钢结构住宅电气设计浅谈

杨春丽， 周 茜， 徐 桀

(北京维拓时代建筑设计股份有限公司，北京100025)

0 引言

国务院办公厅2016年9月发布《关于大力发展装配式建筑的指导意见》国办发〔2016〕71号，主要内容为推动建造方式创新，大力发展装配式混凝土建筑和钢结构建筑，不断提高装配式建筑在新建建筑中的比例。

北京市人民政府办公厅2017年3月发布《关于加快发展装配式建筑的实施意见》京政办发〔2017〕8号，要求自2017年3月15日起，新纳入本市保障性住房建设计划的项目和新立项政府投资的新建建筑应采用装配式建筑。

为响应国家大力发展“绿色、节能、环保”装配式建筑及节能减排、持续发展的要求，2017年笔者公司承接的北京丰台某公共租赁住房项目设计中，组建了全专业课题研究组，通过对装配式建筑技术的研究，对构件生产、施工装配技术的学习考察，统筹协调解决了各专业在产业化设计中遇到的主要问题，产业化技术方案通过了专家评审。项目目前在施，已完成了主体钢结构及部分预制构件吊装。本文就电气专业一些相关产业化设计中的问题及解决方案进行梳理和分享，其他住宅电气设计内容在本文中不再赘述。

1 建筑产业化

1.1 项目概况

本项目位于北京市丰台区，其中两栋为公共租赁住房，总建筑面积6.2万m2，地上16层，地下2层，地上主要功能为公租房，包含部分物业管理用房及便利店，地下一、二层为自行车停车库及设备用房、物业管理用房等功能。地上为钢框架支撑结构，地下为现浇钢筋混凝土剪力墙、混凝土框架结构。

1.2 钢结构建筑特点

建筑设计院如何在一体化集成设计链中转换观念和角色?针对公共租赁住房套内面积较小、功能齐全的特点，在方案阶段，从户型设计开始，建筑设计师需要前置考虑解决模数化、标准化、多样性问题，做到平面柱网、户型平面，立面分隔、外轮廓等尽可能规整，结构墙体布置规整对位，以满足产业化生产需求；尽可能用较少的模块拼接组合多种形式；结合钢结构体系简洁、仅靠钢框架体系承重的特点，采用大柱跨空间结构以便平面灵活布置；卫生间、厨房尽量模数化和标准化设计，在满足规范的前提下，控制卫生间和厨房的面积，减少卫生间、厨房的种类满足产业化要求；另外，钢结构构件运输条件限制在12m以内，从经济角度考虑住宅层高控制在3m以内，一柱4层，该项目层高2.75m。公租房典型建筑户型平面见图1，基本满足了上述产业化要求。

图1 建筑户型平面

1.3 钢结构优势

本公租房住宅项目设计过程中，结构专业与建设方及施工方进行了技术、环保、成本、施工周期多方面多层次的综合论证，最终采用了钢结构住宅建筑形式。

首先，钢结构延性好，塑形变形能力强，抗震性能明显优于其他结构体系；钢材的抗拉、抗压、抗剪强度较高，钢结构构件截面面积小、自重轻，可降低基础造价和节约大量资金；钢结构仅靠钢框架体系承重，与传统住宅墙体承重相比，建筑布置可以灵活分隔，空间适应性更强，如图2所示，为结构梁柱平面所示。

结构的主要构件墙板、钢梁、钢柱等都是工厂化生产，产业化程度比较高；施工阶段在施工现场进行整体装配，工业化、施工机械化程度高，施工速度提高，对周围环境污染少，符合环保要求；钢结构使用钢材建造，其他墙板等配套构件也都是绿色材料，可回收或降解处理，降低了碳排放量，保护了生态环境；钢结构本身减少了混凝土用量，从而减少养护水用量，达到节约用水的目的；钢柱截面优化到与墙同宽，避免露梁露柱问题，便于室内装修设计；作为一种绿色建筑，钢结构建筑符合国家对建设业提出的可持续发展要求。

