淺談現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅的建筑設(shè)計(jì)

牟永花

（煙臺(tái)飛龍集團(tuán)有限公司，山東 煙臺(tái)264000）

近年來，隨著社會(huì)老齡化趨勢(shì)加速，青壯年勞動(dòng)力的供給日益緊缺，建筑工人數(shù)量不足的現(xiàn)象日益顯現(xiàn)。國(guó)家提出供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革，號(hào)召大力發(fā)展裝配式建筑。在這一形勢(shì)下，各地召開裝配式建筑的研討會(huì)頻繁召開，讓我們看到全國(guó)各地先鋒企業(yè)都在響應(yīng)國(guó)家裝配化建筑的號(hào)召，躍躍欲試地想擠進(jìn)裝配式建筑的前沿，開始嘗試裝配式住宅的設(shè)計(jì)和建造，甚至有早起步的企業(yè)為裝配式住宅建筑研發(fā)出新的結(jié)構(gòu)體系。如：浙江杭蕭鋼構(gòu)的鋼管束體系和湖南遠(yuǎn)大集團(tuán)的節(jié)點(diǎn)斜撐加強(qiáng)型鋼框架結(jié)構(gòu)體系等。

根據(jù)我公司的鋼結(jié)構(gòu)加工、制造優(yōu)勢(shì)，領(lǐng)導(dǎo)層做出嘗試鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅的設(shè)計(jì)與建造。研發(fā)飛龍鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅體系并建造三層（一層、標(biāo)準(zhǔn)層和頂層）樣板樓供上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)及專家參觀、指導(dǎo)，達(dá)到展示飛龍集團(tuán)引領(lǐng)本地行業(yè)的技術(shù)水平和發(fā)揮龍頭精神的目標(biāo)。

公司決定由我負(fù)責(zé)鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅樣板樓的設(shè)計(jì)，由清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司派人指導(dǎo)。

樣板樓項(xiàng)目是是代表18 層以下鋼結(jié)構(gòu)住宅樓的樣板樓。在這棟鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅樣板樓的設(shè)計(jì)中，我獲得了以下設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)。

1 結(jié)構(gòu)體系的選擇

研發(fā)一種新的結(jié)構(gòu)體系，不僅需要時(shí)間，也需要研發(fā)人員和資金的投入。一種新的結(jié)構(gòu)體系用于實(shí)際工程需要走專家論證程序，并且圖審機(jī)構(gòu)、政府監(jiān)督部門和施工監(jiān)理方都沒有可依據(jù)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)行起來很難。再根據(jù)我公司的情況，樣板樓選擇采用了現(xiàn)有的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)可依據(jù)的結(jié)構(gòu)體系：無支撐鋼框架結(jié)構(gòu)。

樣板樓的重點(diǎn)不在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而在于建筑設(shè)計(jì)。整合現(xiàn)有社會(huì)資源，選擇好三板體系，設(shè)計(jì)一棟可用于民用住宅建筑，也可用于大型公共服務(wù)建筑，裝配率接近100%，舒適度更好的綠色、環(huán)保、節(jié)能、低耗的建筑成為此次設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。

2 樓面板、屋面板的選擇

2.1 根據(jù)《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，為了加強(qiáng)建筑的抗震整體性，宜采用壓型鋼板現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓板、現(xiàn)澆鋼筋桁架混凝土樓板或現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，并且樓板應(yīng)與鋼梁有可靠連接。

2.2 煙臺(tái)屬于抗震7 度區(qū)，規(guī)范還規(guī)定：6、7 度時(shí)房屋高度不超過50 米的高層民用建筑，可采用裝配整體式鋼筋混凝土樓板，也就是現(xiàn)在各城市近期發(fā)展起來的桁架鋼筋混凝土疊合板，也可采用裝配式樓板或其他輕型樓蓋。設(shè)計(jì)中應(yīng)有措施保證樓板的整體性。

2.3 輕型樓蓋主要用于工業(yè)建筑和臨時(shí)建筑，對(duì)于百年住宅樓不適用，首先排除。

2.4 介于以下原因，樣板樓樓蓋選擇桁架鋼筋混凝土疊合板。采用疊合樓板，在工廠預(yù)制60 厚預(yù)制板做模板，現(xiàn)場(chǎng)電氣走管及上層鋼筋完成后澆筑60 厚或者90 厚混凝土。

