多層裝配式鋼結構住宅設計的分析

魏飛

摘? 要：作為一種工業(yè)化住宅類型，裝配式住宅具有較高的空間靈活性，比較適用于多層裝配式鋼結構住宅體系。文章根據(jù)實際，主要就多層裝配式鋼結構住宅的設計問題進行分析，以供參考。

關鍵詞：多層住宅;裝配式;鋼結構住宅;設計要點

中圖分類號：TU391? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）10-0090-02

Abstract： As a type of industrial housing， prefabricated housing has high space flexibility and is more suitable for multi-storey prefabricated steel structure housing system. According to the reality， this paper mainly analyzes the design problems of multi-storey prefabricated steel structure housing for reference.

Keywords： multi-storey housing; prefabricated; steel structure housing; design key points

當前，裝配式鋼結構住宅在國內(nèi)外都有廣泛應用。尤其是在國外，裝配式鋼結構住宅建筑中已經(jīng)占據(jù)了較大比例，逐漸形成了完整配套的住宅產(chǎn)業(yè)化體系[1]。近年來我國多層裝配式鋼結構住宅也取得了較好發(fā)展，多層裝配式鋼結構住宅的系統(tǒng)化、系統(tǒng)化特征逐漸明顯，但也存在一些問題。下面就多層裝配式鋼結構住宅的設計問題做具體分析。

1 多層裝配式鋼結構住宅的結構體系

與傳統(tǒng)住宅項目相比，多層裝配式鋼結構的設計有諸多的不同點。如，在設計傳統(tǒng)住宅項目時，設計人員需要考慮的是建筑單體的設計以及小區(qū)的規(guī)劃設計等;而在設計多層裝配式鋼結構住宅時，設計人員需要綜合考慮建筑構件的設計、生產(chǎn)、裝配等問題。因此，在進行多層裝配式鋼結構住宅的設計時，設計人員需掌握多層裝配式鋼結構住宅的結構體系特征，在此基礎上遵循一定原則，確保設計的系統(tǒng)性、科學性[2]。

以多層裝配式鋼結構住宅的構成為分類標準，可將整個建筑結構分為內(nèi)裝系統(tǒng)、外圍護系統(tǒng)、模塊化部品系統(tǒng)以及結構系統(tǒng)等。將建筑的結構系統(tǒng)進行細分，可將其劃分為樓板、梁柱、樓梯等幾大體系。在這幾大體系中，梁柱體系又分為方鋼管混凝土組合異柱性結構、矩形鋼管混凝土柱、高頻焊接矩形鋼管柱等。樓板體系又分為全預制累、半現(xiàn)澆類兩種。外圍護系統(tǒng)可分為現(xiàn)場組裝骨架類、預制墻板類、建筑幕墻類等[3]。在進行多層裝配式鋼結構的設計時，必須遵循一定的結構體系，以保證整個建筑結構的系統(tǒng)性。具體如，在設計衛(wèi)生間時，設計人員應綜合考慮到結構體系中各系統(tǒng)之間的組裝，考慮衛(wèi)生間的設計會對整個建筑產(chǎn)生怎樣的影響。

2 多層裝配式鋼結構住宅的設計要點

2.1 模數(shù)化設計

在傳統(tǒng)建筑的多個領域中，模數(shù)化設計已經(jīng)取得了相對廣泛的應用。如傳統(tǒng)建筑中的門窗構件、開間進深、柱網(wǎng)、軸線等，多是采用模數(shù)化設計。與其他的設計技術相比，模數(shù)的設計要求更嚴格、更深入、更全面[4]。此外，在進行多層裝配式鋼結構住宅的設計時，設計人員需要掌握構件生產(chǎn)尺寸的模數(shù)，了解框架結構與其他建筑材料之間的適配性等，從而確保建筑設計質(zhì)量。

