装配式钢结构在高层住宅中的应用——安徽阜阳颍泉抱龙安置区项目
1 项目概况
阜阳颍泉抱龙安置区项目位于阜阳市颍泉区,总用地面积约11万m2。项目地上部分包括住宅、商业、幼儿园及配套设施,住宅以26层为主,北侧局部28层;地下主要为车库和设备用房。住宅地上部分采用装配式建造方式,装配率达72%。项目在保障安全、美观、实用、经济的前提下,对预制装配式钢结构住宅进行探索实践,具有一定示范作用。
2 建筑设计
装配式钢结构住宅由于其结构体系及建造方式的特殊性,平面设计要求布局简洁规整,减少凹凸变化,以适应工业化生产的标准化、通用化要求,并保障结构上下贯通,满足安全抗震。
根据业主要求,本项目户型分135、90、60m2三种。平面设计遵循标准化、模数化原则,卧室面宽为3 300/3 600mm,客厅面宽为3 600/3 900/4 200mm,并减少开间数量,控制预制构件的种类。通过开间的组合形成不同户型,再拼接组合为三种住栋平面,布局规整,竖向构件轴线对位,使得钢框架结构体系连续。标准化户型应用比例达到75%的指标,部品模具重复利用率也达到最优。
3 结构选型
国内的装配式钢结构住宅主要包括钢框架支撑结构体系与钢框架薄钢板剪力墙结构体系,经各方面综合考虑,本项目选择钢框架支撑结构体系,利用钢支撑作为主要的抗侧力构件,钢管混凝土柱则承担主要的竖向荷载。
方案选择了小柱网结构,虽然柱间跨度小,空间灵活性较低,但减小的梁柱尺寸也减少了外露梁柱对室内空间的影响,使建筑面积与套内空间均得到了优化。支撑设置的具体部位设于分户墙内、户内隔墙、楼梯间与电梯间墙,中心支撑宽度控制<150mm,通过减少墙厚从而增加使用面积。有钢支撑的隔墙采用砌体填充,两侧包水泥纤维板。
4 部件体系
建筑部品是装配式建筑的重要组成部分,主要包括外墙板、内墙板、楼板和预制楼梯等。目前我国的部件部品体系种类多、差异大,在实际项目中应根据地域特点、结构体系灵活选择适应性的部件部品。
4.1 外墙板
外墙的性能直接影响工程的质量,装配式住宅的外墙既要考虑自身的功能要求,同时要考虑与主体结构的连接配合及工业化的预制要求,保证构件连接的安全可靠。目前,外墙可分为砌筑类外墙、单板类外墙、预制复合外墙与现场组装组合外墙。
由表1可知,不同板材各有优势,可根据项目的具体需求综合选择合适的外墙板。本项目要求将外墙保温提前集成在预制件上,因此采用预制混凝土夹心保温外挂墙板。此外挂墙板由内外叶墙板、夹心保温层、连接件及饰面层组成,具有保温隔音性能好、防火性能好、强度高等优势。外挂墙板下端承重,上端定位,挂板之间采用柔性连接,并采取可靠的防腐、防水及防火措施。
4.2 内墙板
根据功能的需求,内墙应具有足够的稳定性及强度,并具有防火、隔声、防潮等性能。装配式钢结构住宅建筑中,内墙通常不承重,主要是划分空间,且考虑便于开槽走线。根据常见内墙的构造特点,可以分为砌筑式内墙、板材内墙及龙骨式内墙。
通过综合对比分析,本项目内墙采用标准化预制的蒸压轻质加气混凝土条板,具有轻质、防火隔音性能好、绿色环保、施工便捷等优势,且实心墙体容易切割,便于开槽预埋管线,与传统墙体空间效果类似。考虑到板缝防水节点的处理问题,局部涉水房间另内设煤矸石空心砖砌块墙。
4.3 楼板
装配式钢结构住宅中常用的楼板主要有压型钢板组合楼承板、钢筋桁架楼承板和叠合楼板三种。本项目主要楼板均选用钢筋桁架混凝土叠合楼板,其整体性好、刚度大、上下表面平整,便于后期饰面装修,适合于住宅建筑。局部涉水房间及楼梯间采用现浇楼板,保证建筑的防水性能。
5 结语
通过阜阳抱龙安置区装配式钢结构住宅的设计实践,着眼于结构体系与户型功能之间协调、装配式特殊节点构造设计、部品部件的选择等方面研究,总结出以下三个要点。首先,装配式钢结构住宅平面设计注重标准化、模数化。建立标准化设计体系,确定基本结构模块,固定外部尺寸,灵活分割内部空间,有效控制构件的数量和重复率,并通过基本模块的组合形成多样化户型。其次,钢结构有其自身特点,钢材的高强度便于采用大开间的结构形式,有利于室内空间的灵活划分,同时也会带来梁柱面积较大而影响室内空间效果的问题;采用小柱网的结构体系,则有利于解决梁柱外露的问题,但是空间灵活性有所牺牲。在设计中应根据具体条件,选择合适的结构体系与设计方法。最后,装配式钢结构的各个部分作为基本部件可在工厂预制加工,选择合适的部品部件是装配式钢结构住宅设计的重要部分。
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