現(xiàn)有的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)可依據(jù)的結(jié)構(gòu)體系:無支撐鋼框架結(jié)構(gòu)。樣板樓的重點(diǎn)不在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),而在于建筑設(shè)計(jì)。整合現(xiàn)有社會(huì)資源,選擇好三板體系,設(shè)計(jì)一棟可用于民用住宅建筑,也可用于大型公共服務(wù)建筑,裝配率接近100%,舒適度更好的綠色、環(huán)保、節(jié)能、低耗的建筑成為此次設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。

2樓面板、屋面板的選擇

2.1根據(jù)《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定,為了加強(qiáng)建筑的抗震整體性,宜采用壓型鋼板現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓板、現(xiàn)澆鋼筋桁架混凝土樓板或現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板,并且樓板應(yīng)與鋼梁有可靠連接。

2.2煙臺(tái)屬于抗震7度區(qū),規(guī)范還規(guī)定:6、7度時(shí)房屋高度不超過50米的高層民用建筑,可采用裝配整體式鋼筋混凝土樓板,也就是現(xiàn)在各城市近期發(fā)展起來的桁架鋼筋混凝土疊合板,也可采用裝配式樓板或其他輕型樓蓋。設(shè)計(jì)中應(yīng)有措施保證樓板的整體性。

2.3輕型樓蓋主要用于工業(yè)建筑和臨時(shí)建筑,對于百年住宅樓不適用,首先排除。

2.4介于以下原因,樣板樓樓蓋選擇桁架鋼筋混凝土疊合板。采用疊合樓板,在工廠預(yù)制60厚預(yù)制板做模板,現(xiàn)場電氣走管及上層鋼筋完成后澆筑60厚或者90厚混凝土。2.4.1吸取滄州大元集團(tuán)的施工經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn):作為住宅樓,由于層高限制,不宜采用鋼筋桁架樓承板,因?yàn)樽≌瑯堑捻斉锊坏蹴敚绻捎娩摻铊旒軜浅邪迦鐖D1,混凝土達(dá)到強(qiáng)度后,底模板(0.5mm厚鍍鋅板)需要拆除,不拆除頂棚就無法做到大眾認(rèn)可的傳統(tǒng)住宅頂棚裝飾做法:刮膩?zhàn)?、刷涂料。拆除的話不僅非常耗費(fèi)人工,還會(huì)使得涂料頂棚使用幾年后返銹點(diǎn),如圖2。滄州大元集團(tuán)的經(jīng)驗(yàn)告訴我們:鋼筋桁架樓承板不適合用于住宅建筑。2.4.2我公司將要開發(fā)的飛龍金灘,政府文件要求其預(yù)制率不小于20%,就需要選擇水平構(gòu)件預(yù)制和樓梯預(yù)制。樣板樓可先做實(shí)驗(yàn),把成熟的疊合板施工經(jīng)驗(yàn)用于飛龍金灘。2.4.3萬科集團(tuán)在煙臺(tái)首推的裝配式住宅(翡翠公園)的樓板也選擇了桁架鋼筋混凝土疊合板。但采用的單向預(yù)制板設(shè)計(jì)(如圖2左所示),施工人員反映:板縫與板縫之間的縫隙不好處理,經(jīng)過一個(gè)夏冬循環(huán)季節(jié)后會(huì)有裂縫。因此,吸取萬科集團(tuán)的經(jīng)驗(yàn),樣板樓采用雙向預(yù)制板設(shè)計(jì),板與板之間留300寬左右的后澆帶。在樣板樓工程和公司后續(xù)開發(fā)的飛龍金灘小區(qū)得到很好的效果。如圖2右所示。2.4.4煙臺(tái)混凝土預(yù)制廠有兩家,其中一家預(yù)制廠與樣板樓的建設(shè)地點(diǎn)很近,可以減少運(yùn)費(fèi)。采用桁架鋼筋混凝土疊合板的好處主要有以下兩點(diǎn):a.疊合板預(yù)制部分的質(zhì)量因在工廠制作,比現(xiàn)場澆筑的混凝土質(zhì)量好。b.疊合板用于鋼框架結(jié)構(gòu)上,可將施工支架直接擱置于鋼梁下翼緣,節(jié)省傳統(tǒng)的鋼管滿堂腳手架、現(xiàn)場模板的材料和人工的安拆費(fèi)。還可實(shí)現(xiàn)三層樓板施工作業(yè)的快速交叉施工,縮短施工工期。

3外墻板的選擇

外墻板的選擇很重要,既要能適應(yīng)鋼框架在水平荷載作用下比混凝土結(jié)構(gòu)較大的變形,同時(shí)還要滿足抗凍融、耐火、保溫、隔聲、防水、環(huán)保等建筑使用功能。經(jīng)過考察和對比多家外墻板材,選用ECP擠出成型水泥板。它是以水泥、纖維以及硅質(zhì)材料為主要原料,通過真空高壓擠出成型設(shè)備制造生產(chǎn)出來,然后通過高溫高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)而成的新型水泥板,該板材在日本建筑界也是很受歡迎的。ECP擠出成型水泥板,用于樣板樓工程工廠一次成型,現(xiàn)場安裝成活,做成免刷外墻涂料,美觀、持久的清水混凝土外墻面。不僅可以滿足樣板樓裝配率的要求,還可降低樣板樓生命周期內(nèi)成本。它強(qiáng)度高,性能穩(wěn)定,表面吸水率低,是一種具有中空結(jié)構(gòu)的隔聲板材,不含石棉、甲醛,且放射量低于國家標(biāo)準(zhǔn)10倍的綠色環(huán)保制品。平板與條紋板的配合使用還能達(dá)到外立面變化、整齊、干凈的美觀效果。在這種墻板的設(shè)計(jì)與使用過程中,我獲得了以下施工經(jīng)驗(yàn):