2.2 戶型設計

在進行住宅建筑的設計時，常規(guī)的戶型設計無法滿足裝配式鋼結構住宅對模數(shù)化以及生產(chǎn)施工的要求，因而需要設計出適宜的戶型。隨著社會經(jīng)濟以及建筑技術的發(fā)展，我國的建筑住宅類型也更加豐富多樣，多層住宅的施工建設也越來越普遍。如與傳統(tǒng)住宅相比，多層裝配式鋼結構住宅的建筑空間的可變性、自由度等較高。且裝配式鋼結構住宅的維護系統(tǒng)與結構支撐體系相互獨立，建筑中隔墻的位置、模數(shù)等都可以根據(jù)實際情況做靈活設計與改變。除此之外，高層鋼結構與多層鋼結構的結構特征有所不同，兩者間的差異性在交通核心筒方面體現(xiàn)的更為明顯，在戶型設計上也有很多不同。具體如，在進行戶型設計時，建議設計人員注意以下幾點：

2.2.1 戶型的基準尺寸

各部分尺寸應以某個確定的模數(shù)為基準尺寸進行設計。在嚴格參照基準尺寸的基礎上，戶型中的衛(wèi)生間、廚房、主臥、客廳等的進深尺寸、開間等必須合理控制。

2.2.2 組裝靈活性

組裝的靈活度高是多層裝配式鋼結構住宅的一大特征。在進行多層裝配式鋼結構住宅設計時，應當考慮到用戶的需求以及后期組裝對靈活性的要求。如有著用戶初次購買住宅時，可能只有兩人居室的要求，但隨著家庭成員的增加，可能就會有三代同居的居住要求。因此在設計階段就應當考慮到組裝對靈活性的要求。此外，臨時構件的拆裝必須方便快捷，如外圍構件、樓梯等要滿足易安裝、易拆卸的要求。這樣不僅能有效滿足用戶的居住需要，也能有效延長戶型的生命周期，提升戶型的實用性、舒適性[5]。

2.2.3 空間利用率

受結構等因素影響，傳統(tǒng)住宅的空間利用率較低。但多層裝配式鋼結構住宅有效彌補了這一不足，大大提升了住宅的空間利用率。在進行多層裝配式鋼結構住宅的設計時，設計人員應當延續(xù)建筑的這一優(yōu)勢，充分發(fā)揮建筑在構造、結構等方面的優(yōu)勢，提升空間利用率。如在設計時，對住宅中的“副空間”做合理利用，對住宅中的儲藏室、走廊等進行改造利用等，最大程度擴大住宅中的可用面積。

2.3 節(jié)點設計

在設計節(jié)點時，應保證構件截面承載力小于節(jié)點連接的承載力，并滿足各種不同結構體系相應的剛度、強度以及延性等的要求。多層鋼結構住宅系統(tǒng)中，節(jié)點設計主要涉及到以下工作：梁梁連接的節(jié)點設計、柱腳節(jié)點設計、柱柱拼接節(jié)點設計、梁柱連接節(jié)點設計等。

在梁柱連接部位，一般常見以下三種設計方法：全螺栓節(jié)點，栓焊混合節(jié)點以及全焊接節(jié)點。上述三種連接節(jié)點，在抗震性等方面有所不同。如全焊接節(jié)點的節(jié)點剛度以及延性較好。全栓焊連接節(jié)點整體上呈現(xiàn)出一種滯回曲線，該種節(jié)點的延性較差，抗震性能也較差，當受到地震的影響時，建筑節(jié)點的承載力將受到影響而降低，因此該種節(jié)點形式一般用于非地震區(qū)多層框架。而栓焊混合節(jié)點，在衍生性、抗震性等方面較好，因此目前應用的較為廣泛[6]。在具體設計工作中，設計人員可根據(jù)實際情況做合理選擇。

