裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅電氣設(shè)計(jì)

王遠(yuǎn)方

（愿景集團(tuán)）

1 引言

目前鋼結(jié)構(gòu)建筑在世界上已經(jīng)普遍得到應(yīng)用，全世界101 棟超高層建筑中，純鋼結(jié)構(gòu)的有59 棟，同時(shí)國外60%以上的高檔住宅都采用了鋼結(jié)構(gòu)，而在我國還不足5%.差距非常明顯。但隨著我國人民整體生活水平的提高，對住宅質(zhì)量、品質(zhì)的要求也會(huì)提高。

例如北京金宸公寓已被列為建設(shè)部住宅鋼結(jié)構(gòu)體系示范工程，鋼結(jié)構(gòu)住宅工業(yè)化加工減少了工地現(xiàn)場的濕作業(yè)，施工不受季節(jié)限制速度快、噪音小、粉塵污染少、鋼鐵可回收重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，不僅能使住宅有效使用面積提高6%，還能使工程成本可以降低5%，可給用戶帶來更美妙的生活體驗(yàn)。

為了推動(dòng)建造方式創(chuàng)新和大力發(fā)展綠色節(jié)能環(huán)保的持續(xù)發(fā)展要求，國務(wù)院辦公廳于2016 年底發(fā)布了《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》國辦發(fā)[2016]71 號(hào)。筆者也有幸參與到滄州市某鋼結(jié)構(gòu)高層住宅項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，通過對裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)的研究和已建設(shè)項(xiàng)目的考察，解決了電氣專業(yè)在相關(guān)產(chǎn)業(yè)化設(shè)計(jì)中遇到的主要問題，項(xiàng)目整體產(chǎn)業(yè)化方案也通過了專家評審。現(xiàn)就電氣專業(yè)和專業(yè)間協(xié)同的一些問題和解決方法進(jìn)行梳理和分析。

2 項(xiàng)目簡介

項(xiàng)目位于河北省滄州市區(qū)西部，規(guī)劃總用地面積5.6 萬㎡，其中本棟樓為政府調(diào)控房，同時(shí)作為裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅建設(shè)試點(diǎn)項(xiàng)目。本樓總建筑面積4 萬㎡，高度80m 為一類高層建筑，地上27 層，地下3 層。其中地上首層和二層局部為商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)，3 層至27 層為住宅共260 戶，地下一、二層為自行車庫和設(shè)備用房，地下三層平時(shí)為自行車庫，戰(zhàn)時(shí)為甲類二等人員隱蔽。建筑地上為鋼管混凝土框架支撐結(jié)構(gòu)，樓板為鋼筋桁架樓承板，地下為現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，采用樁筏基礎(chǔ)。

3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)形式住宅特點(diǎn)

此次政府調(diào)控房采用裝配式鋼結(jié)構(gòu)形式是經(jīng)過了技術(shù)成熟度、建造成本、施工周期、環(huán)境保護(hù)等多因素綜合論證的結(jié)果。國內(nèi)的鋼材已經(jīng)在抗拉、抗壓、抗剪上達(dá)到了較高的性能。鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點(diǎn)在于構(gòu)件塑性和變形能力強(qiáng)，截面面積小、重量輕，可節(jié)約資料和投資造價(jià)。此外，由于主要的鋼梁、鋼柱和內(nèi)外墻板都是在工廠集中完成的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，建設(shè)階段在現(xiàn)場進(jìn)行工業(yè)化裝配，所以施工速度快且粉塵少、噪音，對周圍環(huán)境的影響較傳統(tǒng)施工方法大大降低。當(dāng)建筑使用壽命結(jié)束需要改造或拆除時(shí)，鋼構(gòu)件及其他環(huán)保材料生產(chǎn)的墻板都可回收或降解處理，符合國家對建設(shè)行業(yè)提出的可持續(xù)發(fā)展要求。

