改革開(kāi)放以來(lái),鋼結(jié)構(gòu)建筑推廣步伐加快,尤其在公共建筑領(lǐng)域的應(yīng)用“風(fēng)生水起”。除了廠房、多層房屋領(lǐng)域,還擴(kuò)展至超高層建筑、大跨度會(huì)展中心、體育場(chǎng)館、大型交通建筑等,目前在建和已建成的 200m 以上鋼結(jié)構(gòu)超高層已達(dá)千余座,鋼結(jié)構(gòu)正向著更高、更廣、更輕的方向發(fā)展。
鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展稍顯緩慢,我國(guó)最早的鋼結(jié)構(gòu)住宅是 1994 年建于上海北蔡的 8 層鋼結(jié)構(gòu)住宅,其后 20 余年內(nèi)建成的鋼結(jié)構(gòu)住宅數(shù)量與鋼結(jié)構(gòu)公建的數(shù)量相差甚遠(yuǎn),目前占比不足 5%。
近年來(lái),在我國(guó)北京、杭州、合肥、湛江、蚌埠、濟(jì)寧、淄博、滄州、包頭等地開(kāi)展了鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計(jì)研究和工程實(shí)踐工作,相繼建成一批多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的試點(diǎn)工程,如杭州錢(qián)江世紀(jì)城、北京成壽寺安置房、滄州?导覉@等,這些試點(diǎn)工程發(fā)揮了很好的示范作用。
《鋼結(jié)構(gòu)住宅主要構(gòu)件尺寸指南》已于2020年8月20日正式發(fā)布。根據(jù)《住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額司關(guān)于開(kāi)展〈鋼結(jié)構(gòu)住宅評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)〉編制工作的函》(建司局函標(biāo)〔2020〕77號(hào))的要求,《鋼結(jié)構(gòu)住宅評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》編制組成立暨第一次工作會(huì)議于2020年7月8日舉行。
2020年12月21日召開(kāi)的全國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)工作會(huì)議提出,加快發(fā)展“中國(guó)建造”,推動(dòng)建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。加快推動(dòng)智能建造與新型建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展,建設(shè)建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái);完善裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)體系,大力推廣鋼結(jié)構(gòu)建筑。
一、鋼結(jié)構(gòu)住宅的技術(shù)體系分析
(一)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
1.豎向及抗側(cè)力體系
裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅應(yīng)采用大開(kāi)間、戶(hù)內(nèi)空間靈活可變的結(jié)構(gòu)布置形式,根據(jù)建筑功能、建筑物高度以及抗震設(shè)防烈度等條件選擇下列結(jié)構(gòu)體系(GB/T 51232):
(1)鋼框架結(jié)構(gòu)(適用于建筑高度30m以下的建筑)
(2)鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)(支撐包括中心支撐、偏心支撐和屈曲約束支撐)
(3)鋼框架-剪力墻(或延性墻板)結(jié)構(gòu)(剪力墻可以采用預(yù)制或現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻,延性墻板包括鋼板剪力墻、鋼板組合剪力墻、鋼框架內(nèi)填豎縫混凝土剪力墻等)
(4)交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)
(5)低層冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)(適用于不大于3層且檐口高度不大于12m的建筑)