2.4.1 吸取滄州大元集團(tuán)的施工經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)：作為住宅樓，由于層高限制，不宜采用鋼筋桁架樓承板，因?yàn)樽≌瑯堑捻斉锊坏蹴敚绻捎娩摻铊旒軜浅邪迦鐖D1，混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，底模板（0.5mm厚鍍鋅板）需要拆除，不拆除頂棚就無法做到大眾認(rèn)可的傳統(tǒng)住宅頂棚裝飾做法：刮膩?zhàn)?、刷涂料。拆除的話不僅非常耗費(fèi)人工，還會(huì)使得涂料頂棚使用幾年后返銹點(diǎn)，如圖2。滄州大元集團(tuán)的經(jīng)驗(yàn)告訴我們：鋼筋桁架樓承板不適合用于住宅建筑。

圖1

2.4.2 我公司將要開發(fā)的飛龍金灘，政府文件要求其預(yù)制率不小于20%，就需要選擇水平構(gòu)件預(yù)制和樓梯預(yù)制。樣板樓可先做實(shí)驗(yàn)，把成熟的疊合板施工經(jīng)驗(yàn)用于飛龍金灘。

2.4.3 萬科集團(tuán)在煙臺(tái)首推的裝配式住宅（翡翠公園）的樓板也選擇了桁架鋼筋混凝土疊合板。但采用的單向預(yù)制板設(shè)計(jì)（如圖2左所示），施工人員反映：板縫與板縫之間的縫隙不好處理，經(jīng)過一個(gè)夏冬循環(huán)季節(jié)后會(huì)有裂縫。因此，吸取萬科集團(tuán)的經(jīng)驗(yàn)，樣板樓采用雙向預(yù)制板設(shè)計(jì)，板與板之間留300 寬左右的后澆帶。在樣板樓工程和公司后續(xù)開發(fā)的飛龍金灘小區(qū)得到很好的效果。如圖2右所示。

2.4.4 煙臺(tái)混凝土預(yù)制廠有兩家，其中一家預(yù)制廠與樣板樓的建設(shè)地點(diǎn)很近，可以減少運(yùn)費(fèi)。

采用桁架鋼筋混凝土疊合板的好處主要有以下兩點(diǎn)：a.疊合板預(yù)制部分的質(zhì)量因在工廠制作，比現(xiàn)場(chǎng)澆筑的混凝土質(zhì)量好。b.疊合板用于鋼框架結(jié)構(gòu)上，可將施工支架直接擱置于鋼梁下翼緣，節(jié)省傳統(tǒng)的鋼管滿堂腳手架、現(xiàn)場(chǎng)模板的材料和人工的安拆費(fèi)。還可實(shí)現(xiàn)三層樓板施工作業(yè)的快速交叉施工，縮短施工工期。

圖3

3 外墻板的選擇

外墻板的選擇很重要，既要能適應(yīng)鋼框架在水平荷載作用下比混凝土結(jié)構(gòu)較大的變形，同時(shí)還要滿足抗凍融、耐火、保溫、隔聲、防水、環(huán)保等建筑使用功能。

經(jīng)過考察和對(duì)比多家外墻板材，選用ECP 擠出成型水泥板。它是以水泥、纖維以及硅質(zhì)材料為主要原料，通過真空高壓擠出成型設(shè)備制造生產(chǎn)出來，然后通過高溫高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)而成的新型水泥板，該板材在日本建筑界也是很受歡迎的。

ECP 擠出成型水泥板，用于樣板樓工程工廠一次成型，現(xiàn)場(chǎng)安裝成活，做成免刷外墻涂料，美觀、持久的清水混凝土外墻面。不僅可以滿足樣板樓裝配率的要求，還可降低樣板樓生命周期內(nèi)成本。它強(qiáng)度高，性能穩(wěn)定，表面吸水率低，是一種具有中空結(jié)構(gòu)的隔聲板材，不含石棉、甲醛，且放射量低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)10 倍的綠色環(huán)保制品。平板與條紋板的配合使用還能達(dá)到外立面變化、整齊、干凈的美觀效果。

圖4

在這種墻板的設(shè)計(jì)與使用過程中，我獲得了以下施工經(jīng)驗(yàn)：

3.1 現(xiàn)場(chǎng)焊接骨架比較費(fèi)人工，當(dāng)有足夠的經(jīng)驗(yàn)和加工精度時(shí)，應(yīng)把連接外墻板的骨架與鋼框架一同在車間做好。

3.2 板與骨架之間采用Z 型件連接，Z 型件的開孔位置需要施工前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師根據(jù)計(jì)算調(diào)節(jié)位置。

