装配式钢结构高层住宅电气设计

王远方

（愿景集团）

1 引言

目前钢结构建筑在世界上已经普遍得到应用，全世界101 栋超高层建筑中，纯钢结构的有59 栋，同时国外60%以上的高档住宅都采用了钢结构，而在我国还不足5%.差距非常明显。但随着我国人民整体生活水平的提高，对住宅质量、品质的要求也会提高。

例如北京金宸公寓已被列为建设部住宅钢结构体系示范工程，钢结构住宅工业化加工减少了工地现场的湿作业，施工不受季节限制速度快、噪音小、粉尘污染少、钢铁可回收重复利用等优点，不仅能使住宅有效使用面积提高6%，还能使工程成本可以降低5%，可给用户带来更美妙的生活体验。

为了推动建造方式创新和大力发展绿色节能环保的持续发展要求，国务院办公厅于2016 年底发布了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》国办发[2016]71 号。笔者也有幸参与到沧州市某钢结构高层住宅项目设计中，通过对装配式钢结构住宅技术的研究和已建设项目的考察，解决了电气专业在相关产业化设计中遇到的主要问题，项目整体产业化方案也通过了专家评审。现就电气专业和专业间协同的一些问题和解决方法进行梳理和分析。

2 项目简介

项目位于河北省沧州市区西部，规划总用地面积5.6 万㎡，其中本栋楼为政府调控房，同时作为装配式钢结构住宅建设试点项目。本楼总建筑面积4 万㎡，高度80m 为一类高层建筑，地上27 层，地下3 层。其中地上首层和二层局部为商业网点，3 层至27 层为住宅共260 户，地下一、二层为自行车库和设备用房，地下三层平时为自行车库，战时为甲类二等人员隐蔽。建筑地上为钢管混凝土框架支撑结构，楼板为钢筋桁架楼承板，地下为现浇钢筋混凝土剪力墙结构，采用桩筏基础。

3 装配式钢结构形式住宅特点

此次政府调控房采用装配式钢结构形式是经过了技术成熟度、建造成本、施工周期、环境保护等多因素综合论证的结果。国内的钢材已经在抗拉、抗压、抗剪上达到了较高的性能。钢结构的技术特点在于构件塑性和变形能力强，截面面积小、重量轻，可节约资料和投资造价。此外，由于主要的钢梁、钢柱和内外墙板都是在工厂集中完成的产业化生产，建设阶段在现场进行工业化装配，所以施工速度快且粉尘少、噪音，对周围环境的影响较传统施工方法大大降低。当建筑使用寿命结束需要改造或拆除时，钢构件及其他环保材料生产的墙板都可回收或降解处理，符合国家对建设行业提出的可持续发展要求。

图1 建筑标准户型及结构梁柱平面图

装配式钢结构住宅的构造明显不同于传统住宅。为满足产业化生产需求，结合调控房的功能和指标等特点，此次户型设计就前置考虑了模数化、标准化、灵活多样等问题，结构墙布置尽可能规整[1]。结合钢结构体系仅需要依靠钢框架体系称重的特点，住宅内各个房间依靠大跨距空间可以灵活布置并且尽量标准化设计。本项目产业化标准户型如下图1 所示。

装配式钢结构住宅的内、外墙及楼板的特点是产业化预制。其中，外墙板采用钢筋混凝土外挂预制墙板，内墙采用ALC 蒸压轻质混凝土预制墙板拼接，楼板采用预制钢筋桁架叠合板楼板，梁柱均采用焊接H 型或箱型钢构件[2]。故此次电气设计与传统钢筋混凝土结构住宅不同，预制内外墙板和预制叠合板均需要将部分电气管线和接线盒提前在工厂生产时就预制在构建中并预留连接和安装条件。建筑的钢梁柱也需要在工厂预制时提前预留电气管线的通道开孔，以便电气管线能精准隐蔽的穿越钢梁柱又不破坏钢梁的完整性。