3.1現(xiàn)場焊接骨架比較費(fèi)人工,當(dāng)有足夠的經(jīng)驗(yàn)和加工精度時(shí),應(yīng)把連接外墻板的骨架與鋼框架一同在車間做好。

3.2板與骨架之間采用Z型件連接,Z型件的開孔位置需要施工前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師根據(jù)計(jì)算調(diào)節(jié)位置。

4樓梯的選擇

要滿足樣板樓接近100%裝配率的要求,有鋼結(jié)構(gòu)樓梯和預(yù)制樓梯兩種選擇,考慮到用于住宅,并且城市中高層住宅數(shù)量居多,平時(shí)使用電梯,樓梯只做疏散要求,可以做成清水混凝土樓梯。所以樣板樓采用混凝土預(yù)制樓梯形式。在工程上采用預(yù)制樓梯比現(xiàn)澆混凝土樓梯更具有優(yōu)勢:

4.1現(xiàn)澆樓梯在現(xiàn)場施工時(shí)支模和加工鋼筋都很費(fèi)勁,而預(yù)制樓梯變現(xiàn)場作業(yè)為工廠作業(yè),提高了施工質(zhì)量,降低了人工費(fèi)制造費(fèi)用。

4.2預(yù)制樓梯做成清水混凝土不僅具有干凈、整潔的建筑外表,在結(jié)構(gòu)方面比現(xiàn)澆混凝土跟符合樓梯抗震設(shè)計(jì)理念。

5內(nèi)隔墻板的選擇

根據(jù)本地現(xiàn)有資源,內(nèi)墻部分采用硫氧鎂水泥制成的中空水泥條板,部分采用ALC蒸壓輕質(zhì)混凝土加氣條板,部分采用FPB輕質(zhì)隔墻條板,三種墻板都為工廠制作完成,現(xiàn)場卡具安裝固定,內(nèi)飾面不需抹灰,直接粘貼網(wǎng)格布、刮膩?zhàn)映苫睢]p質(zhì)隔墻條板強(qiáng)度適中,安裝方便,裝配化率高,并且滿足住宅內(nèi)隔墻所需要的隔聲要求。樣板樓上采用了這三種內(nèi)墻板做實(shí)驗(yàn),如果以后的工程需要提高裝配率的話,我們可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用。

6保溫板

主墻面采用外墻板內(nèi)安裝A級(jí)150厚MUEC無機(jī)保溫板(膠粉聚苯顆粒)的做法,將保溫放置于外墻板與內(nèi)隔墻板之間,解決了外墻保溫耐久性的問題。MUEC無機(jī)保溫板具有安全不燃、節(jié)能環(huán)保、高效隔音的特性。冷橋部位保溫采用STP真空保溫板。鋼梁、鋼柱及混凝土樓板的側(cè)面等熱橋部位均采用真空保溫板保溫。STP真空保溫板,不燃材料,無毒無味,綠色環(huán)保,具有高效的保溫、隔熱性能。工廠制作完成后,采用專用抹面膠漿將STP保溫板粘貼于平面上,然后采用塑料螺釘固定。

7鋼柱、鋼梁防火

采用性能穩(wěn)定、持久可靠、安全性好,施工時(shí)不污染環(huán)境且在高溫下也無有害氣體揮發(fā)的包封法。

8樣板樓

施工完后,根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算的裝配率數(shù)據(jù)如表1。表1裝配式鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)體系(裝配率一覽表)在樣板樓的設(shè)計(jì)工作中,我負(fù)責(zé)建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),與機(jī)電專業(yè)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì),解決了各專業(yè)之間因技術(shù)錯(cuò)誤和缺少溝通帶來的諸多問題,避免了二次施工,大大減少了返工,使得工程施工順利實(shí)施。從而減少了人力、物力的浪費(fèi),縮短工期,提高了工程管理綜合水平??傊?,在現(xiàn)階段的鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅的研發(fā)設(shè)計(jì)中,由于鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅剛剛起步,社會(huì)資源不足,工業(yè)化程度不高。建筑設(shè)計(jì)不僅包括平面布局、空間關(guān)系、交通流線等內(nèi)容,還需要根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)主體是鋼結(jié)構(gòu)來選擇合適的三板體系,建筑保溫材料以及研發(fā)建筑設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)和做法。通過對樣板樓的研發(fā)和建設(shè),我公司獲取了裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)、加工、裝配、施工等相關(guān)經(jīng)驗(yàn),形成一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)裝配式研發(fā)團(tuán)隊(duì),對煙臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑起到引領(lǐng)作用。并且公司依托強(qiáng)大的鋼結(jié)構(gòu)加工實(shí)力和先進(jìn)技術(shù)水平以及依托樣板樓的研發(fā)、建設(shè),2017年被評選為煙臺(tái)市鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑產(chǎn)業(yè)基地,2019年被認(rèn)定為煙臺(tái)市市級(jí)企業(yè)技術(shù)中心。

作者:牟永花 單位:煙臺(tái)飛龍集團(tuán)有限公司