4 樓梯的選擇

要滿足樣板樓接近100%裝配率的要求，有鋼結(jié)構(gòu)樓梯和預(yù)制樓梯兩種選擇，考慮到用于住宅，并且城市中高層住宅數(shù)量居多，平時(shí)使用電梯，樓梯只做疏散要求，可以做成清水混凝土樓梯。所以樣板樓采用混凝土預(yù)制樓梯形式。

在工程上采用預(yù)制樓梯比現(xiàn)澆混凝土樓梯更具有優(yōu)勢(shì)：

4.1 現(xiàn)澆樓梯在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)支模和加工鋼筋都很費(fèi)勁，而預(yù)制樓梯變現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)為工廠作業(yè)，提高了施工質(zhì)量，降低了人工費(fèi)制造費(fèi)用。

4.2 預(yù)制樓梯做成清水混凝土不僅具有干凈、整潔的建筑外表，在結(jié)構(gòu)方面比現(xiàn)澆混凝土跟符合樓梯抗震設(shè)計(jì)理念。

5 內(nèi)隔墻板的選擇

根據(jù)本地現(xiàn)有資源，內(nèi)墻部分采用硫氧鎂水泥制成的中空水泥條板，部分采用ALC 蒸壓輕質(zhì)混凝土加氣條板，部分采用FPB 輕質(zhì)隔墻條板，三種墻板都為工廠制作完成，現(xiàn)場(chǎng)卡具安裝固定，內(nèi)飾面不需抹灰，直接粘貼網(wǎng)格布、刮膩?zhàn)映苫?。輕質(zhì)隔墻條板強(qiáng)度適中，安裝方便，裝配化率高，并且滿足住宅內(nèi)隔墻所需要的隔聲要求。樣板樓上采用了這三種內(nèi)墻板做實(shí)驗(yàn)，如果以后的工程需要提高裝配率的話，我們可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用。

6 保溫板

主墻面采用外墻板內(nèi)安裝A 級(jí)150 厚MUEC 無機(jī)保溫板（膠粉聚苯顆粒）的做法，將保溫放置于外墻板與內(nèi)隔墻板之間，解決了外墻保溫耐久性的問題。MUEC 無機(jī)保溫板具有安全不燃、節(jié)能環(huán)保、高效隔音的特性。

冷橋部位保溫采用STP 真空保溫板。鋼梁、鋼柱及混凝土樓板的側(cè)面等熱橋部位均采用真空保溫板保溫。STP 真空保溫板，不燃材料，無毒無味，綠色環(huán)保，具有高效的保溫、隔熱性能。工廠制作完成后，采用專用抹面膠漿將STP 保溫板粘貼于平面上，然后采用塑料螺釘固定。

7 鋼柱、鋼梁防火

采用性能穩(wěn)定、持久可靠、安全性好，施工時(shí)不污染環(huán)境且在高溫下也無有害氣體揮發(fā)的包封法。

8 樣板樓施工完后，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算的裝配率數(shù)據(jù)如表1。

表1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)體系（裝配率一覽表）

在樣板樓的設(shè)計(jì)工作中，我負(fù)責(zé)建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與機(jī)電專業(yè)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，解決了各專業(yè)之間因技術(shù)錯(cuò)誤和缺少溝通帶來的諸多問題，避免了二次施工，大大減少了返工，使得工程施工順利實(shí)施。從而減少了人力、物力的浪費(fèi)，縮短工期，提高了工程管理綜合水平。

總之，在現(xiàn)階段的鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅的研發(fā)設(shè)計(jì)中，由于鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅剛剛起步，社會(huì)資源不足，工業(yè)化程度不高。建筑設(shè)計(jì)不僅包括平面布局、空間關(guān)系、交通流線等內(nèi)容，還需要根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)主體是鋼結(jié)構(gòu)來選擇合適的三板體系，建筑保溫材料以及研發(fā)建筑設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)和做法。

通過對(duì)樣板樓的研發(fā)和建設(shè)，我公司獲取了裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)、加工、裝配、施工等相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，形成一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)裝配式研發(fā)團(tuán)隊(duì)，對(duì)煙臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑起到引領(lǐng)作用。并且公司依托強(qiáng)大的鋼結(jié)構(gòu)加工實(shí)力和先進(jìn)技術(shù)水平以及依托樣板樓的研發(fā)、建設(shè)，2017 年被評(píng)選為煙臺(tái)市鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑產(chǎn)業(yè)基地，2019 年被認(rèn)定為煙臺(tái)市市級(jí)企業(yè)技術(shù)中心。