图2 管井与户内配电箱位置图

4 电气产业化主要内容及要点

4.1 电气竖井与住户强、弱电箱位置选择

为减少住宅建筑的公摊面积，本项目各单元的两个住户共用一处电气管井，电井位置靠近住户强、弱电箱。优点是供电半径短，电压损失小，供电质量高。井道内部竖向管线较多，为避免预制楼板中有大量开孔的产生，故电井设置在预制叠合楼板范围之外，井内采用后浇楼板来减少预制难度。

如图2 所示，装配式钢结构住宅的户内强、弱电箱设置原则和规范与普通住宅相同，需尽量暗装保证美观。由于户内强、弱电箱进出线管较多且尺寸较大，应尽量在玄关、起居室内便于检修且非预制、非承重的墙上暗装，避免安装在分户承重隔墙上。经过与建筑专业的综合讨论，最终暗装在厨房朝玄关一侧不临炉灶的非预制墙体上，局部加厚到200mm 并在箱体背后做防潮特殊处理，选择此处还因为此非承重墙体上方没有钢梁不会影响强、弱电箱进出管线与水平线管的连接，两个箱体错开排列保持100mm 的距离以减少线管在敷设到地面时的集中交叉。

4.2 电气专业干线设计

项目户内配电箱自电井处引入户的干线线缆为BV-3x16mm2的导线，穿线管采用SC32 焊接钢管，外径为42mm左右，户内分支线中插座回路在地面敷设时考虑与进户干线交叉，穿线管采用PC20 塑料管，外径为20mm，一次交叉后高度为SC32+PC20=62mm，叠合楼板后浇层还需加上横纵支撑采用的φ8mm钢筋网和15mm 混凝土保护层，最终二次现浇层厚度最少需要85mm。

图3 叠合楼板及桁架钢筋图

因此，如图3 所示，因电气进户管和水暖进户管截面较大且都只能敷设在叠合楼板的二次现浇层，所以装配式钢结构住宅的电气管井需尽量贴近住户门设置且提前规划好各专业管线的走向，避免管线在现浇叠合层内交叉。综合建造成本及建筑效果，决定将电气入户干线路由区域的叠合楼板后浇层厚度增至90mm，叠合楼板总体厚度为150mm，可以解决管线交叉问题，但会造成此区域层高降低；住户内部与核心筒其他区域叠合楼板由下层60mm 预制层及上部60mm 的后浇层组合而成，叠合楼板总体厚度为120mm。此外，弱电部分为光纤入户，自电井引入户箱一根两芯光纤，穿线管外径与户内分支线外径相同为25mm，因此需提前规划好强、弱电进户线路由，避免与强电进线及户内分支管线叠加造成三层管线交叉即可[3]。

4.3 电气专业分支线设计

装配式钢结构住宅的公区及户内电气设计与普通住宅基本一样，标准层电气平面图如图4 所示。

首先，各层公共区域照明配电回路水平连接，由于楼梯间为钢结构加钢楼梯的设计，所以楼梯半跑平台处的疏散指示及应急照明电源管线需在钢楼梯梯段下沿墙角明敷引至整跑平台处灯具回路，采用镀锌钢管敷设并涂刷防火漆。为减少电气暗埋管线穿越钢梁对结构带来的破坏，同时便于施工和检修，公共区域照明选用自带声光控开关的灯具；消防感烟探测器、应急广播等尽量选用吸顶安装方式；电气竖井内的管线尽量采选明敷方式。

图4 电气分支管线设计

其次，户内强、弱电箱选择放置在非预制、非承重的墙面，故与普通住宅相同，箱体进出的竖向管线不受预制构件影响。虽然墙体是二次浇注的轻墙，但要尽量将进出线集中敷设以方便竖向与水平叠合板后浇层中管线的衔接。户内照明、插座及网络等分支线管采用PC20 或PC25 的塑料管敷设，因预制叠合楼板后浇层厚度较薄，所以照明、插座等末端点位在设计时要综合布置并优化管线路由，减少线管交叉次数，线管总管径厚度不应大于叠合层或垫层的1/2，且暗敷时保护层厚度不小于15mm。

