裝配式鋼結(jié)構(gòu)作為裝配式建筑三大結(jié)構(gòu)體系之，具有抗震性能好、建筑品質(zhì)高、制作簡(jiǎn)單、施工快、綠色、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合某實(shí)際工程，詳述裝配式鋼結(jié)構(gòu)在高層住宅建筑中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。
2016年2月，中共中央務(wù)院《關(guān)于進(jìn)步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》(中發(fā)〔2016〕6號(hào))提出發(fā)展新型建造方式，指出大力推廣裝配式建筑，積穩(wěn)妥推廣鋼結(jié)構(gòu)建筑。深圳市積貫徹落實(shí)務(wù)院的意見，于2016年6月27日，印發(fā)了《關(guān)于加快推進(jìn)裝配式建筑的通知》(深建科工〔2016〕22號(hào))，面促進(jìn)深圳市裝配式建筑的發(fā)展。
裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑
傳統(tǒng)建筑的建造方式采用現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆或焊接的工藝，其現(xiàn)場(chǎng)施工條件差、工程質(zhì)量難以保證，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，產(chǎn)生大量的建筑垃圾，無法滿足建筑工業(yè)化的發(fā)展需求。
裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的建造方式是將建筑中的主要構(gòu)件和部品在工廠制造完成，再運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)機(jī)械化安裝后，形成滿足預(yù)定功能要求的建筑物。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑具有抗震性能好、建筑品質(zhì)高、制作簡(jiǎn)單、施工快、綠色、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑已經(jīng)在美、日本、澳大利亞等發(fā)達(dá)家廣泛應(yīng)用，可以給社會(huì)帶來巨大的綜合益，同時(shí)帶動(dòng)其它行業(yè)的快速發(fā)展。目前，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在中屬于剛起步階段，且主要以多層建筑為主，在高層建筑中應(yīng)用很少，有待于深入研究。
近期，同濟(jì)設(shè)計(jì)集團(tuán)針對(duì)深圳某高層住宅項(xiàng)目進(jìn)行了鋼結(jié)構(gòu)可行性研究。本文將以其為例，剖析裝配式鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用在高層住宅建筑中的優(yōu)勢(shì)。
項(xiàng)目概況
該項(xiàng)目位于深圳市南山區(qū)，由住宅、公寓、還遷住宅、養(yǎng)老酒店等8棟高層建筑組成，占地6.7萬平方米，計(jì)容建面33.7萬平方米。
▲ 地塊總體規(guī)劃示意圖
根據(jù)建筑使用性能、平立面的規(guī)整性與建筑高度，本案選取8棟建筑中具有代表性的4號(hào)建筑進(jìn)行研究。其結(jié)構(gòu)高度179.6m，結(jié)構(gòu)高寬比10.1，地上55層，層高3.1m(避難層4.0m)。平面尺寸投影尺寸23.1m×42.1m，其中標(biāo)準(zhǔn)層面積約710㎡，每層6戶(3種戶型)，地上總面積約4萬㎡。
深圳南山區(qū)抗震設(shè)防烈度7度(0.1g)，設(shè)計(jì)地震分組為組，場(chǎng)地類別Ⅱ類，場(chǎng)地征周期Tg=0.35s。10年遇風(fēng)荷載0.45kN/㎡，50年遇風(fēng)荷載0.75kN/㎡，100年遇風(fēng)荷載0.9kN/㎡。
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▲ 4號(hào)建筑平面圖
▲ 4號(hào)建筑立面圖
結(jié)構(gòu)體系
由于本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)高寬比達(dá)到10.1，且水平風(fēng)荷載大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度很大。針對(duì)這類高層住宅建筑，傳統(tǒng)做法是采用混凝土結(jié)構(gòu)，通過增大構(gòu)件截面、設(shè)置剪力墻等方法來增加結(jié)構(gòu)剛度，以滿足結(jié)構(gòu)安性與舒適性的需求。但是傳統(tǒng)做法對(duì)建筑品質(zhì)有較大影響，且施工工期較長(zhǎng)，無法實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化的目標(biāo)。
為解決以上難點(diǎn)，同濟(jì)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的限制，采用裝配式鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足業(yè)主高標(biāo)準(zhǔn)的要求。
鋼結(jié)構(gòu)方案的結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成：CFT柱型鋼框架+支撐+黏滯阻尼墻。支撐布置于公共交通區(qū)域與建筑隔墻的位置，黏滯阻尼墻布置于結(jié)構(gòu)的中上部，共72片。
▲ 鋼結(jié)構(gòu)方案結(jié)構(gòu)體系組成
▲ 鋼結(jié)構(gòu)方案結(jié)構(gòu)平面布置
▲ 黏滯阻尼墻構(gòu)造圖
▲ 某項(xiàng)目黏滯阻尼墻安裝示意圖
