装配式钢结构住宅体系的发展与应用分析

高利平

【摘要】本文以住宅工程为例，以其装配式结构为切入点，分析其技术架构、对其开展设计计算，探索其具体应用，以期揭示装配式钢结构住宅建筑在其全程序生命周期的经济与节能优势，为建筑行业发展提供良好的作业与发展方向，提升相关行业的经济收益。

【关键词】楼板;参数;位移角

钢结构建筑属性具有装配化，适用于工业建造，在产业化发展进程中具有模范作用。装配式钢结构在设计与应用期间，包括多个流程，具体表现为钢结构生产、结构建造、结构应用、结构拆除、结构回收等，在回收后可再次投入作业中，具有较为显著的应用优势与经济性。

1、工程概况

某地区住宅建筑项目中含有13栋住宅建筑，其中6栋为6层封顶，7栋为11层封顶。装配式钢结构主体项目为11层封顶的30号楼，此工程主体建筑标高数值为34.05米，建筑功能为商住两用，其中一层二层为商业网点，3～11层为住宅区，住宅层高度数值为2.9米。依据项目的实际情况、装配式建筑的各项参数需求，经对比分析，确定装配式钢结构的建筑工艺，作为住宅建设的基础体系，具体配置为：矩形钢管配置混凝土柱，梁结构确定为H，楼板选择钢筋桁架与混凝土两种材质的叠合板，以桩承台为基础，桩配置为PHC型号、混凝土材质的管桩，框架柱采取外包式。

本工程外墙基础采取的设计理念为：针对混凝土条板施加蒸压加气，将其嵌入在钢框架中，予以安装;外墙基础设计的条板具有保温功能;内墙材料选择的是空心条板，借助其质量轻便、混凝土材质稳定性等应用优势;楼梯设计以梁式为主，工程应将细石混凝土浇筑在薄钢板表面。钢框架结构中，箱型截面的制作工艺为：采取冷弯矩形、焊接组合等方式，操作钢管混凝土柱。箱型截面完成时，保持其内灌强度为C40，形成自密实状态的混凝土。钢构件材料型号为Q355B[1]。

2、结构布置

针对矩形钢管制作而成的混凝土材质框架柱，具体结构设计为：其首层柱截面应设计为450×a，a取值为14、16;标准层柱截面设计为400×b，b取值为10、12、14;框架梁截面设计为H400×200×c，其中c规格有三种，即6×12、6×14、10×25。

3、装配式材料选择与具体应用

3.1楼板选择

依据装配式相关建筑标准，装配式楼板在建筑期间较为关键，其直接影响着装配效率。通常情况下，标准化钢结构的装配方式为配套装配，楼板类型有钢板混凝土组合式、钢筋桁架承载能力较强的楼板、预应力空心轻便型板、混凝土复合叠加板、轻钢架构式、蒸压加气制作而成的混凝土式楼板等。综合考量建筑各项参数的建筑需求，具体表现为标高与抗震能力、楼板跨度设计标准、住宅应用功能、防火标准、防锈要求、工程所在区域的实际装配式工艺能力、各类材料的供应情况等，确定的楼板为：钢筋桁架（承载性能佳）、混凝土材质（稳定性强）、复合叠加结构（应用性强）。

3.2楼板设计

工程中确定楼板为桁架混凝土复合式，复合叠加楼板的厚度数值为140毫米，其中预制底板厚度数值为60毫米，现浇叠加层后续为80毫米。钢筋桁架物理高度数值为100毫米，宽度数值设计为100毫米，节间距设计为20毫米。参考桁架平行实际受力情况，以及在垂直方向受力时，桁架间距设计为500毫米，边距应控制在250毫米以内，以此确定TD、GTD两种形式的板。GTD板应用期间，其板跨控制在2米，如若板跨大于2米，应结合TD板予以使用，将TD板作为临时支撑。卫生间位置复合板设计为60毫米，预制板厚度不予调整，达成局部降板的设计目标。楼板混凝土设计的强度等级应为C30。

本工程中应用的复合式楼板，在应用期间，依据单向板设计需求，采取预制板密集型排列方式，在外力作用下保持钢筋文ID能够性能，以板端底面位置为挤出点，开展预埋件与焊接工艺，将钢梁焊接于复合楼板端底，加强复合楼板的整体稳定性，良好开展梁板节点设计，科学布设附加钢筋，达成预制板与钢筋设计的规范性，以此提升预制板整体制作效率，科学控制模具产生的耗损，为后续工程开展运输与吊装提供便利条件。在优化钢筋使用期间，应综合考量钢筋桁及其他多个位置的钢筋使用情况，比如两个弦钢筋的作用。依据相关规范内容，逐一计算校验预制板与复合板的应用性能，具体验证项目有：承载力、变形能力等。

4、计算分析

4.1参数

本工程中，设计住宅使用周期为50年，基础性风压能力为每米0.6kN，地面粗糙程度设计等级为B，基础性雪压能力为每平方米0.4kN，设计抗震防护等级为6，场地级别为Ⅱ，将地震项目作为第一组任务，工程作业区域周期值勘测结果为0.35，结构产生的阻尼比数值为0.04。

4.2位移角

在风荷载、地震等自然因素共同作用下，开展钢结构弹性位移角极限值计算与分析，依据相关规范内容，具体表现为：钢性能、对抗性能、钢建设等产生的位移角规范为1/250;装配式钢结构建筑位移角规范标准为1/350;钢管混凝土柱的位移角规范性设计应不大于1/300;风荷载标准弹性位移控制在1/300以内;屋顶水平方向发生位移、建筑标准高度，兩者比值应控制在1/450范围内，本工程此项参数设计为1/580。

本工程设计环节中，外墙安装的条板为内嵌式安装形式，条板规格为蒸压加气，条板属性为混凝土。借助条板的稳定性，减少钢框架变形事件发生，科学控制墙体承受的负面作用。在此基础上，借助钢结构具有的住宅功能，尝试减少其发生开裂的可能性，采取位移角有效控制具有设计必要性，本工程位移角的极限控制为1/400。

4.3整体分析

针对工程项目的整体结构，开展PKPM计算分析流程，最小楼层在剪承两者作用力比值中，多维度计算结果均为0.97，计算结果大于0.8，结构周期计算比值为0.85，计算结果不大于0.9;最小剪重比值，多维度计算结果具体为0.87%、0.92%，两者数据均大于限定数值0.8%;最大层间产生的位移角，多维度数值获取为1/684、1/454，两者数据均小于1/400，满足位移限制不大于1/250的设计规范;最大位移比值在两个方向的数值分别为1.02、1.35，两个数据均小于限值1.5;最大层间位置占比数值，在两个方向的取值分别为1.08、1.35，两个数据均小于限值1.5。由此可知：各项数据设计均在标准范围内，符合工程设计需求[2]。

结论：

综上所述，本工程项目以装配式钢结构设计理念，作为住宅建设的核心技术。在实际建设期间，综合参考地域属性、气候等客观因素，开展科学化配置分析，保障构造工艺的科学性与合理性，促进各项指标的规范性，以此推动建筑产业的绿色稳定发展。

参考文献：

[1]张昭祥.装配式钢结构住宅技术体系的工程应用与分析[J].中国住宅设施，2020（05）：127-128.

[2]孟帅，王琳琳.装配式钢结构住宅体系的发展与应用[J].住宅与房地产，2019（04）：267.