装配式钢结构建筑设计探索——以“绿筑GBS公寓”为例

文/陈雪英 浙江绿筑集成科技有限公司上海分公司 上海 200000

随着社会发展，环境污染、材料浪费、人工成本增加等建筑行业问题进一步制约我国建筑业的可持续发展，绿色的可持续发展的工业化建造之路随之替代。目前国家及各地陆续出台政策，大力推动装配式建筑与信息技术应用已上升成为推动建筑业转型升级的国家战略。然钢材可循环利用，拥有较高回收率，随着钢产量供应充足使钢结构建筑必将成为政策推荐的必然导向。

我国钢结构在公共建筑尤其在大跨度、大空间建筑中的应用广泛，且技术已经十分成熟。每年非住宅类的居住建筑公寓、宿舍建造量相对较大且稳定，装配式钢结构建筑在非住宅类的居住建筑中的应用推广也符合国情。为了更好的执行国家政策，推进装配式钢结构建筑的体系良性发展，认真做好装配式钢结构建筑的细节设计，研究刻不容缓。

1、项目介绍

本项目用地位于浙江省绍兴市北部，柯桥区柯北村柯北工业园区内，距绍兴主城区约18公里。项目名称为绿色集成建筑科技产业园（一期），性质为工业用地。总用地面积202232m2，总建筑面积138054.3m2，按规划要求生活服务设施面积占地不超7%，总面积不超18%。其中绿筑GBS公寓1#、2#、实验楼，作为工业园区的宿舍功能产品，同时兼顾展示、体验集成建筑技术的功能。

绿筑GBS公寓1#，本次设计总建筑面积：4570.99平方米。本次设计宿舍间：130间，其中三人间104间，双人间26间。使用功能：1层～4层为带独立卫生间和封闭阳台的单层三人间的宿舍用房，5层为双人间。设计使用年限：50年；抗震设防烈度6度。

图1 （绿筑GBS公寓1#楼）

2、装配式技术体系

“浙江绿筑集成科技产业园员工公寓楼”获批列入2017年住建部装配式建筑科技示范工程。本项目为交钥匙工程，采用交错桁架钢框架结构体系。

桁架采用混合桁架，走廊处不设斜杆，底部无落地桁架，在底层对应轴线设横向支撑。（图2）

图2

梁柱连接采用全螺栓连接，钢柱延伸至地下室底板，嵌固层为首层地面。

楼板采用采用钢筋桁架叠合板（图3）及全预制局部叠合楼板（图4）。

图3

图4

楼梯采用装配式钢楼梯，楼梯与主体结构采用不传递水平力的连接形式。

外墙采用PC挂板：带装饰面的夹芯保温一体板和PC外墙单板。

内墙采用蒸压加气混凝土砌块干法砌筑施工或蒸压加气混凝土条板或轻钢龙骨石膏板，实现墙体施工过程中，采用少量湿作业。

卫生间采用科逸的集成卫生间1218型号。

3、装配率计算

根据上海市住房和城乡建设管理委员会文件沪建建材【2016】601号文关于本市装配式建筑单体预制率和装配率计算细则（试行）的通知。该项目预制率和装配率计算如下：

满足业主要求，装配率40%以上。

4、项目重难点分析

一般居住性质的钢结构建筑的设计要点都在于考虑如何防火，如何隔声。而本项目的难点在于内外墙排版布置的精细化、装配式墙板之间的缝隙处理、室内效果控制等等。这些在施工图阶段往往考虑的不够全面，需要深化设计阶段来完善。

4.1 外挂预制混凝土墙板

在装配式建筑中，为了实现高度的工业化建造，PC挂板大部分都是通过模具生产出来的标准构件。一个建筑中模具越少，成本也就相对低。同样是考核科研试验项目的标准之一。施工图设计阶段，常规外墙往往考虑的比较少，如：仅仅是节能上传热系数是否满足，外墙平立面是否对的上，外墙节点设计是否能实现建筑效果，但是采用PC外墙时好多细节应在施工图设计中提前考虑。（图5施工图版本1，图6为施工图版本2）。

图5 施工图版本1

图6 施工图版本2

施工图版本1与施工图版本2中方案差距较大，种类明显减少，由于是本项目宿舍楼，层高相同，户型相同，为了实现标准化最大化，避免出现超长超宽板，设计上考虑转角板与标准板拆开；女儿墙与顶层脱开；门窗种类标准化，减少异形窗的设计；底层室内外高差勒脚板脱开采用干挂石材。

当然具体项目设计中考虑的因素可能不同，还有以下几点注意事项：

1.考虑PC构件生产、堆放、运输的可能性。构件生产流程、构件脱模、构件生产平台尺寸，构件起吊设备、构件运输条件、构件生产方式等。

2.考虑PC生产的经济性。如模具成本及重复使用率、构件的补强措施、装车运能、人工成本消耗等；

3.考虑PC构件预埋件的合理性。如根据PC重量合理设计脱模点和起吊点，尽量统一预埋件规格型号，以及各吊点的金属件承担荷载等，同时考虑预埋件加工采购的便利性，考虑钢结构转换连接件、预埋件及钢结构牛腿位置的协调性。

