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装配式建筑可调钢支撑

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2019试点!钢结构装配式住宅前景无限-工保网关于房屋结构,业界历来有这样一种说法:如果说钢筋混凝土结构使施工从手工走向机械化,那么钢结构的应用就使得住宅施工转向现代化。

尤其在装配式建筑的三大结构(装配式混凝土结构、装配式木结构、装配式钢结构)中,装配式钢结构更是被视为住宅产业现代化的重要推手。

此次住建部建筑市场监管司工作要点的明确规划,显然将推动我国钢结构装配式住宅向高潮发展。

1钢结构装配式住宅的应用现状上世纪50年代起,欧洲国家开始采用工业化的方式建造住宅,建立起许多标准化的住宅体系。

日本于1968年在“住宅工业化”的基础上提出了“住宅产业化”概念(采用工业化的建造方式,且住宅用构件和部品大多实现标准化、系列化),并自上世纪60年代末开始发展装配式住宅。

至上世纪90年代末,日本预制装配住宅中钢材结构系列比例已多达71%(木材结构和预制混凝土结构分别占18%和11%)。

不难发现,装配式住宅的实现以住宅产业化为前提,钢结构装配式住宅则需要在此基础上融合住宅产业现代化的重要标志——钢结构。

我国也于上世纪末开始了装配式钢结构住宅的研究探索。

1999年,国务院发布《关于推进住宅产业现代化提高住宅质量的若干意见的通知》明确:加强新型结构技术的开发研究,积极开发和推广使用轻钢框架结构及其配套的装配式板材。

至2016年,我国装配式钢结构住宅在钢结构建筑中占比仅4%左右,且主要集中于公共建筑领域。

随着2016年住宅产业化浪潮的再次来袭,中共中央国务院在2016年2月发布的《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》中指出要大力推广装配式建筑,积极稳妥推广钢结构建筑。

随后国家标准《装配式钢结构建筑技术标准》(GB/T51232-2016 )也于2017年6月1日起正式实施。

总的来说,目前我国住宅的钢结构装配化程度较低,当然也昭示着巨大的发展潜力。

2发展装配式钢结构建筑是建筑行业转型的最佳选择国内最大的房地产开发商——万科集团于2003年最早提出“要像造汽车一样造房子”,其开发出的全预制装配式混凝土结构技术,如今已成为我国装配式住宅技术的主要代表。

与预制装配式混凝土结构住宅相比,预制装配式钢结构住宅具有模块化、标准化的特点,不仅工业化程度高,而且抗震性能好、建筑品质高、施工周期短,整体而言综合技术经济指标高。

与此同时,钢结构住宅也是建筑节能的重要途径:其天然的节地(得房率比混凝土结构提高6%-10%)、节水(施工用水比混凝土结构节约25.8%)、节能(单位面积能耗量降低14.6%)、节材(建筑材料利用率可达70%-80%)优势,助其成为绿色建筑的典型代表。

不难发现,发展钢结构住宅对于促进建筑业转型升级,以及消化钢铁行业的过剩产能,都具有重要的促进作用。

3钢结构装配式住宅市场化任重道远我国钢结构装配式住宅的市场化工作,当前还面临着来自造价和技术方面的双重挑战。

造价是钢结构住宅发展滞缓的首要原因。

我国住宅市场以中高层为主,根据2017年3月1日起执行的《装配式建筑工程消耗量定额》,装配式混凝土小高层住宅按照装配率(PC率)不同,其估算参考指标在1999元/㎡和2277元/㎡间不等;装配式混凝土高层住宅的估算参考指标则在2231元/㎡和2559元/㎡间。

而装配式钢结构高层住宅的估算参考指标为2776元/㎡,远高于混凝土结构。

虽然结合装配式钢结构住宅自重轻(单位平米自重减少30%-40%)、地基与基础造价低(与采用传统混凝土结构的基础设计比能节约10%-20%的造价)以及工期短(主体结构工期能提前1/3左右)等优点,其每平米的综合造价还会降低,但钢结构装配式住宅综合造价高的客观事实,仍然阻碍了大部分房地产开发企业的探索脚步。

