基于安置區(qū)裝配式鋼結構住宅的應用研究

于 勁

（中鐵房地產(chǎn)集團設計咨詢有限公司 北京 100043）

1 引言

周轉居住建筑可有效緩解城市拆遷人群的住房壓力，對于改善民生、促進社會穩(wěn)定具有重要意義[1]。根據(jù)其臨時周轉的使用特點，其建筑本身應遵循安全適用、經(jīng)濟合理、循環(huán)利用的原則，又需要滿足因地制宜、快速建造、綠色環(huán)保、一體化集成等要求，因此裝配式鋼結構應為首選的建筑結構體系[2－4]。

本文基于綠色、開放、共享的建筑理念和一體化集成的設計理念[5－6]，以雄安新區(qū)容東安置區(qū)居住建筑為載體，研究裝配式鋼結構住宅技術在建筑體系、結構體系、樓板體系、圍護體系和機電體系等關鍵技術的一體化集成，并給出設計建議。

2 建筑體系

安置區(qū)周轉居住建筑為地上四層、南北朝向的多層住宅，預計使用年限10年左右，單體地上建筑面積1 481.38 m2，層高2.9 m，室內(nèi)外高差300 mm；三室兩廳戶型，套內(nèi)面積89.2 m2，設置明廚和干濕分離明衛(wèi)；交通核布置緊湊，內(nèi)設設備管井，每個單元設置一部樓梯及電梯。

考慮裝配式建筑的特點及平面布置規(guī)則，每個戶型均為一個標準居住單元，便于與其他標準居住單元組合搭配；采用模數(shù)化設計，利于構件生產(chǎn)、運輸和施工標準化。建筑平面如圖1所示。

圖1 建筑平面（單位：mm）

建筑立面注重色彩調配，外立面設計上體現(xiàn)人性化思想，營造一個健康、舒適、優(yōu)美的生活環(huán)境；考慮裝配式建筑特點，減少構件種類和復雜裝飾，利用空調板等外凸構件以及外墻飾面不同肌理與色彩韻律變化豐富立面效果。最終選定新中式立面風格，強調橫向線條和豎向線條的搭配，外墻飾面材料為仿石漆涂料；采用斷橋鋁合金隔熱窗戶，南向窗高1.65 m，北向窗高1.2 m；空調室外機隔板形式結合立面格柵，統(tǒng)一設計。建筑立面如圖2所示。

圖2 建筑立面（尺寸單位：mm；標高單位：m）

3 結構體系

裝配式鋼結構體系滿足標準化設計、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)、裝配式施工、一體化裝修、信息化管理和集成化服務的要求，將引領我國住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的新方向。

3．1 鋼結構住宅體系選型建議

目前國內(nèi)常見的裝配式鋼結構住宅體系主要有低多層輕型鋼結構體系、高層鋼結構體系和高層鋼與混凝土組合結構體系。其中低多層輕型鋼結構體系主要包括低層冷彎薄壁型鋼住宅體系及多層輕型鋼框架住宅體系；高層鋼結構體系主要包括鋼框架體系或鋼框架－支撐結構住宅體系；混凝土組合結構體系主要包括鋼框架－混凝土剪力墻（或筒體）結構住宅體系、鋼管混凝土組合結構體系和鋼框束筒結構體系[7]。每類體系的受力特點和適用范圍如下：

（1）低層住宅宜優(yōu)先選用低層冷彎薄壁結構房屋體系。該類住宅多為獨立式或聯(lián)排式別墅建筑，層數(shù)不多于3層。此類結構體系安裝及拆除快速，對環(huán)境影響小。

（2）多層住宅宜選用輕型鋼結構框架體系，必要時可增加鋼支撐。該類體系結合輕質墻體、輕質樓屋面等建筑體系所組成的輕型節(jié)能房屋建筑，適用于抗震或非抗震地區(qū)。

（3）小高層住宅宜選用鋼框架－支撐結構體系或鋼框架－混凝土剪力墻混合結構體系。該類體系需支撐或剪力墻作為主要抗側力構件來滿足抗側剛度要求。由于門窗等的布置要求，對支撐布置會有較多限制。

（4）高層住宅宜采用鋼與混凝土組合結構體系，可為鋼管混凝土柱框架、鋼管混凝土柱框架－支撐體系、鋼管混凝土柱框架－混凝土剪力墻或筒體混合結構體系。該類體系具有良好的抗側剛度，同時鋼管混凝土柱比鋼框架柱具有更好的承載能力、抗側剛度和耐火性能。