4.考虑PC板缝的位置、处理措施，做好PC构件数量与方量的统计表，预埋件数量统计表。

4.2 内隔墙设计

为了实现结构体系的优越性，内隔墙需要着重考虑交错桁架处的隔墙方案。交错桁架内隔墙设计研究方案有三种，两侧采用轻钢龙骨石膏板，两侧采用聚苯颗粒水泥纤维条板，两侧采用ALC条板。最终通过调研评审，桁架两侧采用了75厚的ALC条板,无桁架处采用了150厚的ALC条板。ALC板材材料即蒸压加气混凝土板。目前国内厂家主要引进日本和德国技术。特点质轻高强、耐火性优良、抗渗性优良，现场可加工性良好。为工厂预制产品，精度高，可刨、可锯，为现场装配式板材。采用干作业，安装简便，工艺简单，大大缩短工期，提高效率及施工质量。板材自身有统一的模数，板的宽度可选范围300—600mm，10mm间隔，标准宽度600mm。施工中虽然可以任意切割，但是常用的是300以上，局部不应小于200，切割过多也会导致现场粉尘严重。所以需要设计提前考虑好隔墙的排版。洞口两侧的板材宜布置标准板。结合隔墙板规格详见下表。

4.3 装配式墙板之间的缝隙处理

本项目装配式墙板的缝隙有PC外挂墙板之间的水平缝、垂直缝，还有ALC条板之间，以及ALC条板与楼板底、顶接触的缝隙处理。

PC挂板水平缝设计高低的企口缝，形成自然的构造防水。PC外墙挂板板缝所用的密封材料应选用耐候性密封胶，密封胶与混凝土的相容性、低温柔性、最大伸缩变形量、剪切变形性、防霉性及耐水性等均应满足设计要求，且应满足外饰面防污和环保要求. 背衬材料可选用直径为缝宽1.3-1.5倍的泡沫塑料棒或以PVC硬质塑料片挡缝后嵌聚合物砂浆． (图7)

外墙不同墙体材料交接处表面铺500宽热镀锌电焊钢丝网,内墙凡不同墙体材料交接处表面铺300宽耐碱玻纤网格布。（图8）

4.4 室内效果控制

钢结构与钢筋混凝土结构在于走道净高控制这块并不占优势，只有通过全专业及BIM团队的协同设计，通力合作才能达到意外的效果。钢筋混凝土结构梁高已包含了板厚，而钢结构建筑楼板是在梁的上面，故考虑净高时要增加考虑板厚。层高3000，底层及顶层带斜撑处的框梁高450，板厚120，面层预留50，吊顶高度50，则净高只有2330.为了保证2300的净高,再加上走道宽度有限,结构梁上开洞过多不合理，则必须合理布置强弱电桥架、消火栓给水管、市政供水管、热水管、加压供水管（图9）。其余层上弦杆只有200高，设备管线可以不用穿梁。

装配式建筑管线常需考虑预留洞口，或者套管，否则现场开洞比较繁琐，且不符合装配式建筑的发展要求。根据《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》（GB50242-2002）第3.3.13条规定：管道穿过墙壁和楼板，应设置金属或塑料套管。安装在楼板内的套管，其顶部应高出装饰地面20mm；安装在卫生间及厨房内的套管，其顶部应高出装饰地面50mm，底部应与楼板底面相平；安装在墙壁内的套管其两端与饰面相平。穿过楼板的套管与管道之间缝隙应用阻燃密实材料和防水油膏填实，端面光滑。穿墙套管与管道之间缝隙宜用阻燃密实材料填实，且端面应光滑。消防管道穿越楼面，需要加设套管，套管高出楼板或地面50mm,套管与管道之间采用不燃材料封堵。（图10）

图7 （ PC水平缝、垂直缝做法）

图8 （ALC竖板底、顶做法）

图9 （走道管线剖面净高控制图）

图10 （预制板预留套管图）

结语：

绿筑集成科技产业园员工公寓楼项目是我司自2014年起，联合多所高校，邀请众多行业专家，结合欧美先进装配式技术，自主研发落地的公寓建筑产品。装配式钢结构建筑设计原则总结如下：

1.平面设计

1）平面设计遵循模数协调原则，优化构件的尺寸和种类，发挥钢结构的优势。

2）内外墙板的排版、接缝设计应满足构造合理、施工方便的要求，应根据工程实际情况，合理进行节点设计，满足防水、节能等要求。

立面设计

1）立面设计利用标准化、模块化、系列化的特点，预制外墙板通过外墙构件的灵活组合，实现富有工业化建筑特征的立面效果。

2）外窗门窗在满足通风采光的基础上，考虑外墙板模数，通过调节门窗尺寸、位置使立面形成一定的灵活性。

2.节点设计

1）楼板形式、工程做法、内装吊顶方案、设备走向应协同设计。

2）钢结构柱梁连接方式、防火方案、装修方案协同设计。

3）协同设计应包含各专业建筑、结构、水、电气、暖通、内装、幕墙及BIM，实现土建装修一体化。

在目前国家推广装配式钢结构建筑的契机下，做好钢结构细节设计产品化设计已经刻不容缓。钢结构本身就是预制构件，如何更好的提高预制装配率，如何做好细节设计，如何更好的衔接施工图设计和深化设计，让建筑真正做到土建装修一体化。面对不同的工程，问题也各不相同，在设计的道路上我们需要学习的东西还有很多。

[1]《装配式钢结构建筑技术标准》GB／T51232-2016

[2]《工业化建筑评价标准》GB／T51129-2015

[3]《浙江省工业化评价导则》浙江省住房和城乡建设厅发布

[4]《关于本市装配式建筑单体预制率和装配率计算细则（试行）的通知》上海市住房和城乡建设管理委员会文件沪建建材［2016］601号文

[5]《细节决定成败》汪中求著

[6]《蒸压加气混凝土砌块、板材构造》13J104

[7]《预制混凝土外墙挂板》08SJ110-208SG333