圖1 建筑標(biāo)準(zhǔn)戶型及結(jié)構(gòu)梁柱平面圖

裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的構(gòu)造明顯不同于傳統(tǒng)住宅。為滿足產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)需求，結(jié)合調(diào)控房的功能和指標(biāo)等特點(diǎn)，此次戶型設(shè)計(jì)就前置考慮了模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、靈活多樣等問題，結(jié)構(gòu)墻布置盡可能規(guī)整[1]。結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)體系僅需要依靠鋼框架體系稱重的特點(diǎn)，住宅內(nèi)各個(gè)房間依靠大跨距空間可以靈活布置并且盡量標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)戶型如下圖1 所示。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的內(nèi)、外墻及樓板的特點(diǎn)是產(chǎn)業(yè)化預(yù)制。其中，外墻板采用鋼筋混凝土外掛預(yù)制墻板，內(nèi)墻采用ALC 蒸壓輕質(zhì)混凝土預(yù)制墻板拼接，樓板采用預(yù)制鋼筋桁架疊合板樓板，梁柱均采用焊接H 型或箱型鋼構(gòu)件[2]。故此次電氣設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)住宅不同，預(yù)制內(nèi)外墻板和預(yù)制疊合板均需要將部分電氣管線和接線盒提前在工廠生產(chǎn)時(shí)就預(yù)制在構(gòu)建中并預(yù)留連接和安裝條件。建筑的鋼梁柱也需要在工廠預(yù)制時(shí)提前預(yù)留電氣管線的通道開孔，以便電氣管線能精準(zhǔn)隱蔽的穿越鋼梁柱又不破壞鋼梁的完整性。

圖2 管井與戶內(nèi)配電箱位置圖

4 電氣產(chǎn)業(yè)化主要內(nèi)容及要點(diǎn)

4.1 電氣豎井與住戶強(qiáng)、弱電箱位置選擇

為減少住宅建筑的公攤面積，本項(xiàng)目各單元的兩個(gè)住戶共用一處電氣管井，電井位置靠近住戶強(qiáng)、弱電箱。優(yōu)點(diǎn)是供電半徑短，電壓損失小，供電質(zhì)量高。井道內(nèi)部豎向管線較多，為避免預(yù)制樓板中有大量開孔的產(chǎn)生，故電井設(shè)置在預(yù)制疊合樓板范圍之外，井內(nèi)采用后澆樓板來減少預(yù)制難度。

如圖2 所示，裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的戶內(nèi)強(qiáng)、弱電箱設(shè)置原則和規(guī)范與普通住宅相同，需盡量暗裝保證美觀。由于戶內(nèi)強(qiáng)、弱電箱進(jìn)出線管較多且尺寸較大，應(yīng)盡量在玄關(guān)、起居室內(nèi)便于檢修且非預(yù)制、非承重的墻上暗裝，避免安裝在分戶承重隔墻上。經(jīng)過與建筑專業(yè)的綜合討論，最終暗裝在廚房朝玄關(guān)一側(cè)不臨爐灶的非預(yù)制墻體上，局部加厚到200mm 并在箱體背后做防潮特殊處理，選擇此處還因?yàn)榇朔浅兄貕w上方?jīng)]有鋼梁不會(huì)影響強(qiáng)、弱電箱進(jìn)出管線與水平線管的連接，兩個(gè)箱體錯(cuò)開排列保持100mm 的距離以減少線管在敷設(shè)到地面時(shí)的集中交叉。

4.2 電氣專業(yè)干線設(shè)計(jì)

項(xiàng)目戶內(nèi)配電箱自電井處引入戶的干線線纜為BV-3x16mm2的導(dǎo)線，穿線管采用SC32 焊接鋼管，外徑為42mm左右，戶內(nèi)分支線中插座回路在地面敷設(shè)時(shí)考慮與進(jìn)戶干線交叉，穿線管采用PC20 塑料管，外徑為20mm，一次交叉后高度為SC32+PC20=62mm，疊合樓板后澆層還需加上橫縱支撐采用的φ8mm鋼筋網(wǎng)和15mm 混凝土保護(hù)層，最終二次現(xiàn)澆層厚度最少需要85mm。