图2 结构梁柱平面

2 机电管线系统

由于钢结构装配式建筑大量采用预制混凝土技术，深入了解装配式住宅建筑结构体系和构造特点，机电管线系统如何在预制结构体上进行配合预留、预埋；或是采用管线分离系统，如何结合建筑装饰面层的一体化集成设计就成为了机电专业产业化设计研究的关键。

在装配式住宅建筑中，结构主体按70年使用寿命设计，满足建筑全寿命周期的使用维护要求。采用管线分离系统，机电设备和管线独立于结构主体，方便进行改建与修缮。管线可以设置于架空地板或集成吊顶内，方案阶段应进行管线综合，保证室内净高要求。管线集成通常有以下几种形式。

(1)吊顶空间管线集成:利用全吊顶内部空间作内保温双层墙体，敷设同层排水系统管线、采暖给水分水器系统管线或电气管线、安装灯具等。

(2)双层墙体管线集成:如有保温的户间隔墙，可利用保温内衬墙敷设电气管线，开关和插座。

(3)户内轻体隔墙:利用轻钢龙骨墙体内部空间敷设设备及电气管线。

(4)架空地面管线集成:利用架空地板空间敷设给排水管线。

3 电气产业化设计

3.1 内墙板分析及管线敷设

常见内墙板可分为两大类:条板类和立筋类。其中条板类包括蒸压加气混凝土(ALC)板、陶粒圆孔板、轻质复合EPS墙板、轻质陶粒水泥内墙隔板墙、玻璃纤维增强石膏空心条板等。立筋类包括轻钢龙骨＋内充岩棉、轻钢龙骨＋CCA板(内充泡沫混凝土)。几种主要内墙板类型分析比较表1所示。

常见内墙板类型分析比较 表1

施工图设计中，户内隔墙采用了86mm轻钢龙骨复合墙体，墙体填充50mm厚岩棉，岩棉密度≥120kg/m3，满足全产业化要求，可满足电气管线预埋要求。并对于隔声及吊挂问题采取了改进措施，在竖向龙骨的基础上安装横向龙骨，增加空气层，提高隔声效果。面板石膏板改成硅酸钙板，增加吊挂力。

分户隔墙采用了200mm蒸压加气混凝土ALC条板，隔声接近50dB，满足分户墙45dB隔声要求，隔声性能好，抗冲击性能好。墙体与钢梁同宽，室内不露梁，便于内装设计。但是电气管线不能实现预埋。设计中采用树脂螺栓和轻钢龙骨形成结构墙体与装饰面层双墙体系，通过调节树脂螺栓高度和选择合适轻钢龙骨，对墙面厚度进行控制，外挂石膏板，实现管线与结构墙体分离，分户墙双墙节点如图3。考虑到户型面积较小，装修面层到结构墙体厚度控制在50mm。

图3 分户墙与钢梁节点构造

3.2 外围护墙板分析及管线敷设

常见外墙板分为两大类:条板类和大板类。条板类也就是蒸压砂加气混凝土条板(ALC板)＋保温装饰一体板；大板类又分为太空板和预制夹心外墙板。分析比较见表2。

常见内墙板类型分析比较表2

项目设计采用了保温装饰一体板作为保温以及外墙装饰材料，采用外墙外保温，保温材料选用75mm厚岩棉带，密度≥140kg/m3。一体板面板采用8mm厚高密度无机纤维板，面板表面涂料。

3.3 楼板分析及管线敷设

常见楼板类型有:压型钢板、现浇楼板、可拆卸钢筋桁架楼承板、叠合楼板、ALC楼板等，分析比较见表3。

常见内墙板类型分析比较 表3

可拆卸式钢筋桁架楼承板在本公租房项目中得到应用，现场电气管线施工如图4所示。

图4 可拆卸式钢筋桁架楼承板管线施工

3.4 常见叠合楼板问题及解决措施

装配式住宅项目常见采用叠合楼板形式，叠合板由下部预制层与上部后浇层组合而成，预制层厚度一般为60mm或70mm，上部后浇层厚度由计算确定。一般情况结构设计预制混凝土叠合楼板厚度130mm，预制层厚度为60mm，后浇层厚度为70mm，如图5所示。