3．2 基于安置區(qū)裝配式鋼結構周轉住宅結構選型建議

結合安置區(qū)周轉住宅的特性以及每類體系的受力特點和適用范圍，對其結構選型提出以下建議：

（1）基于臨時建筑活荷載取值建議

根據(jù)現(xiàn)行《施工現(xiàn)場模塊化設施技術標準》（JGJ／T 435—2018）[8]6.1.2 條，對臨時建筑樓面及屋面活荷載可考慮設計使用年限進行調整，設計使用年限調整系數(shù)可取γL＝0.933；對風荷載及雪荷載可根據(jù)當?shù)?0年和100年的風壓值或雪荷載按式（1）確定：

式中：x10為重現(xiàn)期為10年內(nèi)風壓值或雪荷載；x100為重現(xiàn)期為100年內(nèi)風壓值或雪荷載。

（2）基于臨時建筑地震作用選取建議

抗震設計規(guī)范中，一般建筑相應于設防烈度的可接受危險性水準為50年10%的超越概率。對于安置區(qū)臨時周轉用房，預期使用年限只有10年，但如果在使用過程中遭遇地震，很可能導致嚴重的人員傷亡和經(jīng)濟損失，這種情況下，在基本設防水準下可接受的風險水準應調整到比10%更低的水準?？筛鶕?jù)中國建筑科學研究院工程抗震硏究所提出的《不同設計使用年限下地震作用的確定方法》選取，如表1所示。

表1 不同設計使用年限對應的地震作用調整系數(shù)

基于上述體系的分析對比，安置區(qū)周轉房住宅項目宜優(yōu)先選擇鋼框架結構體系。其原因：①重量輕、抗震效果好；②生產(chǎn)和加工質量好、施工方便、建設周期短；③綜合效益高。

4 樓板體系

國內(nèi)常見的用于裝配式鋼結構住宅體系樓板有鋼筋桁架樓承板、壓型鋼板組合樓板、鋼筋桁架混凝土疊合板和PK預應力板四種類型。

通過分析對比，鋼筋桁架樓承板相對其他類型樓板具有重量輕、安裝吊裝方便和運輸便利等優(yōu)勢。建議采用底板可拆式鋼筋桁架樓承板，如圖3 所示[9]。電梯前室和衛(wèi)生間因預埋管線或留洞較多，可采用現(xiàn)澆混凝土樓板。

圖3 鋼筋桁架樓承板

5 圍護體系

圍護體系包括內(nèi)外墻體，是裝配式鋼結構住宅建筑中的關鍵組成部分[10]。圍護墻體與建筑功能和結構布置相協(xié)調以及與內(nèi)裝機電一體化集成設計是關鍵。

5．1 內(nèi)墻體系

目前常用于鋼結構住宅內(nèi)墻體系一般有輕鋼龍骨輕質隔墻板、蒸壓加氣混凝土條板（ALC板）、鋼結構鑲嵌ASA板。

參照上述3種內(nèi)墻板的特點及優(yōu)勢，綜合考慮裝配式鋼結構周轉居住建筑特點，選型如下：

（1）分戶隔墻采用蒸壓加氣混凝土條板（ALC板）

蒸汽加壓混凝土條板模塊化程度高，按照設計要求工廠裁剪、現(xiàn)場拼裝組合。能較好滿足住宅分戶隔墻的保溫隔聲要求。

（2）戶內(nèi)隔墻采用輕鋼龍骨輕質隔墻

輕鋼龍骨隔墻體系具有靈活布置、安裝方便的特點，為后期改造提供良好條件，同時可以很好地實現(xiàn)管線分離。

5．2 外墻體系

外墻體系需要具備圍護裝飾、保溫隔聲、防火防水等多項性能要求，還需具有良好耐久性。目前外墻系統(tǒng)除龍骨組裝幕墻和玻璃幕墻系統(tǒng)能夠基本具備上述性能外，其他墻體材料都需通過復合來彌補自身缺失的功能以實現(xiàn)裝配式外墻的基本性能。裝配式鋼結構住宅由于受到使用功能、建筑節(jié)能、造價和應用范圍的限制，在外墻體系上很少使用幕墻，所以自保溫外墻體系以及復合外保溫墻板體系成為目前相對合適的選擇。

