浅谈现阶段钢结构装配式住宅的建筑设计

牟永花

（烟台飞龙集团有限公司，山东 烟台264000）

近年来，随着社会老龄化趋势加速，青壮年劳动力的供给日益紧缺，建筑工人数量不足的现象日益显现。国家提出供给侧结构改革，号召大力发展装配式建筑。在这一形势下，各地召开装配式建筑的研讨会频繁召开，让我们看到全国各地先锋企业都在响应国家装配化建筑的号召，跃跃欲试地想挤进装配式建筑的前沿，开始尝试装配式住宅的设计和建造，甚至有早起步的企业为装配式住宅建筑研发出新的结构体系。如：浙江杭萧钢构的钢管束体系和湖南远大集团的节点斜撑加强型钢框架结构体系等。

根据我公司的钢结构加工、制造优势，领导层做出尝试钢结构装配式住宅的设计与建造。研发飞龙钢结构装配式住宅体系并建造三层（一层、标准层和顶层）样板楼供上级领导及专家参观、指导，达到展示飞龙集团引领本地行业的技术水平和发挥龙头精神的目标。

公司决定由我负责钢结构装配式住宅样板楼的设计，由清华大学建筑设计研究院有限公司派人指导。

样板楼项目是是代表18 层以下钢结构住宅楼的样板楼。在这栋钢结构装配式住宅样板楼的设计中，我获得了以下设计和施工经验。

1 结构体系的选择

研发一种新的结构体系，不仅需要时间，也需要研发人员和资金的投入。一种新的结构体系用于实际工程需要走专家论证程序，并且图审机构、政府监督部门和施工监理方都没有可依据的规范、标准，实行起来很难。再根据我公司的情况，样板楼选择采用了现有的规范、标准可依据的结构体系：无支撑钢框架结构。

样板楼的重点不在结构设计，而在于建筑设计。整合现有社会资源，选择好三板体系，设计一栋可用于民用住宅建筑，也可用于大型公共服务建筑，装配率接近100%，舒适度更好的绿色、环保、节能、低耗的建筑成为此次设计的主要目标。

2 楼面板、屋面板的选择

2.1 根据《高层民用建筑钢结构技术规程》的规定，为了加强建筑的抗震整体性，宜采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板、现浇钢筋桁架混凝土楼板或现浇钢筋混凝土楼板，并且楼板应与钢梁有可靠连接。

2.2 烟台属于抗震7 度区，规范还规定：6、7 度时房屋高度不超过50 米的高层民用建筑，可采用装配整体式钢筋混凝土楼板，也就是现在各城市近期发展起来的桁架钢筋混凝土叠合板，也可采用装配式楼板或其他轻型楼盖。设计中应有措施保证楼板的整体性。

2.3 轻型楼盖主要用于工业建筑和临时建筑，对于百年住宅楼不适用，首先排除。

2.4 介于以下原因，样板楼楼盖选择桁架钢筋混凝土叠合板。采用叠合楼板，在工厂预制60 厚预制板做模板，现场电气走管及上层钢筋完成后浇筑60 厚或者90 厚混凝土。

2.4.1 吸取沧州大元集团的施工经验和教训：作为住宅楼，由于层高限制，不宜采用钢筋桁架楼承板，因为住宅楼的顶棚不吊顶，如果采用钢筋桁架楼承板如图1，混凝土达到强度后，底模板（0.5mm厚镀锌板）需要拆除，不拆除顶棚就无法做到大众认可的传统住宅顶棚装饰做法：刮腻子、刷涂料。拆除的话不仅非常耗费人工，还会使得涂料顶棚使用几年后返锈点，如图2。沧州大元集团的经验告诉我们：钢筋桁架楼承板不适合用于住宅建筑。

图1

2.4.2 我公司将要开发的飞龙金滩，政府文件要求其预制率不小于20%，就需要选择水平构件预制和楼梯预制。样板楼可先做实验，把成熟的叠合板施工经验用于飞龙金滩。

2.4.3 万科集团在烟台首推的装配式住宅（翡翠公园）的楼板也选择了桁架钢筋混凝土叠合板。但采用的单向预制板设计（如图2左所示），施工人员反映：板缝与板缝之间的缝隙不好处理，经过一个夏冬循环季节后会有裂缝。因此，吸取万科集团的经验，样板楼采用双向预制板设计，板与板之间留300 宽左右的后浇带。在样板楼工程和公司后续开发的飞龙金滩小区得到很好的效果。如图2右所示。

2.4.4 烟台混凝土预制厂有两家，其中一家预制厂与样板楼的建设地点很近，可以减少运费。

采用桁架钢筋混凝土叠合板的好处主要有以下两点：a.叠合板预制部分的质量因在工厂制作，比现场浇筑的混凝土质量好。b.叠合板用于钢框架结构上，可将施工支架直接搁置于钢梁下翼缘，节省传统的钢管满堂脚手架、现场模板的材料和人工的安拆费。还可实现三层楼板施工作业的快速交叉施工，缩短施工工期。