技术则是钢结构住宅推广的另一难关。

当前钢结构住宅的设计和施工技术已发展得较为成熟,但在钢结构与外围护系统、管线设备系统、内装系统等的匹配方面还有较多未解难题。

对于房地产开发企业而言,不仅增加了建筑材料和技术体系(如引用BIM技术搭建虚拟设计平台)的升级成本,还意味着额外的技术研发成本。

距离工作要点中“建立成熟的钢结构装配式住宅建设体系”目标,我们还有较长一段路要走。

因此,在国家出台宏观政策推进装配式钢结构住宅的同时,税收优惠政策和经济补贴方案应配套制定:河北省石家庄市《关于加快推进钢结构建筑发展的意见》中对钢结构商品房按照100元/㎡予以补贴的做法,便值得复制推广。

另外在住宅装配化的同时,装修工业化也应齐头并进:发展钢结构装配式住宅仅仅意味着“住宅结构产业化”,而只有实现建设全生命周期的产业化,才能真正朝“住宅系统产业化”迈进。

当前,装配式钢结构的政策导向、造价和技术水平均已呈现出利好态势。

抓住机遇,迎接挑战,展现在眼前的将是更为现代化的住宅产业。

▎本文系工保网原创作品,作者龚保儿。

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原标题:装配式钢结构在高层住宅建筑中的应用优势简要:装配式钢结构建筑传统建筑的建造方式采用现场现浇或焊接的工艺,其现场施工条件差、工程质量难以保证,资源浪费严重,产生大量的建筑垃圾,无法满足建筑工业化的发展需求…装配式钢结构建筑传统建筑的建造方式采用现场现浇或焊接的工艺,其现场施工条件差、工程质量难以保证,资源浪费严重,产生大量的建筑垃圾,无法满足建筑工业化的发展需求。

装配式钢结构建筑的建造方式是将建筑中的主要构件和部品在工厂制造完成,再运输到现场,经机械化安装后,形成满足预定功能要求的建筑物。

装配式钢结构建筑具有抗震性能好、建筑品质高、制作简单、施工快、绿色、环保等优点。

装配式钢结构建筑已经在美国、日本、澳大利亚等发达国家广泛应用,可以给社会带来巨大的综合效益,同时带动其它行业的快速发展。

目前,装配式钢结构建筑在中国属于刚起步阶段,且主要以多层建筑为主,在高层建筑中应用很少,有待于深入研究。

近期,同济设计集团针对深圳某高层住宅项目进行了钢结构可行性研究。

本文将以其为例,剖析装配式钢结构应用在高层住宅建筑中的优势。

项目概况该项目位于深圳市南山区,由住宅、公寓、还迁住宅、养老酒店等8栋高层建筑组成,占地6.7万平方米,计容建面33.7万平方米。

◎ 地块总体规划示意图根据建筑使用性能、平立面的规整性与建筑高度,本案选取8栋建筑中具有代表性的4号建筑进行研究。

其结构高度179.6m,结构高宽比10.1,地上55层,层高3.1m(避难层4.0m)。

平面尺寸投影尺寸23.1m×42.1m,其中标准层面积约710㎡,每层6户(3种户型),地上总面积约4万㎡。

深圳南山区抗震设防烈度7度(0.1g),设计地震分组为第一组,场地类别Ⅱ类,场地特征周期Tg=0.35s。

10年一遇风荷载0.45kN/㎡,50年一遇风荷载0.75kN/㎡,100年一遇风荷载0.9kN/㎡。

◎ 4号建筑平面图◎ 4号建筑立面图结构体系由于本项目结构高宽比达到10.1,且水平风荷载大,导致结构设计难度很大。

针对这类高层住宅建筑,传统做法是采用混凝土结构,通过增大构件截面、设置装配式建筑可调钢支撑等方法来增加结构刚度,以满足结构安全性与舒适性的需求。

但是传统做法对建筑品质有较大影响,且施工工期较长,无法实现建筑工业化的目标。

为解决以上难点,同济设计团队突破传统设计方法的限制,采用装配式钢结构进行设计,以满足业主高标准的要求。

钢结构方案的结构体系构成:CFT柱型钢框架+支撑+黏滞阻尼墙。

支撑布置于公共交通区域与建筑隔墙的位置,黏滞阻尼墙布置于结构的中上部,共72片。

◎ 钢结构方案结构体系组成◎ 钢结构方案结构平面布置◎ 黏滞阻尼墙构造图◎ 某项目黏滞阻尼墙安装示意图采用钢结构设计的优点相比于传统混凝土结构,本项目采用钢结构体系具有多个方面的优势。