目前常用的鋼結構住宅外墻有增強型蒸汽加壓混凝土板（ALC板）、玻纖增強無機材料復合保溫墻板、水泥夾芯板（DK板）、輕型鋼絲網(wǎng)架聚苯混凝土板和灌漿墻體。增強型蒸汽加壓混凝土板具有保溫隔熱、耐火阻燃、輕質綠色，兼具良好加工性等優(yōu)點，可為外圍護墻板的首選，其外飾面可根據(jù)需要選用涂料或者其他外飾面材質，均可在ALC板的外葉板上較好地實現(xiàn)。

居住建筑在平面布局上往往存在合理的轉折和凹凸，作為裝配式鋼結構住宅外墻板不宜選用大板或者難以加工切割的板材；應嚴格遵循標準化、模數(shù)化，少規(guī)格、多組合的設計理念，外墻可以通過少量規(guī)格小板組合拼接，達到提質增效目標。

6 機電體系

作為高質量生活方式的安置區(qū)周轉居住建筑，其機電設計在系統(tǒng)形式、設備、材料選擇上也應突破一般建筑的設計方式，充分體現(xiàn)臨時性、合理性、先進性。在管線敷設方式上采用SI體系實現(xiàn)支撐體與填充體分離達到管線分離目標。干法施工，充分發(fā)揮SI體系延長建筑壽命、管線便于檢漏、維修、更換的優(yōu)勢[11－12]。

（1）給排水體系

SI體系住宅給排水是將管線敷設于架空層或裝配式內(nèi)裝隔墻的空腔內(nèi)，做到了與支撐體系全分離，在提高效率及質量的同時，減少了建筑垃圾和能源消耗，且便于管線的維護與改造。戶內(nèi)給水、中水、熱水管設在地板架空層內(nèi)、墻體管線空間內(nèi)和集成衛(wèi)浴吊頂內(nèi)，衛(wèi)生間和廚房均為同層排水；采用屋面集中集熱、戶內(nèi)分散儲熱的太陽能生活熱水系統(tǒng)、給水管快速即插安裝的專用接頭、模塊式戶內(nèi)中水集成系統(tǒng)和集成衛(wèi)浴。模塊式戶內(nèi)中水集成系統(tǒng)節(jié)約用水，并保證了沖廁用水的水質。干式排水法如圖4所示。

圖4 干式排水體系

（2）暖通體系

SI體系中住宅采用快裝集成采暖地面系統(tǒng)，以地腳螺栓架空層找平，入戶采暖管線敷設在架空層內(nèi)，在地腳螺栓上敷設輕質地暖模塊，最后在模塊上加覆不同的地面材質，形成一體化的新型架空地面系統(tǒng)。整個地板系統(tǒng)高度約為130 mm，管線做到與支撐體系全分離。

在安置區(qū)的臨時性住宅建筑，各房間（除衛(wèi)生間外）采用模塊式快裝集成地板輻射供暖。地板輻射供暖管道敷設于輕質地暖模塊內(nèi)，入戶采暖供回水管敷設在輕質地板采暖模塊下方的架空層內(nèi)，分集水器設于廚房。架空層采暖系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 架空層采暖系統(tǒng)

（3）電氣體系

SI體系住宅電氣系統(tǒng)要求強、弱電戶箱暗裝于輕鋼龍骨隔墻上，插座水平管線敷設于地板架空層內(nèi)，照明水平管線敷設于吊頂內(nèi)，垂直管線在裝飾夾層或輕質隔墻中敷設，開關、插座安裝于裝修裝飾面與墻體夾層空間或輕鋼龍骨隔墻中，完全實現(xiàn)管線分離。

7 總結

（1）裝配式鋼結構建筑具有綠色節(jié)能快建的優(yōu)點，是周轉居住建筑的首選建筑結構類型；鋼框架結構體系和鋼框架支撐體系是多層臨時性住宅建筑的首選結構形式。

（2）可拆式鋼筋桁架樓承板具有重量輕、運輸安裝方便、無需吊頂和底模的特點，宜優(yōu)先考慮。

（3）墻體體系需要根據(jù)裝配式建筑的特點和具體的施工場地、施工條件進行選擇，內(nèi)外墻體宜分別優(yōu)先考慮輕鋼龍骨墻板和增強型加氣混凝土條板（ALC）。

（4）機電管線采用SI體系可實現(xiàn)管線分離和干法施工，便于維修改造滿足不同住戶的要求。