鋼結構住宅電氣設計淺談

楊春麗， 周 茜， 徐 桀

(北京維拓時代建筑設計股份有限公司，北京100025)

0 引言

國務院辦公廳2016年9月發(fā)布《關于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見》國辦發(fā)〔2016〕71號，主要內(nèi)容為推動建造方式創(chuàng)新，大力發(fā)展裝配式混凝土建筑和鋼結構建筑，不斷提高裝配式建筑在新建建筑中的比例。

北京市人民政府辦公廳2017年3月發(fā)布《關于加快發(fā)展裝配式建筑的實施意見》京政辦發(fā)〔2017〕8號，要求自2017年3月15日起，新納入本市保障性住房建設計劃的項目和新立項政府投資的新建建筑應采用裝配式建筑。

為響應國家大力發(fā)展“綠色、節(jié)能、環(huán)?！毖b配式建筑及節(jié)能減排、持續(xù)發(fā)展的要求，2017年筆者公司承接的北京豐臺某公共租賃住房項目設計中，組建了全專業(yè)課題研究組，通過對裝配式建筑技術的研究，對構件生產(chǎn)、施工裝配技術的學習考察，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)解決了各專業(yè)在產(chǎn)業(yè)化設計中遇到的主要問題，產(chǎn)業(yè)化技術方案通過了專家評審。項目目前在施，已完成了主體鋼結構及部分預制構件吊裝。本文就電氣專業(yè)一些相關產(chǎn)業(yè)化設計中的問題及解決方案進行梳理和分享，其他住宅電氣設計內(nèi)容在本文中不再贅述。

1 建筑產(chǎn)業(yè)化

1.1 項目概況

本項目位于北京市豐臺區(qū)，其中兩棟為公共租賃住房，總建筑面積6.2萬m2，地上16層，地下2層，地上主要功能為公租房，包含部分物業(yè)管理用房及便利店，地下一、二層為自行車停車庫及設備用房、物業(yè)管理用房等功能。地上為鋼框架支撐結構，地下為現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻、混凝土框架結構。

1.2 鋼結構建筑特點

建筑設計院如何在一體化集成設計鏈中轉換觀念和角色?針對公共租賃住房套內(nèi)面積較小、功能齊全的特點，在方案階段，從戶型設計開始，建筑設計師需要前置考慮解決模數(shù)化、標準化、多樣性問題，做到平面柱網(wǎng)、戶型平面，立面分隔、外輪廓等盡可能規(guī)整，結構墻體布置規(guī)整對位，以滿足產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)需求；盡可能用較少的模塊拼接組合多種形式；結合鋼結構體系簡潔、僅靠鋼框架體系承重的特點，采用大柱跨空間結構以便平面靈活布置；衛(wèi)生間、廚房盡量模數(shù)化和標準化設計，在滿足規(guī)范的前提下，控制衛(wèi)生間和廚房的面積，減少衛(wèi)生間、廚房的種類滿足產(chǎn)業(yè)化要求；另外，鋼結構構件運輸條件限制在12m以內(nèi)，從經(jīng)濟角度考慮住宅層高控制在3m以內(nèi)，一柱4層，該項目層高2.75m。公租房典型建筑戶型平面見圖1，基本滿足了上述產(chǎn)業(yè)化要求。

圖1 建筑戶型平面

1.3 鋼結構優(yōu)勢

本公租房住宅項目設計過程中，結構專業(yè)與建設方及施工方進行了技術、環(huán)保、成本、施工周期多方面多層次的綜合論證，最終采用了鋼結構住宅建筑形式。

首先，鋼結構延性好，塑形變形能力強，抗震性能明顯優(yōu)于其他結構體系；鋼材的抗拉、抗壓、抗剪強度較高，鋼結構構件截面面積小、自重輕，可降低基礎造價和節(jié)約大量資金；鋼結構僅靠鋼框架體系承重，與傳統(tǒng)住宅墻體承重相比，建筑布置可以靈活分隔，空間適應性更強，如圖2所示，為結構梁柱平面所示。

結構的主要構件墻板、鋼梁、鋼柱等都是工廠化生產(chǎn)，產(chǎn)業(yè)化程度比較高；施工階段在施工現(xiàn)場進行整體裝配，工業(yè)化、施工機械化程度高，施工速度提高，對周圍環(huán)境污染少，符合環(huán)保要求；鋼結構使用鋼材建造，其他墻板等配套構件也都是綠色材料，可回收或降解處理，降低了碳排放量，保護了生態(tài)環(huán)境；鋼結構本身減少了混凝土用量，從而減少養(yǎng)護水用量，達到節(jié)約用水的目的；鋼柱截面優(yōu)化到與墻同寬，避免露梁露柱問題，便于室內(nèi)裝修設計；作為一種綠色建筑，鋼結構建筑符合國家對建設業(yè)提出的可持續(xù)發(fā)展要求。

圖2 結構梁柱平面

2 機電管線系統(tǒng)

