裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的發(fā)展與應(yīng)用分析

高利平

【摘要】本文以住宅工程為例，以其裝配式結(jié)構(gòu)為切入點，分析其技術(shù)架構(gòu)、對其開展設(shè)計計算，探索其具體應(yīng)用，以期揭示裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑在其全程序生命周期的經(jīng)濟(jì)與節(jié)能優(yōu)勢，為建筑行業(yè)發(fā)展提供良好的作業(yè)與發(fā)展方向，提升相關(guān)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。

【關(guān)鍵詞】樓板;參數(shù);位移角

鋼結(jié)構(gòu)建筑屬性具有裝配化，適用于工業(yè)建造，在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程中具有模范作用。裝配式鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計與應(yīng)用期間，包括多個流程，具體表現(xiàn)為鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)建造、結(jié)構(gòu)應(yīng)用、結(jié)構(gòu)拆除、結(jié)構(gòu)回收等，在回收后可再次投入作業(yè)中，具有較為顯著的應(yīng)用優(yōu)勢與經(jīng)濟(jì)性。

1、工程概況

某地區(qū)住宅建筑項目中含有13棟住宅建筑，其中6棟為6層封頂，7棟為11層封頂。裝配式鋼結(jié)構(gòu)主體項目為11層封頂?shù)?0號樓，此工程主體建筑標(biāo)高數(shù)值為34.05米，建筑功能為商住兩用，其中一層二層為商業(yè)網(wǎng)點，3～11層為住宅區(qū)，住宅層高度數(shù)值為2.9米。依據(jù)項目的實際情況、裝配式建筑的各項參數(shù)需求，經(jīng)對比分析，確定裝配式鋼結(jié)構(gòu)的建筑工藝，作為住宅建設(shè)的基礎(chǔ)體系，具體配置為：矩形鋼管配置混凝土柱，梁結(jié)構(gòu)確定為H，樓板選擇鋼筋桁架與混凝土兩種材質(zhì)的疊合板，以樁承臺為基礎(chǔ)，樁配置為PHC型號、混凝土材質(zhì)的管樁，框架柱采取外包式。

本工程外墻基礎(chǔ)采取的設(shè)計理念為：針對混凝土條板施加蒸壓加氣，將其嵌入在鋼框架中，予以安裝;外墻基礎(chǔ)設(shè)計的條板具有保溫功能;內(nèi)墻材料選擇的是空心條板，借助其質(zhì)量輕便、混凝土材質(zhì)穩(wěn)定性等應(yīng)用優(yōu)勢;樓梯設(shè)計以梁式為主，工程應(yīng)將細(xì)石混凝土澆筑在薄鋼板表面。鋼框架結(jié)構(gòu)中，箱型截面的制作工藝為：采取冷彎矩形、焊接組合等方式，操作鋼管混凝土柱。箱型截面完成時，保持其內(nèi)灌強(qiáng)度為C40，形成自密實狀態(tài)的混凝土。鋼構(gòu)件材料型號為Q355B[1]。

2、結(jié)構(gòu)布置

針對矩形鋼管制作而成的混凝土材質(zhì)框架柱，具體結(jié)構(gòu)設(shè)計為：其首層柱截面應(yīng)設(shè)計為450×a，a取值為14、16;標(biāo)準(zhǔn)層柱截面設(shè)計為400×b，b取值為10、12、14;框架梁截面設(shè)計為H400×200×c，其中c規(guī)格有三種，即6×12、6×14、10×25。

3、裝配式材料選擇與具體應(yīng)用

3.1樓板選擇

依據(jù)裝配式相關(guān)建筑標(biāo)準(zhǔn)，裝配式樓板在建筑期間較為關(guān)鍵，其直接影響著裝配效率。通常情況下，標(biāo)準(zhǔn)化鋼結(jié)構(gòu)的裝配方式為配套裝配，樓板類型有鋼板混凝土組合式、鋼筋桁架承載能力較強(qiáng)的樓板、預(yù)應(yīng)力空心輕便型板、混凝土復(fù)合疊加板、輕鋼架構(gòu)式、蒸壓加氣制作而成的混凝土式樓板等。綜合考量建筑各項參數(shù)的建筑需求，具體表現(xiàn)為標(biāo)高與抗震能力、樓板跨度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、住宅應(yīng)用功能、防火標(biāo)準(zhǔn)、防銹要求、工程所在區(qū)域的實際裝配式工藝能力、各類材料的供應(yīng)情況等，確定的樓板為：鋼筋桁架（承載性能佳）、混凝土材質(zhì)（穩(wěn)定性強(qiáng)）、復(fù)合疊加結(jié)構(gòu)（應(yīng)用性強(qiáng)）。

3.2樓板設(shè)計

工程中確定樓板為桁架混凝土復(fù)合式，復(fù)合疊加樓板的厚度數(shù)值為140毫米，其中預(yù)制底板厚度數(shù)值為60毫米，現(xiàn)澆疊加層后續(xù)為80毫米。鋼筋桁架物理高度數(shù)值為100毫米，寬度數(shù)值設(shè)計為100毫米，節(jié)間距設(shè)計為20毫米。參考桁架平行實際受力情況，以及在垂直方向受力時，桁架間距設(shè)計為500毫米，邊距應(yīng)控制在250毫米以內(nèi)，以此確定TD、GTD兩種形式的板。GTD板應(yīng)用期間，其板跨控制在2米，如若板跨大于2米，應(yīng)結(jié)合TD板予以使用，將TD板作為臨時支撐。衛(wèi)生間位置復(fù)合板設(shè)計為60毫米，預(yù)制板厚度不予調(diào)整，達(dá)成局部降板的設(shè)計目標(biāo)。樓板混凝土設(shè)計的強(qiáng)度等級應(yīng)為C30。