圖3 疊合樓板及桁架鋼筋圖

因此，如圖3 所示，因電氣進(jìn)戶管和水暖進(jìn)戶管截面較大且都只能敷設(shè)在疊合樓板的二次現(xiàn)澆層，所以裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的電氣管井需盡量貼近住戶門設(shè)置且提前規(guī)劃好各專業(yè)管線的走向，避免管線在現(xiàn)澆疊合層內(nèi)交叉。綜合建造成本及建筑效果，決定將電氣入戶干線路由區(qū)域的疊合樓板后澆層厚度增至90mm，疊合樓板總體厚度為150mm，可以解決管線交叉問題，但會(huì)造成此區(qū)域?qū)痈呓档?；住戶?nèi)部與核心筒其他區(qū)域疊合樓板由下層60mm 預(yù)制層及上部60mm 的后澆層組合而成，疊合樓板總體厚度為120mm。此外，弱電部分為光纖入戶，自電井引入戶箱一根兩芯光纖，穿線管外徑與戶內(nèi)分支線外徑相同為25mm，因此需提前規(guī)劃好強(qiáng)、弱電進(jìn)戶線路由，避免與強(qiáng)電進(jìn)線及戶內(nèi)分支管線疊加造成三層管線交叉即可[3]。

4.3 電氣專業(yè)分支線設(shè)計(jì)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的公區(qū)及戶內(nèi)電氣設(shè)計(jì)與普通住宅基本一樣，標(biāo)準(zhǔn)層電氣平面圖如圖4 所示。

首先，各層公共區(qū)域照明配電回路水平連接，由于樓梯間為鋼結(jié)構(gòu)加鋼樓梯的設(shè)計(jì)，所以樓梯半跑平臺(tái)處的疏散指示及應(yīng)急照明電源管線需在鋼樓梯梯段下沿墻角明敷引至整跑平臺(tái)處燈具回路，采用鍍鋅鋼管敷設(shè)并涂刷防火漆。為減少電氣暗埋管線穿越鋼梁對結(jié)構(gòu)帶來的破壞，同時(shí)便于施工和檢修，公共區(qū)域照明選用自帶聲光控開關(guān)的燈具；消防感煙探測器、應(yīng)急廣播等盡量選用吸頂安裝方式；電氣豎井內(nèi)的管線盡量采選明敷方式。

圖4 電氣分支管線設(shè)計(jì)

其次，戶內(nèi)強(qiáng)、弱電箱選擇放置在非預(yù)制、非承重的墻面，故與普通住宅相同，箱體進(jìn)出的豎向管線不受預(yù)制構(gòu)件影響。雖然墻體是二次澆注的輕墻，但要盡量將進(jìn)出線集中敷設(shè)以方便豎向與水平疊合板后澆層中管線的銜接。戶內(nèi)照明、插座及網(wǎng)絡(luò)等分支線管采用PC20 或PC25 的塑料管敷設(shè)，因預(yù)制疊合樓板后澆層厚度較薄，所以照明、插座等末端點(diǎn)位在設(shè)計(jì)時(shí)要綜合布置并優(yōu)化管線路由，減少線管交叉次數(shù)，線管總管徑厚度不應(yīng)大于疊合層或墊層的1/2，且暗敷時(shí)保護(hù)層厚度不小于15mm。

4.4 末端點(diǎn)位預(yù)留和管線銜接

裝配式住宅普遍采用精裝修交房，故戶內(nèi)照明燈具、插座及控制開關(guān)點(diǎn)位是按精裝修標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)并滿足產(chǎn)業(yè)化要求。住宅內(nèi)墻板采用蒸壓加氣混凝土ALC 預(yù)制板，優(yōu)點(diǎn)是板內(nèi)有雙層鋼筋網(wǎng)，重量輕并且強(qiáng)度高，缺點(diǎn)是不能實(shí)現(xiàn)照明開關(guān)、強(qiáng)弱電插座等分支線管及接線盒的預(yù)留預(yù)埋，需要在現(xiàn)場剔槽施工，雖會(huì)造成粉塵，但管線施工銜接方便靈活，便于日后二次改造裝修。本次安裝強(qiáng)、弱電末端插座接線盒便采用現(xiàn)場剔槽施工，線盒開槽深度為50mm，注意ALC內(nèi)墻板需雙面接線盒開槽時(shí)，應(yīng)錯(cuò)開位置避免墻面被打通。如圖5 所示，照明回路線管敷設(shè)在鋼筋桁架疊合樓板的二次澆注層中，故預(yù)留燈具接線盒時(shí)需要注意使用100mm 深的高裝燈盒，并且設(shè)計(jì)時(shí)要提前與結(jié)構(gòu)專業(yè)溝通，在工廠預(yù)制疊合樓板時(shí)，預(yù)留燈盒位置要避開鋼筋桁架。