2.樓板體系
鋼結(jié)構(gòu)住宅的樓板和屋面板一般采用裝配化程度較高的免支模的樓蓋和屋蓋體系,包括鋼筋桁架樓承板、預(yù)制疊合樓板及預(yù)應(yīng)力疊合樓板(PK板)等。
鋼筋桁架樓承板具有安裝方便、質(zhì)量輕、運(yùn)輸成本低等優(yōu)點(diǎn),底?刹捎媒饘俦“,也可采用非金屬材料。如果房間做吊頂時(shí),底模不用拆除;住宅中不做吊頂?shù)膮^(qū)域采用可拆底模的鋼筋桁架樓承板。預(yù)制混凝土疊合樓板具有底面平整、跨度大等優(yōu)點(diǎn),根據(jù)四周板支承條件設(shè)計(jì)為單向板或雙向板,板縫做密縫拼接和寬縫拼接連接。
(二)外圍護(hù)系統(tǒng)
外圍護(hù)系統(tǒng)包括外墻系統(tǒng)和屋面系統(tǒng)。外墻系統(tǒng)宜采用輕質(zhì)材料,并宜采用干式工法。外墻系統(tǒng)的材料種類(lèi)多種多樣,施工工藝和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造也不盡相同。
1.外墻板的主要類(lèi)型
按照外圍護(hù)系統(tǒng)構(gòu)造情況,可主要分為以下四種:
(1)預(yù)制混凝土外掛墻板(簡(jiǎn)稱(chēng)大板)
包括預(yù)制混凝土外墻板、預(yù)制混凝土夾心保溫外墻板等。
(2)輕質(zhì)條板
包括蒸壓加氣混凝土板(ALC)、輕集料混凝土板、復(fù)合夾心條板等。
(3)鋼木骨架組合外墻板
包括金屬骨架組合外墻板、木骨架組合外墻板等。
(4)建筑幕墻
包括玻璃幕墻、金屬幕墻、石材幕墻、人造板幕墻等。
2.外墻板的性能要求
外墻板的性能要求主要包括安全性、功能性和耐久性等。
(1)安全性要求(須關(guān)注可靠連接和防裂)
安全性能要求是指關(guān)系到人身安全的關(guān)鍵性能指標(biāo),對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)住宅外圍護(hù)體系而言,應(yīng)符合基本的承載力要求以及防火要求,具體可以分為抗風(fēng)壓性能、抗震性能、耐撞擊性能以及防火性能四個(gè)方面。外墻板應(yīng)采用彈性方法確定承載力與變形,并明確荷載及作用效應(yīng)組合;在荷載及作用的標(biāo)準(zhǔn)組合作用下,外墻板不能因主體結(jié)構(gòu)的彈性層間位移而發(fā)生塑性變形、開(kāi)裂及脫落;當(dāng)主體結(jié)構(gòu)層間位移角達(dá)到大震時(shí),外墻板不應(yīng)發(fā)生掉落。
耐撞擊性能應(yīng)根據(jù)外圍護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成確定。對(duì)于幕墻體系,可參照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑幕墻》GB/T 21086中的相關(guān)規(guī)定,撞擊能量最高為900J,降落高度最高為2m,試驗(yàn)次數(shù)不小于10次,同時(shí)試件的跨度及邊界條件必須與實(shí)際工程相符。
除幕墻體系外的外圍護(hù)系統(tǒng),應(yīng)提高耐撞擊的性能要求。外圍護(hù)系統(tǒng)的室內(nèi)外兩側(cè)裝飾面,尤其是類(lèi)似薄抹灰做法的外墻保溫飾面層,還應(yīng)明確抗沖擊性能要求。
(2)功能性要求(須關(guān)注防水和節(jié)能)
功能性要求是指作為外圍護(hù)體系應(yīng)該滿(mǎn)足居住使用功能的基本要求。具體包括水密性能、氣密性能、隔聲性能、熱工性能四個(gè)方面。
水密性能包括基層板的不透水性以及接縫處的止水、排水性能,具體措施是構(gòu)造防水+材料防水(企口、高低縫、排水孔、專(zhuān)用膠)。氣密性能要求裝飾板接縫少,接縫處采用氣密材料封堵。隔聲性能應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50118的相關(guān)規(guī)定,要求基層板密度大、少孔隙。熱工性能應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50189、《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 26的相關(guān)規(guī)定。輕質(zhì)混凝土條板均具有良好的保溫性能,具體措施是條板+保溫層(巖棉、EPS、石墨EPS等)。