由于鋼結構裝配式建筑大量采用預制混凝土技術，深入了解裝配式住宅建筑結構體系和構造特點，機電管線系統(tǒng)如何在預制結構體上進行配合預留、預埋；或是采用管線分離系統(tǒng)，如何結合建筑裝飾面層的一體化集成設計就成為了機電專業(yè)產(chǎn)業(yè)化設計研究的關鍵。

在裝配式住宅建筑中，結構主體按70年使用壽命設計，滿足建筑全壽命周期的使用維護要求。采用管線分離系統(tǒng)，機電設備和管線獨立于結構主體，方便進行改建與修繕。管線可以設置于架空地板或集成吊頂內(nèi)，方案階段應進行管線綜合，保證室內(nèi)凈高要求。管線集成通常有以下幾種形式。

(1)吊頂空間管線集成:利用全吊頂內(nèi)部空間作內(nèi)保溫雙層墻體，敷設同層排水系統(tǒng)管線、采暖給水分水器系統(tǒng)管線或電氣管線、安裝燈具等。

(2)雙層墻體管線集成:如有保溫的戶間隔墻，可利用保溫內(nèi)襯墻敷設電氣管線，開關和插座。

(3)戶內(nèi)輕體隔墻:利用輕鋼龍骨墻體內(nèi)部空間敷設設備及電氣管線。

(4)架空地面管線集成:利用架空地板空間敷設給排水管線。

3 電氣產(chǎn)業(yè)化設計

3.1 內(nèi)墻板分析及管線敷設

常見內(nèi)墻板可分為兩大類:條板類和立筋類。其中條板類包括蒸壓加氣混凝土(ALC)板、陶粒圓孔板、輕質復合EPS墻板、輕質陶粒水泥內(nèi)墻隔板墻、玻璃纖維增強石膏空心條板等。立筋類包括輕鋼龍骨＋內(nèi)充巖棉、輕鋼龍骨＋CCA板(內(nèi)充泡沫混凝土)。幾種主要內(nèi)墻板類型分析比較表1所示。

常見內(nèi)墻板類型分析比較 表1

施工圖設計中，戶內(nèi)隔墻采用了86mm輕鋼龍骨復合墻體，墻體填充50mm厚巖棉，巖棉密度≥120kg/m3，滿足全產(chǎn)業(yè)化要求，可滿足電氣管線預埋要求。并對于隔聲及吊掛問題采取了改進措施，在豎向龍骨的基礎上安裝橫向龍骨，增加空氣層，提高隔聲效果。面板石膏板改成硅酸鈣板，增加吊掛力。

分戶隔墻采用了200mm蒸壓加氣混凝土ALC條板，隔聲接近50dB，滿足分戶墻45dB隔聲要求，隔聲性能好，抗沖擊性能好。墻體與鋼梁同寬，室內(nèi)不露梁，便于內(nèi)裝設計。但是電氣管線不能實現(xiàn)預埋。設計中采用樹脂螺栓和輕鋼龍骨形成結構墻體與裝飾面層雙墻體系，通過調(diào)節(jié)樹脂螺栓高度和選擇合適輕鋼龍骨，對墻面厚度進行控制，外掛石膏板，實現(xiàn)管線與結構墻體分離，分戶墻雙墻節(jié)點如圖3。考慮到戶型面積較小，裝修面層到結構墻體厚度控制在50mm。

圖3 分戶墻與鋼梁節(jié)點構造

3.2 外圍護墻板分析及管線敷設

常見外墻板分為兩大類:條板類和大板類。條板類也就是蒸壓砂加氣混凝土條板(ALC板)＋保溫裝飾一體板；大板類又分為太空板和預制夾心外墻板。分析比較見表2。

常見內(nèi)墻板類型分析比較表2

項目設計采用了保溫裝飾一體板作為保溫以及外墻裝飾材料，采用外墻外保溫，保溫材料選用75mm厚巖棉帶，密度≥140kg/m3。一體板面板采用8mm厚高密度無機纖維板，面板表面涂料。

3.3 樓板分析及管線敷設

常見樓板類型有:壓型鋼板、現(xiàn)澆樓板、可拆卸鋼筋桁架樓承板、疊合樓板、ALC樓板等，分析比較見表3。

常見內(nèi)墻板類型分析比較 表3

可拆卸式鋼筋桁架樓承板在本公租房項目中得到應用，現(xiàn)場電氣管線施工如圖4所示。

圖4 可拆卸式鋼筋桁架樓承板管線施工

3.4 常見疊合樓板問題及解決措施

裝配式住宅項目常見采用疊合樓板形式，疊合板由下部預制層與上部后澆層組合而成，預制層厚度一般為60mm或70mm，上部后澆層厚度由計算確定。一般情況結構設計預制混凝土疊合樓板厚度130mm，預制層厚度為60mm，后澆層厚度為70mm，如圖5所示。

圖5 疊合樓板及桁架鋼筋詳圖

由于預制板構件本身限制，強弱電專業(yè)管線均需布置在后澆層，在進行電氣管線敷設施工時經(jīng)常遇到2～3層管線交叉情況，由于后澆層厚度較薄，導致后澆混凝土保護層局部凸起不平整或不能覆蓋上弦鋼筋，如果選擇增加后澆層厚度，可以解決部分管線交叉問題，但會增加成本，并降低層高，需謹慎綜合考慮。

