鋼結(jié)構(gòu)住宅的裝配化內(nèi)裝部品設(shè)計(jì)研究

孫億海 王李顆 周 鵬 章國超 余德蔚

1 鋼結(jié)構(gòu)住宅配套內(nèi)裝部品

鋼結(jié)構(gòu)住宅配套內(nèi)裝部品的組成如圖1所示。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)住宅配套內(nèi)裝部品組成（來源：作者自繪）

1.1 水平部品

水平部品主要指以住宅樓板為依托設(shè)計(jì)建造的地板部品和吊頂部品，其中地板部品主要包括架空地板部品與集成樓面系統(tǒng)。架空地板部品是將支撐構(gòu)件設(shè)置在結(jié)構(gòu)樓板上，并在其上鋪設(shè)襯板和地板面層，從而形成架空層。架空地板部品通過支撐構(gòu)件連接樓板與地板，不需要抹灰找平，可在工廠統(tǒng)一制造墊塊及地板承壓條等構(gòu)件，現(xiàn)場(chǎng)直接組裝，省時(shí)省力。集成樓面系統(tǒng)是在工廠預(yù)先制作好樓面結(jié)構(gòu)、管線設(shè)備以及裝飾部品，現(xiàn)場(chǎng)直接安裝鋪設(shè)。集成樓面系統(tǒng)具有較高的預(yù)制率和裝配率，采用的是全螺栓柔性連接，無腳手架施工、無模板，節(jié)省了人工和工期。吊頂部品是室內(nèi)天花板的一種裝飾，如圖2所示。輕鋼龍骨吊頂是裝配式干法施工的類型之一，具有較高的裝配化程度，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，無需任何配件，后期維護(hù)快捷方便[1]。

圖2 吊頂（來源：作者自繪）

1.2 豎向部品

鋼結(jié)構(gòu)住宅中經(jīng)常采用如輕鋼龍骨石膏板等輕質(zhì)隔墻。與普通隔墻相比，輕質(zhì)隔墻具有裝配化程度高、防火隔聲性能優(yōu)良、施工精度高以及施工速度快特點(diǎn)，同時(shí)還降低了施工材料的損耗率。裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的骨架隔墻大多是非承重墻，主要由鋼結(jié)構(gòu)主梁或桁架承受荷載[2]。因此，可以根據(jù)需求隨時(shí)拆除和變化內(nèi)隔墻，使得住宅平面更加靈活多樣。架空墻面是指將樹脂螺栓或輕鋼龍骨設(shè)置在室內(nèi)一側(cè)，外部貼石膏板材料。與普通墻體相比，架空墻面的空間內(nèi)部可以設(shè)置設(shè)備管線，避免了傳統(tǒng)裝修中的開墻布線。另外，架空墻面施工中不需要找平，不受天氣影響，具有良好的保溫隔熱效果。

1.3 模塊化部品

基于鋼結(jié)構(gòu)住宅的特點(diǎn)，模塊化設(shè)計(jì)具有較高的適宜性，可以采用模塊化整體廚房和整體衛(wèi)浴，以更好地協(xié)調(diào)廚衛(wèi)部品之間的關(guān)系，加強(qiáng)廚衛(wèi)部品的設(shè)計(jì)效果。模塊化整體廚房根據(jù)住宅戶型和使用需求來設(shè)計(jì)方案，根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在工廠預(yù)制廚房所有部品部件，包括櫥柜、灶具和抽油煙機(jī)等，然后統(tǒng)一運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。與傳統(tǒng)廚房設(shè)計(jì)相比，模塊化整體廚房可以對(duì)廚房各類部品進(jìn)行整合化處理，使平面布局更加合理高效，且具有維護(hù)方便、施工效率高以及成本低等特點(diǎn)。模塊化整體衛(wèi)浴的生產(chǎn)安裝流程與整體廚房大同小異。與傳統(tǒng)衛(wèi)浴設(shè)計(jì)相比，模塊化整體衛(wèi)浴可以做到干濕分離，避免衛(wèi)浴各功能之間的相互影響，且部品模塊化、集成化程度較高，質(zhì)量較好。