采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)
相比于傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)，本項(xiàng)目采用鋼結(jié)構(gòu)體系具有多個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)。
結(jié)構(gòu)抗震性能
由于采用消能減震鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系，上部結(jié)構(gòu)重量約降低34%，這有助于：（1） 降低基礎(chǔ)造價(jià)(約25%)；（2） 降低地震作用，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。
建筑品質(zhì)
由于住宅類建筑對(duì)建筑使用功能要求高，通過采用鋼結(jié)構(gòu)體系，有地提升了建筑品質(zhì)。
?。?）建筑墻厚可由700mm降低到450mm(降低36%)，建筑使用面積增加。
▲ 混凝土方案標(biāo)準(zhǔn)層（裝修后墻厚700mm）
▲ 鋼結(jié)構(gòu)方案標(biāo)準(zhǔn)層（裝修后墻厚450mm）
（2）支撐布置于公共交通區(qū)域的隔墻位置，室內(nèi)戶型可任意分割(大空間可變戶型)，同時(shí)保證外立面視覺通透性。
▲ 交通筒
▲ 結(jié)構(gòu)戶型圖(C1戶型)
▲ 結(jié)構(gòu)戶型圖(C2戶型)
▲ 結(jié)構(gòu)戶型圖(C3戶型)
?。?）將鋼管混凝土柱扁長(zhǎng)化和采用內(nèi)部裝修技術(shù)，有解決室內(nèi)露梁露柱等建筑功能問題。
▲ 建筑戶型圖(C1戶型)
▲ 建筑戶型圖(C2戶型)
▲ 建筑戶型圖(C3戶型)
抗風(fēng)舒適度
本項(xiàng)目所在地區(qū)10年遇風(fēng)荷載達(dá)到0.45kN/㎡，且結(jié)構(gòu)高寬比較大，結(jié)構(gòu)風(fēng)振下的舒適度問題需要重點(diǎn)關(guān)注。
若采用混凝土結(jié)構(gòu)，需通過增大結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸或增加剪力墻，提高結(jié)構(gòu)剛度，改善結(jié)構(gòu)的風(fēng)振舒適度，但是會(huì)進(jìn)步增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的地震作用，這種方法不夠經(jīng)濟(jì)，且率低。
針對(duì)本項(xiàng)目的點(diǎn)，提出采用鋼結(jié)構(gòu)體系，在滿足結(jié)構(gòu)基本剛度（層間位移角、剪重比、剛重比等）的前提下，通過有地布置黏滯阻尼墻，充分發(fā)揮耗能減振（震）作用，可有控制結(jié)構(gòu)的風(fēng)振加速度，同時(shí)降低結(jié)構(gòu)的地震作用。
通過對(duì)比兩種方案，鋼結(jié)構(gòu)方案的舒適性優(yōu)于傳統(tǒng)混凝土方案。
施工工期與預(yù)售期
?。?）施工工期
鋼結(jié)構(gòu)大部分構(gòu)件在工廠生產(chǎn)，運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)后整體組裝，施工工期短。根據(jù)調(diào)研結(jié)果，鋼結(jié)構(gòu)建筑地上主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層施工速度約為4天。混凝土結(jié)構(gòu)受施工過程中各因素的制約，工期較長(zhǎng)，般地上主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層施工速度約為6天。
本項(xiàng)目地上55層，如采用混凝土結(jié)構(gòu)，需要工期約為330天；如采用鋼結(jié)構(gòu)，需要工期約為220天，可節(jié)約施工工期110天（約3.7個(gè)月）。施工周期縮短，有助于實(shí)現(xiàn)原定項(xiàng)目進(jìn)度要求。
?。?）商品房預(yù)售期
根據(jù)深圳市相關(guān)政策，對(duì)于商品房的預(yù)售期，混凝土結(jié)構(gòu)施工到2/3樓層可售賣，鋼結(jié)構(gòu)施工到1/3樓層可售賣。
對(duì)于本項(xiàng)目來說，與混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)售期可提前146天（約5個(gè)月）。房屋預(yù)售期提前，有助于業(yè)主提前資金回籠，緩解資金壓力。
BIM技術(shù)展示
在方案設(shè)計(jì)階段引入BIM技術(shù)，配合結(jié)構(gòu)體系、三板體系、衛(wèi)生間與陽臺(tái)等選型工作，為實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護(hù)系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)集成體化設(shè)計(jì)提供信息化支撐。借助BIM技術(shù)，整合鋼結(jié)構(gòu)體系與建筑功能之間的關(guān)系，優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)布置；選取合適的內(nèi)外墻體系，細(xì)化建筑節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)建筑功能高標(biāo)準(zhǔn)的要求。
▲ 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)布置BIM模型
▲ 標(biāo)準(zhǔn)層布置BIM模型
▲ 壓型鋼板組合樓板BIM模型
▲ 節(jié)點(diǎn)詳細(xì)構(gòu)造BIM模型
▲ 黏滯阻尼墻連接構(gòu)造BIM模型
▲ 衛(wèi)生間BIM模型
▲ 廚房BIM模型