2.4 樓板設計

多層鋼結構住宅的樓板，可采用鋼筋混凝土樓板和壓型銅板組合樓板。

這一類型的樓板不僅造價低，而且施工過程簡單，整體性能優(yōu)良，在建筑工程中比鋼筋混凝土樓板更為適用[7]。

2.5 柱腳設計

鋼結構的柱腳，主要是指鋼結構最下層柱構件的下端和基礎混凝土連接部分。柱腳是將最下層柱下端所受的軸力、剪力、彎矩等有效傳遞給基礎[6]。在整個鋼結構建筑中，鋼結構柱腳發(fā)揮著重要作用，因此需高度重視鋼結構柱腳的設計工作。當前，常見的鋼結構柱腳主要有以下類型：外露式柱腳、埋入式柱腳以及外包式柱腳。其中，外露式柱腳施工簡便，施工效率高，但是其的剛度、承載力、抗震性等較低，因此外露式柱腳在高層建筑、小規(guī)模鋼結構建筑中都有應用，但在多層鋼結構住宅中應用的較少。埋入式鋼結構柱腳與外露式柱腳有所不同，埋入式柱腳的承載力、抗震性等更為良好。埋入式柱腳的軸力主要是通過鋼柱腳部的底板進行傳遞;埋于混凝土中的鋼柱與混凝土間的承壓則主要傳遞剪力與彎矩。在設計時，要將鋼柱埋入基礎混凝土中的深入控制在鋼柱截面高度的2.5倍以上。為保證鋼柱結構的穩(wěn)固性，在設計時應使用一定數(shù)量的鋼筋配置在鋼柱周圍，尤其是在邊柱的周圍配置鋼筋，并適當增加混凝土的保護層厚度，以防工程在后續(xù)施工或使用過程中出現(xiàn)相關質(zhì)量問題或安全問題。對于多層鋼結構建筑，選用埋入式柱腳最為適宜。為保證整個建筑結構的穩(wěn)定性，在選擇并應用埋入式柱腳時，設計人員應根據(jù)建筑物的類型來選擇相應的柱腳連接形式，從而提升整體的設計質(zhì)量[8]。在設計外包式柱腳時，主要通過鋼柱腳部的底板將軸力傳遞給基礎，同時通過外包式構件混凝土部分來傳遞剪切力與彎矩，以此保證整個建筑結構的穩(wěn)固性。同時設計人員在設計柱腳時首先需要計算出柱腳的最大彎矩承載力以及鋼柱腳部的負擔承載力，在明確上述重要數(shù)據(jù)的基礎上再進行設計，更有利于提升柱腳設計方案的科學性與合理性。

2.6 節(jié)能設計

要想提升多層裝配式鋼結構住宅的節(jié)能性，在設計時就應做好住宅的朝向設計，而南北向設計最為適宜。在南北向房間中，冬暖夏涼，冬天有陽光射入室內(nèi)，可提升室內(nèi)溫度并因此減少對空調(diào)、煤炭等的使用;夏季可最大程度減少太陽對墻面以及室內(nèi)空間的照射，并保持通風的順暢，確保室內(nèi)溫度適宜。另外，在多層裝配式鋼結構的節(jié)能設計中，設計人員還應做好圍護結構設計，有效提升圍護結構的熱工性能，減少房間熱量的散失，以此達到節(jié)能目的。具體如，設計人員可通過控制窗墻比來改善屋面、樓地面、樓梯間、門窗等建筑圍護結構的熱工性能，以此實現(xiàn)建筑節(jié)能目標[9]。

3 結束語

綜上所述，隨著我國建筑行業(yè)的發(fā)展，多層裝配式鋼結構住宅取得了良好發(fā)展，多層裝配式鋼結構住宅的系統(tǒng)化、系統(tǒng)化特征逐漸明顯，住宅設計水平也逐步提升。但要想進一步推升多層裝配式鋼結構住宅產(chǎn)品品質(zhì)，相關單位、人員還應立足實際，繼續(xù)推進對多層裝配式鋼結構住宅的研究與探索，不斷優(yōu)化多層裝配式鋼結構住宅設計，有效提升住宅的實用性、舒適性以及綠色節(jié)能性。

參考文獻：

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