2 鋼結(jié)構(gòu)住宅裝配化內(nèi)裝設(shè)計(jì)

1.4 集成化部品

鋼結(jié)構(gòu)住宅中給排水系統(tǒng)、地暖系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)和電氣與照明系統(tǒng)等各種設(shè)備及管線的設(shè)計(jì)和排布至關(guān)重要，與住宅各項(xiàng)功能的發(fā)揮息息相關(guān)，也影響后期使用的舒適度。給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要在樓板上面或便于維修的地方設(shè)置集中接頭，以便實(shí)現(xiàn)集中給水。為避免走管時(shí)發(fā)生交叉或漏水，集中接頭到出口的配管要做到一對(duì)一設(shè)置[3]。給水管道要采用高質(zhì)量的塑料管，以便于拐角處自由彎曲。地暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以采用水電暖和電地暖。裝配化地暖是在預(yù)制好的襯板中規(guī)整、有序地敷設(shè)好地暖管道，具有安裝便捷、安全環(huán)保、升溫迅速以及節(jié)省空間等特點(diǎn)。新風(fēng)系統(tǒng)常用的類型主要有全熱交換式新風(fēng)系統(tǒng)、雙向流中央式新風(fēng)系統(tǒng)和單向流中央式新風(fēng)系統(tǒng)3種，通過設(shè)置新風(fēng)系統(tǒng)，可以調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度，清除室內(nèi)有害氣體，有利于身體健康。

2.1 基于裝配化內(nèi)裝的鋼結(jié)構(gòu)住宅標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

2.1.1 柱網(wǎng)尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)住宅平面功能和空間效果受柱網(wǎng)尺寸的限定和影響。在結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)設(shè)計(jì)過程中，要充分結(jié)合住宅平面空間，協(xié)調(diào)好柱網(wǎng)與住宅平面設(shè)計(jì)之間的關(guān)系，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)。鋼結(jié)構(gòu)住宅柱網(wǎng)尺寸選擇受到的影響較多，除平面關(guān)系外，還要考慮工程造價(jià)、使用功能、建筑布局和造型等。由于我國鋼結(jié)構(gòu)住宅起步較晚，關(guān)于柱網(wǎng)尺寸尚無明確標(biāo)準(zhǔn)。但是通過對(duì)在建和已建鋼結(jié)構(gòu)住宅項(xiàng)目的研究可以發(fā)現(xiàn)，柱網(wǎng)尺寸一般為3～12 m，以5～8 m為主。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)住宅特點(diǎn)及相關(guān)因素，最佳的柱網(wǎng)開間為6～7.8 m[4]。

2.1.2 內(nèi)裝部品的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)住宅屬于裝配式建筑，在具體設(shè)計(jì)和建造過程中，要依照國家要求的建筑模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。但是由于鋼結(jié)構(gòu)住宅配套部品并沒有實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，無法保證住宅設(shè)計(jì)與建造整體達(dá)到工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)。為了解決這一問題，鋼結(jié)構(gòu)住宅配套內(nèi)裝部品需要運(yùn)用模數(shù)協(xié)調(diào)原理，合理選擇配套部品，協(xié)調(diào)好住宅空間、柱網(wǎng)以及內(nèi)部部品三者之間的關(guān)系，以便部品安裝過程中能夠迅速定位，降低施工難度。