(3)耐久性要求
耐久性要求直接影響到外圍護(hù)系統(tǒng)使用壽命和維護(hù)保養(yǎng)時(shí)限。不同的材料對(duì)耐久性的性能指標(biāo)要求也不盡相同。經(jīng)耐久性試驗(yàn)后,還需對(duì)相關(guān)力學(xué)性能進(jìn)行復(fù)測(cè),以保證使用的穩(wěn)定性。對(duì)于以水泥基類(lèi)板材作為基層板的外墻板,應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《外墻用非承重纖維增強(qiáng)水泥板》JG/T 396的相關(guān)規(guī)定,滿(mǎn)足抗凍性、耐熱雨性能、耐熱水性能以及耐干濕性能的要求。
3.外墻板與主體結(jié)構(gòu)的連接
按照外墻板與主體結(jié)構(gòu)的連接形式可分為外掛式、內(nèi)嵌式及嵌掛結(jié)合式安裝。
(1)外掛式安裝
外掛式安裝具有施工速度快,能夠很好克服鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件撓度變形對(duì)墻體造成破壞的缺陷。同時(shí)墻板包裹鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件,易于裝飾且不易形成冷橋。但是外掛式墻體安裝也存在一些缺點(diǎn):對(duì)于墻板的構(gòu)造材料要求較高,導(dǎo)致墻體造價(jià)相對(duì)較高;墻體厚度及自重較大,專(zhuān)用金屬連接件造價(jià)會(huì)比較高;由于墻板在結(jié)構(gòu)構(gòu)件外側(cè),室內(nèi)露梁露柱。
(2)內(nèi)嵌式安裝
內(nèi)嵌式安裝現(xiàn)場(chǎng)施工量較大,無(wú)法完全包裹住鋼結(jié)構(gòu)梁柱系統(tǒng),易形成冷熱橋,因此要進(jìn)行二次包裹。但是,鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在承受荷載時(shí)撓度變形較大,會(huì)對(duì)內(nèi)嵌式墻體產(chǎn)生破壞,易造成樓板與墻板的接縫處漏雨和滲水,影響居民使用。
1.合肥下塘松林苑三期效果圖
2.長(zhǎng)春潤(rùn)德雙豐裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅項(xiàng)目效果圖
(三)內(nèi)裝系統(tǒng)
裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的內(nèi)裝系統(tǒng)應(yīng)采用輕質(zhì)材料,宜采用裝配式裝修;廚房和衛(wèi)生間宜采用集成式部品。內(nèi)裝部品主要包括以下三個(gè)方面:隔墻應(yīng)采用裝配式輕質(zhì)隔墻,包括龍骨類(lèi)隔墻、輕質(zhì)水泥基板類(lèi)隔墻、輕質(zhì)復(fù)合板類(lèi)隔墻等;吊頂應(yīng)采用裝配式部品,廚房、衛(wèi)生間的吊頂在管線(xiàn)集中部位應(yīng)設(shè)置檢修口;地面宜采用裝配式部品,宜采用可敷設(shè)管線(xiàn)的架空地板系統(tǒng)等集成化部品,以方便管線(xiàn)檢查和維修。
內(nèi)隔墻
鋼結(jié)構(gòu)住宅的內(nèi)墻板屬于非承重構(gòu)件,應(yīng)采用輕質(zhì)高強(qiáng)材料,宜采用免抹灰的隔墻板,主要包括分戶(hù)隔墻和戶(hù)內(nèi)隔墻。
(1)內(nèi)隔墻的主要類(lèi)型
包括龍骨類(lèi)隔墻、輕質(zhì)水泥基隔墻、輕質(zhì)復(fù)合隔墻等。
(2)內(nèi)墻板的性能要求(須關(guān)注隔音和防裂)
分戶(hù)隔墻的性能要求主要包括安全性、功能性和耐久性等,安全性能包括抗震性能、抗沖擊性能以及防火性能三個(gè)方面;功能性能包括隔聲性能等(>35dB);耐久性要求是指內(nèi)隔墻的使用壽命和維護(hù)保養(yǎng)時(shí)限。
內(nèi)隔墻根據(jù)具體位置和性能要求,選用不同的墻體類(lèi)型。一般情況下,分戶(hù)隔墻厚度為200mm,戶(hù)內(nèi)隔墻厚度為90mm、100mm。
快裝隔墻系統(tǒng)是以輕鋼龍骨隔墻體系為基礎(chǔ),飾面板為硅酸鈣板,飾面材料可以是UV涂層也可以是傳統(tǒng)的墻面壁紙等裝飾材料,在工廠加工成型。針對(duì)有防水要求的衛(wèi)生間墻面,在龍骨內(nèi)側(cè)加裝PE防水層,面層板使用防水涂裝板,保證空間的防水要求。
(3)內(nèi)墻板與主體結(jié)構(gòu)的連接