图5 叠合楼板及桁架钢筋详图

由于预制板构件本身限制，强弱电专业管线均需布置在后浇层，在进行电气管线敷设施工时经常遇到2～3层管线交叉情况，由于后浇层厚度较薄，导致后浇混凝土保护层局部凸起不平整或不能覆盖上弦钢筋，如果选择增加后浇层厚度，可以解决部分管线交叉问题，但会增加成本，并降低层高，需谨慎综合考虑。

首先，在设计和施工阶段应对照明、插座、弱电插座等电气管线进行综合优化设计，合理布置管线走向，尽量减少交叉。其次，由电气管井引至户内配电箱、弱电箱的入户管线管径较大，且配出管线较多，会出现集中管线交叉，应尽量避免强电、弱电箱在同一位置。另外，强、弱电箱通常布置在入户玄关区域，且靠近电气管井，局部区域可采用现浇楼板处理。某项目叠合楼板现场管线施工如图6所示。

图6 叠合楼板管线施工

3.5 预制构件的电气深化设计

在装配式住宅设计中，还有一些不易实现管线分离的情况。预制构件在工厂生产加工时，对于需要预埋在预制构件内的电气管线应进行标准化和模块化深化设计，所有强电、弱电点位、配管等应详细精确定位集成到预制构件中，一旦预制构件生产加工和安装完成后，强弱电点位更换将非常困难，并且在预制构件上剔槽、开洞不被允许。

另外，设计应更加精细化，特别注意相同尺寸厨房或卧室，尽量保持电气设备设置的一致性，减少装配式构件模板的种类数量；分户墙两侧暗装电气设备不应连通设置，相邻两个镜像户型间墙上设备的留洞应避免出现重叠；隔墙内预留有电气设备时，还应采取有效措施满足隔声及防水要求。

最后，预制构件与现浇混凝土在施工接驳时，还应考虑预制构件后续与现浇部分管线施工的接驳，预制板墙体下部设计应预留操作安装空间，参见图7。

图7 预制构件预留接驳示意

4 产业化装修与整体卫浴

该项目设计阶段采用了整体厨房整体卫浴设计，施工设计阶段仅卫生间采用了整体卫浴系统。采用工业化整体卫浴代替传统卫浴装修，由于采用干式施工，不受季节影响，比传统湿作业装修周期缩短；排水盘和整体墙板的拼装工艺保证了永不漏水，无噪音，节能环保。

整体卫浴电气设计需在卫生间外墙上预留安装照明、排气扇三联开关，并在卫生间投影正上方预留接线盒，整体卫浴内各电器设备，由卫浴供方负责与预留接线盒电源对接；整体卫浴所有电气回路应设置漏电保护；在整体卫浴土建墙面应预留LEB端子板，预留4mm2等电位连接线。

该项目设计层高2 750mm，结构楼板厚度为120mm，架空楼板高度 90mm，卫生间吊顶高度250mm，卫生间净高仅为2 290mm，卫生间未做降板处理，也没有采用同层排水，较为遗憾。该项目典型户型整体卫浴设计如图8所示。

图8 户型整体卫浴

5 防雷接地设计

装配式钢结构住宅建筑的防雷接地设计，应充分利用钢结构本身作为防雷引下线和接地装置；预制外墙板的钢筋网与连接件应采用焊接连接，外墙金属管道、金属窗框、外墙板的钢筋网、连接件、钢结构之间应形成通路；此外，钢结构住宅更加便于利用钢结构进行总等电位联结；防雷接地与交流工作接地、安全保护接地等共用钢结构作为自然接地体；其他符合现行国家标准GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》的有关要求即可。

6 结束语

通过该公租房项目的设计实践，配合内装设计和现场施工的过程中，在装配式钢结构住宅设计上积累了一些电气产业化设计经验，较好的实现了分离机电管线系统的理念；同时感觉分离电气配管施工与传统施工差别不大，不需预制，标准化和模块化程度不高、装配率不高、效率不高，装配式建筑的电气产业化水平尚需提高。

综合钢结构竖向结构的可靠性、安全性和抗震性，以及成熟的连接工艺，与轻质复合墙板相匹配，装配式钢结构建筑是最具有创新优势与推广价值的建筑体系。