部品與建筑之間，要為內(nèi)部部品制定標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)模數(shù)，盡可能減少部品的生產(chǎn)種類，使得部品與鋼梁、鋼柱等建筑主體能夠順利拼裝。因此，要選擇與建筑配套且通用性較強(qiáng)的內(nèi)部部品，在設(shè)置配套內(nèi)部部品時(shí)，既要結(jié)合結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，也要結(jié)合裝修網(wǎng)格。部品與部品之間，要加強(qiáng)接口的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，統(tǒng)一部品的接口尺寸和規(guī)格，接口之間要相互匹配，而且還要方便拆分和維修。部品自身內(nèi)部，也要遵循標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，尺寸大小、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要統(tǒng)一且相互匹配。以廚房為例，該功能空間較為復(fù)雜，且使用率較高，由多種子部品組成，其中櫥柜的數(shù)量和種類較多（圖3）。為了保證子部品之間的裝配化效果，需要對(duì)櫥柜進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)于存在缺陷的櫥柜，要事先剔除，避免對(duì)整個(gè)功能空間產(chǎn)生不利影響。

圖3 櫥柜組成（來源：作者自繪）

2.1.3 住宅平面的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅體系中的構(gòu)件尺寸通常接近房間尺寸，且具有一定的模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。如果設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)角過多或形態(tài)輪廓過于復(fù)雜，就會(huì)增加鋼構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)，增加施工難度。因此在鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)設(shè)置以正交為主的墻體，簡(jiǎn)化墻體之間的位置關(guān)系，對(duì)于相鄰房間的內(nèi)墻角，角度設(shè)置應(yīng)相同。如果形態(tài)輪廓需要變化，那么也要為異形區(qū)外廓尺寸設(shè)置相應(yīng)的模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并保證能夠連接相鄰的標(biāo)準(zhǔn)墻板，避免接縫處角度發(fā)生變化。總之，要盡可能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、規(guī)整的鋼結(jié)構(gòu)住宅平面，確定尺寸時(shí)要充分考慮部品構(gòu)件的模數(shù)，以此得到良好的設(shè)計(jì)效果。

2.2 基于裝配化內(nèi)裝的鋼結(jié)構(gòu)住宅模塊化設(shè)計(jì)

2.2.1 單元尺寸的模塊化設(shè)計(jì)

不同面積段的裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)，要確定一個(gè)適宜的標(biāo)準(zhǔn)模塊，通過科學(xué)、合理的組合標(biāo)準(zhǔn)模塊，形成不同的戶型設(shè)計(jì)。根據(jù)我國出臺(tái)的《建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50002-2013）確定單元模塊基本尺寸，基于鋼結(jié)構(gòu)住宅特點(diǎn)及戶型布局要求，初步確定基本模數(shù)為300 mm（3M）。為了增強(qiáng)構(gòu)件的通用性，需圍繞基本模數(shù)以及模數(shù)的極差遞增或遞減合理設(shè)計(jì)構(gòu)件。多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)中，通常采用2種鋼柱截面尺寸，一種是300 mm×300 mm，另一種是400 mm×400 mm，最大跨度可達(dá)到12 m。綜合考慮運(yùn)輸、用鋼量等因素，基于模數(shù)化設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)單元尺寸控制在6～9 m為最佳[5]。

2.2.2 住宅功能空間的模塊化設(shè)計(jì)

在住宅功能空間模塊化設(shè)計(jì)過程中，要充分考慮居住者的實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化與人性化設(shè)計(jì)。以6 m×9 m的結(jié)構(gòu)模塊為例，模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為600 mm（6M），進(jìn)行廚房、衛(wèi)生間、臥室以及起居室等功能空間的設(shè)計(jì)。在廚房設(shè)計(jì)過程中，按照功能要求，廚房的多層級(jí)模塊系統(tǒng)可以分解成兩部分基礎(chǔ)模塊，一是水平基礎(chǔ)模塊，二是豎向基礎(chǔ)模塊。各部分模塊根據(jù)戶型要求合理重組，內(nèi)部部品的規(guī)格尺寸和形狀按照統(tǒng)一的模數(shù)進(jìn)行控制，以保證裝配效果。在衛(wèi)生間設(shè)計(jì)過程中，按照功能要求，將衛(wèi)生間模塊系統(tǒng)分解成多個(gè)基本要素模塊，根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范，通過不同的技術(shù)手段合理組合各部分模塊，以滿足實(shí)際需求。在臥室設(shè)計(jì)過程中，要充分考慮功能需求，通常主臥面積要大于次臥。在起居室設(shè)計(jì)過程中，要充分考慮會(huì)客交友、聚會(huì)以及視聽等功能。上述功能空間，其模塊化設(shè)計(jì)過程均相同。另外，餐廳、陽臺(tái)以及書房等功能空間，也要采用適宜的模塊化設(shè)計(jì)[6]。