圖5 電氣管線穿鋼梁銜接及接線盒預(yù)留做法

此外，水平與豎向間管線的銜接也十分重要。如圖5 所示，對于公共區(qū)域的消防手報(bào)按鈕、消火栓按鈕、聲光警報(bào)燈、門上安全指示燈具等設(shè)備管線以及戶內(nèi)墻壁照明開關(guān)等管線需要與上層疊合樓板現(xiàn)澆層內(nèi)水平管線連接，此次采用在預(yù)制ALC 墻體上方與鋼梁連接處預(yù)留接線洞的方式解決。

為盡量避免豎向管線穿越鋼梁，最好選擇內(nèi)墻板一側(cè)厚出鋼梁一定寬度的墻面預(yù)留照明開關(guān)接線盒，利用鋼梁和外側(cè)石膏板中的孔隙敷設(shè)線管。如必須由頂板將管線引下至鋼梁與內(nèi)墻板同寬的墻面時(shí)，則提前與結(jié)構(gòu)專業(yè)共同確定鋼梁開孔位置和直徑，一般開孔直徑不大于鋼梁一側(cè)截面的1/2，開孔橫向排列時(shí)間距不小于100mm，并由工廠在預(yù)制鋼梁時(shí)提前預(yù)留開孔以確保鋼結(jié)構(gòu)的安全性。

5 鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑防雷接地特點(diǎn)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅和普通住宅一樣，經(jīng)過預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)計(jì)算，本項(xiàng)目按三類防雷等級(jí)設(shè)防，區(qū)別主要在于防雷接地的具體做法。

在防直擊雷方面，本項(xiàng)目在屋頂女兒墻上設(shè)置接閃帶，網(wǎng)絡(luò)不大于20mx20m 或24mx16m，防雷引下線利用建筑豎向鋼柱且間隔不大于25m，同時(shí)要求地上鋼結(jié)構(gòu)的鋼梁、鋼柱需互相緊密連接，形成電氣貫通。特殊的是，因?yàn)榈叵掳朔缹?，所以本樓采用樁筏基礎(chǔ)，樓體首層以下為現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，地上部分箱型鋼柱需在地下一層與地下部分鋼筋混凝土柱完成轉(zhuǎn)換。

圖6 鋼柱與混凝土柱轉(zhuǎn)換示意圖

如圖6 所示，地上鋼柱在首層底板處增加鋼骨混凝土插入式柱腳，插入式柱腳底部使用地腳錨栓與地下鋼筋混凝土柱相連。其中，插入式柱腳內(nèi)箱型鋼柱增加栓釘及橫向鋼筋，需與地下混凝土柱內(nèi)的豎向鋼筋綁扎并焊接，以確保轉(zhuǎn)換層的鋼骨混凝土柱內(nèi)橫向鋼筋、鋼柱上的栓釘、地下鋼筋混凝土柱內(nèi)的橫豎向鋼筋以及樁筏基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋全部貫通，才能保證屋頂接閃器、防雷引下線及基礎(chǔ)接地極之間的可靠連接。

在防側(cè)擊雷方面，樓高超過60m 需要每三層利用均壓環(huán)將外墻上的門窗、欄桿等較大的金屬物做防雷接地措施[4]。和普通住宅建筑相比，本項(xiàng)目利用每層的鋼結(jié)構(gòu)外圈梁直接作為均壓環(huán)，再用φ10mm 的圓鋼將突出外墻的金屬物的連接預(yù)埋件與鋼梁可靠焊接即可滿足防側(cè)擊雷要求。

6 結(jié)語

通過筆者的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，介紹了裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅電氣專業(yè)產(chǎn)業(yè)化及防雷接地的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望行業(yè)內(nèi)電氣設(shè)計(jì)人員在今后裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅電氣設(shè)計(jì)項(xiàng)目中能充分考慮建筑構(gòu)造特點(diǎn)，提高電氣產(chǎn)業(yè)化水平的同時(shí)為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展盡自己的一份力。