首先，在設計和施工階段應對照明、插座、弱電插座等電氣管線進行綜合優(yōu)化設計，合理布置管線走向，盡量減少交叉。其次，由電氣管井引至戶內(nèi)配電箱、弱電箱的入戶管線管徑較大，且配出管線較多，會出現(xiàn)集中管線交叉，應盡量避免強電、弱電箱在同一位置。另外，強、弱電箱通常布置在入戶玄關區(qū)域，且靠近電氣管井，局部區(qū)域可采用現(xiàn)澆樓板處理。某項目疊合樓板現(xiàn)場管線施工如圖6所示。

圖6 疊合樓板管線施工

3.5 預制構件的電氣深化設計

在裝配式住宅設計中，還有一些不易實現(xiàn)管線分離的情況。預制構件在工廠生產(chǎn)加工時，對于需要預埋在預制構件內(nèi)的電氣管線應進行標準化和模塊化深化設計，所有強電、弱電點位、配管等應詳細精確定位集成到預制構件中，一旦預制構件生產(chǎn)加工和安裝完成后，強弱電點位更換將非常困難，并且在預制構件上剔槽、開洞不被允許。

另外，設計應更加精細化，特別注意相同尺寸廚房或臥室，盡量保持電氣設備設置的一致性，減少裝配式構件模板的種類數(shù)量；分戶墻兩側暗裝電氣設備不應連通設置，相鄰兩個鏡像戶型間墻上設備的留洞應避免出現(xiàn)重疊；隔墻內(nèi)預留有電氣設備時，還應采取有效措施滿足隔聲及防水要求。

最后，預制構件與現(xiàn)澆混凝土在施工接駁時，還應考慮預制構件后續(xù)與現(xiàn)澆部分管線施工的接駁，預制板墻體下部設計應預留操作安裝空間，參見圖7。

圖7 預制構件預留接駁示意

4 產(chǎn)業(yè)化裝修與整體衛(wèi)浴

該項目設計階段采用了整體廚房整體衛(wèi)浴設計，施工設計階段僅衛(wèi)生間采用了整體衛(wèi)浴系統(tǒng)。采用工業(yè)化整體衛(wèi)浴代替?zhèn)鹘y(tǒng)衛(wèi)浴裝修，由于采用干式施工，不受季節(jié)影響，比傳統(tǒng)濕作業(yè)裝修周期縮短；排水盤和整體墻板的拼裝工藝保證了永不漏水，無噪音，節(jié)能環(huán)保。

整體衛(wèi)浴電氣設計需在衛(wèi)生間外墻上預留安裝照明、排氣扇三聯(lián)開關，并在衛(wèi)生間投影正上方預留接線盒，整體衛(wèi)浴內(nèi)各電器設備，由衛(wèi)浴供方負責與預留接線盒電源對接；整體衛(wèi)浴所有電氣回路應設置漏電保護；在整體衛(wèi)浴土建墻面應預留LEB端子板，預留4mm2等電位連接線。

該項目設計層高2 750mm，結構樓板厚度為120mm，架空樓板高度 90mm，衛(wèi)生間吊頂高度250mm，衛(wèi)生間凈高僅為2 290mm，衛(wèi)生間未做降板處理，也沒有采用同層排水，較為遺憾。該項目典型戶型整體衛(wèi)浴設計如圖8所示。

圖8 戶型整體衛(wèi)浴

5 防雷接地設計

裝配式鋼結構住宅建筑的防雷接地設計，應充分利用鋼結構本身作為防雷引下線和接地裝置；預制外墻板的鋼筋網(wǎng)與連接件應采用焊接連接，外墻金屬管道、金屬窗框、外墻板的鋼筋網(wǎng)、連接件、鋼結構之間應形成通路；此外，鋼結構住宅更加便于利用鋼結構進行總等電位聯(lián)結；防雷接地與交流工作接地、安全保護接地等共用鋼結構作為自然接地體；其他符合現(xiàn)行國家標準GB 50057-2010《建筑物防雷設計規(guī)范》的有關要求即可。

6 結束語

通過該公租房項目的設計實踐，配合內(nèi)裝設計和現(xiàn)場施工的過程中，在裝配式鋼結構住宅設計上積累了一些電氣產(chǎn)業(yè)化設計經(jīng)驗，較好的實現(xiàn)了分離機電管線系統(tǒng)的理念；同時感覺分離電氣配管施工與傳統(tǒng)施工差別不大，不需預制，標準化和模塊化程度不高、裝配率不高、效率不高，裝配式建筑的電氣產(chǎn)業(yè)化水平尚需提高。

綜合鋼結構豎向結構的可靠性、安全性和抗震性，以及成熟的連接工藝，與輕質復合墻板相匹配，裝配式鋼結構建筑是最具有創(chuàng)新優(yōu)勢與推廣價值的建筑體系。