內(nèi)墻板應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)可靠連接,在滿(mǎn)足吊掛荷載 (>100kg)和抗沖擊性能的前提下,避免地震作用下倒塌,造成生命和財(cái)產(chǎn)的損失。為了減少內(nèi)墻板的種類(lèi),鋼梁高度宜統(tǒng)一。內(nèi)墻板應(yīng)適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)的變形,板長(zhǎng)應(yīng)預(yù)留5mm~10mm安裝縫隙。安裝完成后采用柔性材料填實(shí),避免影響隔聲性能。
(四)設(shè)備與管線(xiàn)系統(tǒng)
裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)備與管線(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)以易檢修、可更換為原則;管線(xiàn)與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)分離,維修更換管線(xiàn)時(shí)不應(yīng)影響主體結(jié)構(gòu)。各類(lèi)設(shè)備與管線(xiàn)應(yīng)綜合設(shè)計(jì)、減少平面交叉、合理利用空間。
1.給水排水系統(tǒng)
給水分水器與用水器具的管道應(yīng)一對(duì)一連接,管道中間不得有連接配件;排水管道宜采用同層排水技術(shù)。
2.暖通空調(diào)與燃?xì)庀到y(tǒng)
室內(nèi)供暖系統(tǒng)采用低溫地板輻射供暖時(shí),宜采用干法施工。
3.電氣與智能化系統(tǒng)
電氣和智能化的設(shè)備與管線(xiàn)宜采用管線(xiàn)分離的方式。
二、鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展趨勢(shì)
(一)鋼結(jié)構(gòu)住宅應(yīng)向大開(kāi)間大進(jìn)深、空間靈活可變方向發(fā)展
目前,許多鋼結(jié)構(gòu)住宅的平面和戶(hù)型仍沿用剪力墻結(jié)構(gòu)小開(kāi)間布置,不僅結(jié)構(gòu)設(shè)置不合理,而且嚴(yán)重影響了房間的使用功能。為了實(shí)現(xiàn)戶(hù)內(nèi)空間靈活可變目標(biāo),充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)大跨度的優(yōu)勢(shì),鋼結(jié)構(gòu)住宅應(yīng)向大開(kāi)間大進(jìn)深方向發(fā)展,鋼框架優(yōu)先布置于外墻和分戶(hù)墻。
(二)鋼結(jié)構(gòu)住宅的健康發(fā)展需要鋼結(jié)構(gòu)、外圍護(hù)及內(nèi)裝系統(tǒng)協(xié)同發(fā)力
近些年,鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)過(guò)于重視鋼結(jié)構(gòu)主體的研發(fā),忽視與之匹配的外圍護(hù)和內(nèi)裝部品的研發(fā),這在一定程度上制約了鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展。針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)住宅的露梁露柱問(wèn)題,國(guó)外許多項(xiàng)目采用合理的建筑布置+內(nèi)裝的方法來(lái)解決。隨著全裝修和裝配化裝修的推進(jìn),鋼結(jié)構(gòu)住宅的外圍護(hù)和內(nèi)裝系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用將取得重大進(jìn)展。
(三)鋼結(jié)構(gòu)住宅應(yīng)充分發(fā)揮其抗震性能佳和施工工期短的優(yōu)勢(shì)
鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作簡(jiǎn)便、加工精度高,現(xiàn)場(chǎng)施工精度高,為外圍護(hù)墻和內(nèi)隔墻的安裝及裝飾裝修提供了方便,并且能有效提升住宅品質(zhì)。鋼結(jié)構(gòu)住宅重量輕、抗震性能好,施工速度快,現(xiàn)場(chǎng)施工2~3天建設(shè)一層,結(jié)合裝配化裝修的穿插施工可以極大地縮短施工工期。