图3

3 外墙板的选择

外墙板的选择很重要，既要能适应钢框架在水平荷载作用下比混凝土结构较大的变形，同时还要满足抗冻融、耐火、保温、隔声、防水、环保等建筑使用功能。

经过考察和对比多家外墙板材，选用ECP 挤出成型水泥板。它是以水泥、纤维以及硅质材料为主要原料，通过真空高压挤出成型设备制造生产出来，然后通过高温高压蒸汽养护而成的新型水泥板，该板材在日本建筑界也是很受欢迎的。

ECP 挤出成型水泥板，用于样板楼工程工厂一次成型，现场安装成活，做成免刷外墙涂料，美观、持久的清水混凝土外墙面。不仅可以满足样板楼装配率的要求，还可降低样板楼生命周期内成本。它强度高，性能稳定，表面吸水率低，是一种具有中空结构的隔声板材，不含石棉、甲醛，且放射量低于国家标准10 倍的绿色环保制品。平板与条纹板的配合使用还能达到外立面变化、整齐、干净的美观效果。

图4

在这种墙板的设计与使用过程中，我获得了以下施工经验：

3.1 现场焊接骨架比较费人工，当有足够的经验和加工精度时，应把连接外墙板的骨架与钢框架一同在车间做好。

3.2 板与骨架之间采用Z 型件连接，Z 型件的开孔位置需要施工前结构设计师根据计算调节位置。

4 楼梯的选择

要满足样板楼接近100%装配率的要求，有钢结构楼梯和预制楼梯两种选择，考虑到用于住宅，并且城市中高层住宅数量居多，平时使用电梯，楼梯只做疏散要求，可以做成清水混凝土楼梯。所以样板楼采用混凝土预制楼梯形式。

在工程上采用预制楼梯比现浇混凝土楼梯更具有优势：

4.1 现浇楼梯在现场施工时支模和加工钢筋都很费劲，而预制楼梯变现场作业为工厂作业，提高了施工质量，降低了人工费制造费用。

4.2 预制楼梯做成清水混凝土不仅具有干净、整洁的建筑外表，在结构方面比现浇混凝土跟符合楼梯抗震设计理念。

5 内隔墙板的选择

根据本地现有资源，内墙部分采用硫氧镁水泥制成的中空水泥条板，部分采用ALC 蒸压轻质混凝土加气条板，部分采用FPB 轻质隔墙条板，三种墙板都为工厂制作完成，现场卡具安装固定，内饰面不需抹灰，直接粘贴网格布、刮腻子成活。轻质隔墙条板强度适中，安装方便，装配化率高，并且满足住宅内隔墙所需要的隔声要求。样板楼上采用了这三种内墙板做实验，如果以后的工程需要提高装配率的话，我们可以根据经验选用。

6 保温板

主墙面采用外墙板内安装A 级150 厚MUEC 无机保温板（胶粉聚苯颗粒）的做法，将保温放置于外墙板与内隔墙板之间，解决了外墙保温耐久性的问题。MUEC 无机保温板具有安全不燃、节能环保、高效隔音的特性。

冷桥部位保温采用STP 真空保温板。钢梁、钢柱及混凝土楼板的侧面等热桥部位均采用真空保温板保温。STP 真空保温板，不燃材料，无毒无味，绿色环保，具有高效的保温、隔热性能。工厂制作完成后，采用专用抹面胶浆将STP 保温板粘贴于平面上，然后采用塑料螺钉固定。

7 钢柱、钢梁防火

采用性能稳定、持久可靠、安全性好，施工时不污染环境且在高温下也无有害气体挥发的包封法。

8 样板楼施工完后，根据现行规范计算的装配率数据如表1。

表1 装配式钢结构技术体系（装配率一览表）

在样板楼的设计工作中，我负责建筑、结构设计，与机电专业协调设计，解决了各专业之间因技术错误和缺少沟通带来的诸多问题，避免了二次施工，大大减少了返工，使得工程施工顺利实施。从而减少了人力、物力的浪费，缩短工期，提高了工程管理综合水平。

总之，在现阶段的钢结构装配式住宅的研发设计中，由于钢结构装配式住宅刚刚起步，社会资源不足，工业化程度不高。建筑设计不仅包括平面布局、空间关系、交通流线等内容，还需要根据建筑结构主体是钢结构来选择合适的三板体系，建筑保温材料以及研发建筑设计节点和做法。

通过对样板楼的研发和建设，我公司获取了装配式钢结构住宅设计、加工、装配、施工等相关经验，形成一个钢结构装配式研发团队，对烟台钢结构装配式住宅建筑起到引领作用。并且公司依托强大的钢结构加工实力和先进技术水平以及依托样板楼的研发、建设，2017 年被评选为烟台市钢结构装配式建筑产业基地，2019 年被认定为烟台市市级企业技术中心。