| 结构抗震性能由于采用消能减震钢框架-支撑结构体系,上部结构重量约降低34%,这有助于:10102; 降低基础造价(约25%);10103; 降低地震作用,提高结构的抗震性能。

| 建筑品质由于住宅类建筑对建筑使用功能要求高,通过采用钢结构体系,有效地提升了建筑品质。

10102; 建筑墙厚可由700mm降低到450mm(降低36%),建筑使用面积增加。

◎ 混凝土方案标准层(装修后墙厚700mm)◎ 钢结构方案标准层(装修后墙厚450mm)10103; 支撑布置于公共交通区域的隔墙位置,室内户型可任意分割(大空间可变户型),同时保证外立面视觉通透性。

◎ 交通筒◎ 结构户型图(C1户型)◎ 结构户型图(C2户型)◎ 结构户型图(C3户型)10104; 将钢管混凝土柱扁长化和采用内部装修技术,有效解决室内露梁露柱等建筑功能问题。

◎ 建筑户型图(C1户型)◎ 建筑户型图(C2户型)◎ 建筑户型图(C3户型)| 抗风舒适度本项目所在地区10年一遇风荷载达到0.45kN/㎡,且结构高宽比较大,结构风振下的舒适度问题需要重点关注。

若采用混凝土结构,需通过增大结构构件截面尺寸或增加装配式建筑可调钢支撑,提高结构刚度,改善结构的风振舒适度,但是会进一步增强结构的地震作用,这种方法不够经济,且效率低。

针对本项目的特点,提出采用钢结构体系,在满足结构基本刚度(层间位移角、剪重比、刚重比等)的前提下,通过有效地布置黏滞阻尼墙,充分发挥耗能减振(震)作用,可有效控制结构的风振加速度,同时降低结构的地震作用。

通过对比两种方案,钢结构方案的舒适性优于传统混凝土方案。

| 施工工期与预售期10102; 施工工期钢结构大部分构件在工厂生产,运往现场后整体组装,施工工期短。

根据调研结果,钢结构建筑地上主体结构标准层施工速度约为4天。

混凝土结构受施工过程中各因素的制约,工期较长,一般地上主体结构标准层施工速度约为6天。

本项目地上55层,如采用混凝土结构,需要工期约为330天;如采用钢结构,需要工期约为220天,可节约施工工期110天(约3.7个月)。

施工周期缩短,有助于实现原定项目进度要求。

10103; 商品房预售期根据深圳市相关政策,对于商品房的预售期,混凝土结构施工到2/3楼层可售卖,钢结构施工到1/3楼层可售卖。

对于本项目来说,与混凝土结构相比,钢结构的预售期可提前146天(约5个月)。

房屋预售期提前,有助于业主提前资金回笼,缓解资金压力。

BIM技术展示在方案设计阶段引入BIM技术,配合结构体系、三板体系、卫生间与阳台等选型工作,为实现钢结构建筑的结构系统、外围护系统、内装系统、设备与管线系统集成一体化设计提供信息化支撑。

借助BIM技术,整合钢结构体系与建筑功能之间的关系,优化结构体系与结构布置;选取合适的内外墙体系,细化建筑节点构造,实现建筑功能高标准的要求。

◎ 标准层结构布置BIM◎ 标准层布置BIM模型◎ 压型钢板组合楼板BIM模型◎ 节点详细构造BIM模型◎ 黏滞阻尼墙连接构造BIM模型◎ 卫生间BIM模型◎ 厨房BIM模型建筑地点:深圳南山区设计时间:2016.8-2016.11咨询单位:同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司技术发展部、建筑设计二院占地面积:6.7万平方米建筑面积:33.7万平方米项目总负责人:丁洁民项目经理:吴宏磊建筑:锁伟达结构:吴宏磊、王世玉、陈长嘉BIM:杜明、张瑶来源:同济设计TJAD

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