4.4 末端点位预留和管线衔接

装配式住宅普遍采用精装修交房，故户内照明灯具、插座及控制开关点位是按精装修标准设计并满足产业化要求。住宅内墙板采用蒸压加气混凝土ALC 预制板，优点是板内有双层钢筋网，重量轻并且强度高，缺点是不能实现照明开关、强弱电插座等分支线管及接线盒的预留预埋，需要在现场剔槽施工，虽会造成粉尘，但管线施工衔接方便灵活，便于日后二次改造装修。本次安装强、弱电末端插座接线盒便采用现场剔槽施工，线盒开槽深度为50mm，注意ALC内墙板需双面接线盒开槽时，应错开位置避免墙面被打通。如图5 所示，照明回路线管敷设在钢筋桁架叠合楼板的二次浇注层中，故预留灯具接线盒时需要注意使用100mm 深的高装灯盒，并且设计时要提前与结构专业沟通，在工厂预制叠合楼板时，预留灯盒位置要避开钢筋桁架。

图5 电气管线穿钢梁衔接及接线盒预留做法

此外，水平与竖向间管线的衔接也十分重要。如图5 所示，对于公共区域的消防手报按钮、消火栓按钮、声光警报灯、门上安全指示灯具等设备管线以及户内墙壁照明开关等管线需要与上层叠合楼板现浇层内水平管线连接，此次采用在预制ALC 墙体上方与钢梁连接处预留接线洞的方式解决。

为尽量避免竖向管线穿越钢梁，最好选择内墙板一侧厚出钢梁一定宽度的墙面预留照明开关接线盒，利用钢梁和外侧石膏板中的孔隙敷设线管。如必须由顶板将管线引下至钢梁与内墙板同宽的墙面时，则提前与结构专业共同确定钢梁开孔位置和直径，一般开孔直径不大于钢梁一侧截面的1/2，开孔横向排列时间距不小于100mm，并由工厂在预制钢梁时提前预留开孔以确保钢结构的安全性。

5 钢结构住宅建筑防雷接地特点

装配式钢结构住宅和普通住宅一样，经过预计雷击次数计算，本项目按三类防雷等级设防，区别主要在于防雷接地的具体做法。

在防直击雷方面，本项目在屋顶女儿墙上设置接闪带，网络不大于20mx20m 或24mx16m，防雷引下线利用建筑竖向钢柱且间隔不大于25m，同时要求地上钢结构的钢梁、钢柱需互相紧密连接，形成电气贯通。特殊的是，因为地下包含人防层，所以本楼采用桩筏基础，楼体首层以下为现浇钢筋混凝土剪力墙结构，地上部分箱型钢柱需在地下一层与地下部分钢筋混凝土柱完成转换。

图6 钢柱与混凝土柱转换示意图

如图6 所示，地上钢柱在首层底板处增加钢骨混凝土插入式柱脚，插入式柱脚底部使用地脚锚栓与地下钢筋混凝土柱相连。其中，插入式柱脚内箱型钢柱增加栓钉及横向钢筋，需与地下混凝土柱内的竖向钢筋绑扎并焊接，以确保转换层的钢骨混凝土柱内横向钢筋、钢柱上的栓钉、地下钢筋混凝土柱内的横竖向钢筋以及桩筏基础内钢筋全部贯通，才能保证屋顶接闪器、防雷引下线及基础接地极之间的可靠连接。

在防侧击雷方面，楼高超过60m 需要每三层利用均压环将外墙上的门窗、栏杆等较大的金属物做防雷接地措施[4]。和普通住宅建筑相比，本项目利用每层的钢结构外圈梁直接作为均压环，再用φ10mm 的圆钢将突出外墙的金属物的连接预埋件与钢梁可靠焊接即可满足防侧击雷要求。

6 结语

通过笔者的实际工程经验，介绍了装配式钢结构住宅电气专业产业化及防雷接地的特点和设计要点，希望行业内电气设计人员在今后装配式钢结构住宅电气设计项目中能充分考虑建筑构造特点，提高电气产业化水平的同时为建筑行业的可持续发展尽自己的一份力。