本工程中應(yīng)用的復(fù)合式樓板，在應(yīng)用期間，依據(jù)單向板設(shè)計需求，采取預(yù)制板密集型排列方式，在外力作用下保持鋼筋文ID能夠性能，以板端底面位置為擠出點，開展預(yù)埋件與焊接工藝，將鋼梁焊接于復(fù)合樓板端底，加強(qiáng)復(fù)合樓板的整體穩(wěn)定性，良好開展梁板節(jié)點設(shè)計，科學(xué)布設(shè)附加鋼筋，達(dá)成預(yù)制板與鋼筋設(shè)計的規(guī)范性，以此提升預(yù)制板整體制作效率，科學(xué)控制模具產(chǎn)生的耗損，為后續(xù)工程開展運(yùn)輸與吊裝提供便利條件。在優(yōu)化鋼筋使用期間，應(yīng)綜合考量鋼筋桁及其他多個位置的鋼筋使用情況，比如兩個弦鋼筋的作用。依據(jù)相關(guān)規(guī)范內(nèi)容，逐一計算校驗預(yù)制板與復(fù)合板的應(yīng)用性能，具體驗證項目有：承載力、變形能力等。

4、計算分析

4.1參數(shù)

本工程中，設(shè)計住宅使用周期為50年，基礎(chǔ)性風(fēng)壓能力為每米0.6kN，地面粗糙程度設(shè)計等級為B，基礎(chǔ)性雪壓能力為每平方米0.4kN，設(shè)計抗震防護(hù)等級為6，場地級別為Ⅱ，將地震項目作為第一組任務(wù)，工程作業(yè)區(qū)域周期值勘測結(jié)果為0.35，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的阻尼比數(shù)值為0.04。

4.2位移角

在風(fēng)荷載、地震等自然因素共同作用下，開展鋼結(jié)構(gòu)彈性位移角極限值計算與分析，依據(jù)相關(guān)規(guī)范內(nèi)容，具體表現(xiàn)為：鋼性能、對抗性能、鋼建設(shè)等產(chǎn)生的位移角規(guī)范為1/250;裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑位移角規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為1/350;鋼管混凝土柱的位移角規(guī)范性設(shè)計應(yīng)不大于1/300;風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)彈性位移控制在1/300以內(nèi);屋頂水平方向發(fā)生位移、建筑標(biāo)準(zhǔn)高度，兩者比值應(yīng)控制在1/450范圍內(nèi)，本工程此項參數(shù)設(shè)計為1/580。

本工程設(shè)計環(huán)節(jié)中，外墻安裝的條板為內(nèi)嵌式安裝形式，條板規(guī)格為蒸壓加氣，條板屬性為混凝土。借助條板的穩(wěn)定性，減少鋼框架變形事件發(fā)生，科學(xué)控制墻體承受的負(fù)面作用。在此基礎(chǔ)上，借助鋼結(jié)構(gòu)具有的住宅功能，嘗試減少其發(fā)生開裂的可能性，采取位移角有效控制具有設(shè)計必要性，本工程位移角的極限控制為1/400。

4.3整體分析

針對工程項目的整體結(jié)構(gòu)，開展PKPM計算分析流程，最小樓層在剪承兩者作用力比值中，多維度計算結(jié)果均為0.97，計算結(jié)果大于0.8，結(jié)構(gòu)周期計算比值為0.85，計算結(jié)果不大于0.9;最小剪重比值，多維度計算結(jié)果具體為0.87%、0.92%，兩者數(shù)據(jù)均大于限定數(shù)值0.8%;最大層間產(chǎn)生的位移角，多維度數(shù)值獲取為1/684、1/454，兩者數(shù)據(jù)均小于1/400，滿足位移限制不大于1/250的設(shè)計規(guī)范;最大位移比值在兩個方向的數(shù)值分別為1.02、1.35，兩個數(shù)據(jù)均小于限值1.5;最大層間位置占比數(shù)值，在兩個方向的取值分別為1.08、1.35，兩個數(shù)據(jù)均小于限值1.5。由此可知：各項數(shù)據(jù)設(shè)計均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，符合工程設(shè)計需求[2]。

結(jié)論：

綜上所述，本工程項目以裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，作為住宅建設(shè)的核心技術(shù)。在實際建設(shè)期間，綜合參考地域?qū)傩?、氣候等客觀因素，開展科學(xué)化配置分析，保障構(gòu)造工藝的科學(xué)性與合理性，促進(jìn)各項指標(biāo)的規(guī)范性，以此推動建筑產(chǎn)業(yè)的綠色穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張昭祥.裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)體系的工程應(yīng)用與分析[J].中國住宅設(shè)施，2020（05）：127-128.

[2]孟帥，王琳琳.裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的發(fā)展與應(yīng)用[J].住宅與房地產(chǎn)，2019（04）：267.