2.2.3 基于裝配化內(nèi)裝的鋼結(jié)構(gòu)可變性設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)住宅中的內(nèi)隔墻、家裝以及管線設(shè)備等裝配化部品能夠?qū)崿F(xiàn)戶型平面的多樣化、住宅內(nèi)部空間的可變性，滿足居住者不同時(shí)期的不同需求。鋼結(jié)構(gòu)住宅的可變性設(shè)計(jì)是指根據(jù)實(shí)際需求改變戶型平面大小、空間分配以及戶型種類，其在單元套型內(nèi)或者幾個(gè)單元套型之間均可以實(shí)現(xiàn)。在具體設(shè)計(jì)過程中，需要充分考慮以下3個(gè)因素。

（1）結(jié)構(gòu)體系。為了能夠有更多可改變的空間，要盡可能進(jìn)行大空間、大跨度的設(shè)計(jì)，如6～9 m的大開間鋼框架體系、跨度可達(dá)12 m的交錯(cuò)桁架體系以及住宅內(nèi)裝部品體系。成熟的配套內(nèi)裝是實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)住宅可變性的重要保障，在保證住宅內(nèi)裝部品精度的前提下，需要加強(qiáng)各構(gòu)件之間的模數(shù)配合、構(gòu)件之間的兼容性以及互換性，以便更好地滿足居住者的實(shí)際需求。

（2）住宅外輪廓。需要充分考慮外輪廓對(duì)內(nèi)裝部品的影響，通常情況下，方正的平面輪廓便于室內(nèi)隔墻的移動(dòng)變換，反之則會(huì)限制室內(nèi)空間的變換。在鋼結(jié)構(gòu)住宅外輪廓不變的情況下，通過調(diào)整輕質(zhì)隔墻部品能夠靈活分配單元使用面積。平直的外墻對(duì)于隔墻設(shè)置的影響較小，可以在任何位置設(shè)置隔墻；但如果外墻凹凸不平，那么可以在墻肢位置設(shè)置隔墻。

（3）住宅功能空間。住宅功能空間中的輔助空間包括廚房、衛(wèi)生間以及儲(chǔ)藏室等，一般尺度較小，變換的可能性也不大。因此，可集中布置輔助空間，避免限制臥室、起居室以及書房等主體功能空間的變換。同時(shí)，可統(tǒng)一布置設(shè)備及管道管線等，既有利于安裝，也有利于后期維修。

3 結(jié)語

通過對(duì)上述內(nèi)容的研究可以了解到，鋼結(jié)構(gòu)住宅屬于裝配化工程，其本身具有工業(yè)化特點(diǎn)，有著較大的設(shè)計(jì)潛力。但是我國鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展還不夠成熟，在設(shè)計(jì)過程中仍然存在很多問題?；诖?，本文對(duì)鋼結(jié)構(gòu)住宅的裝配化內(nèi)裝部品進(jìn)行了詳細(xì)介紹，同時(shí)提出了基于裝配化內(nèi)裝的鋼結(jié)構(gòu)住宅標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、多樣化設(shè)計(jì)以及可變性設(shè)計(jì)，以此加強(qiáng)內(nèi)裝部品在鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，提升鋼結(jié)構(gòu)住宅裝配化內(nèi)裝的設(shè)計(jì)效果，滿足人們更多的實(shí)際需求，齊平促進(jìn)我國鋼結(jié)構(gòu)住宅的不斷發(fā)展。