裝配式鋼結構+BIM技術在高層住宅建筑中的應用

時間：2019-08-08 18:13:57 點擊：2398 次來源：洛陽事通鋼結構工程有限公司

　裝配式鋼結構作為裝配式建筑三大結構體系之，具有抗震性能好、建筑品質高、制作簡單、施工快、綠色、環(huán)保等優(yōu)點。本文結合某實際工程，詳述裝配式鋼結構在高層住宅建筑中的應用優(yōu)勢。

　　2016年2月，中共中央務院《關于進步加強城市規(guī)劃建設管理工作的若干意見》(中發(fā)〔2016〕6號)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)妥推廣鋼結構建筑。深圳市積貫徹落實務院的意見，于2016年6月27日，印發(fā)了《關于加快推進裝配式建筑的通知》(深建科工〔2016〕22號)，面促進深圳市裝配式建筑的發(fā)展。

　　裝配式鋼結構建筑

　　傳統(tǒng)建筑的建造方式采用現(xiàn)場現(xiàn)澆或焊接的工藝，其現(xiàn)場施工條件差、工程質量難以保證，資源浪費嚴重，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。

　　裝配式鋼結構建筑的建造方式是將建筑中的主要構件和部品在工廠制造完成，再運輸?shù)浆F(xiàn)場，經(jīng)機械化安裝后，形成滿足預定功能要求的建筑物。裝配式鋼結構建筑具有抗震性能好、建筑品質高、制作簡單、施工快、綠色、環(huán)保等優(yōu)點。

　　裝配式鋼結構建筑已經(jīng)在美、日本、澳大利亞等發(fā)達家廣泛應用，可以給社會帶來巨大的綜合益，同時帶動其它行業(yè)的快速發(fā)展。目前，裝配式鋼結構建筑在中屬于剛起步階段，且主要以多層建筑為主，在高層建筑中應用很少，有待于深入研究。

　　近期，同濟設計集團針對深圳某高層住宅項目進行了鋼結構可行性研究。本文將以其為例，剖析裝配式鋼結構應用在高層住宅建筑中的優(yōu)勢。

　　項目概況

　　該項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號建筑進行研究。其結構高度179.6m，結構高寬比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，其中標準層面積約710㎡，每層6戶(3種戶型)，地上總面積約4萬㎡。

　　深圳南山區(qū)抗震設防烈度7度(0.1g)，設計地震分組為組，場地類別Ⅱ類，場地征周期Tg=0.35s。10年遇風荷載0.45kN/㎡，50年遇風荷載0.75kN/㎡，100年遇風荷載0.9kN/㎡。

　　▼ 注：本文圖片較大，可雙擊圖片，放大后查看。

　　▲ 4號建筑平面圖

　　▲ 4號建筑立面圖

　　結構體系

　　由于本項目結構高寬比達到10.1，且水平風荷載大，導致結構設計難度很大。針對這類高層住宅建筑，傳統(tǒng)做法是采用混凝土結構，通過增大構件截面、設置剪力墻等方法來增加結構剛度，以滿足結構安性與舒適性的需求。但是傳統(tǒng)做法對建筑品質有較大影響，且施工工期較長，無法實現(xiàn)建筑工業(yè)化的目標。

　　為解決以上難點，同濟設計團隊突破傳統(tǒng)設計方法的限制，采用裝配式鋼結構進行設計，以滿足業(yè)主高標準的要求。

　　鋼結構方案的結構體系構成：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構的中上部，共72片。

　　▲ 鋼結構方案結構體系組成

　　▲ 鋼結構方案結構平面布置

　　▲ 黏滯阻尼墻構造圖

　　▲ 某項目黏滯阻尼墻安裝示意圖

　　采用鋼結構設計的優(yōu)點

　　相比于傳統(tǒng)混凝土結構，本項目采用鋼結構體系具有多個方面的優(yōu)勢。

　　結構抗震性能

　　由于采用消能減震鋼框架-支撐結構體系，上部結構重量約降低34%，這有助于：（1）降低基礎造價(約25%)；（2）降低地震作用，提高結構的抗震性能。

　　建筑品質

　　由于住宅類建筑對建筑使用功能要求高，通過采用鋼結構體系，有地提升了建筑品質。

　?。?）建筑墻厚可由700mm降低到450mm(降低36%)，建筑使用面積增加。

　　▲ 混凝土方案標準層（裝修后墻厚700mm）

　　▲ 鋼結構方案標準層（裝修后墻厚450mm）

　　（2）支撐布置于公共交通區(qū)域的隔墻位置，室內戶型可任意分割(大空間可變戶型)，同時保證外立面視覺通透性。

　　▲ 交通筒

　　▲ 結構戶型圖(C1戶型)

　　▲ 結構戶型圖(C2戶型)

　　▲ 結構戶型圖(C3戶型)

　?。?）將鋼管混凝土柱扁長化和采用內部裝修技術，有解決室內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)

　　抗風舒適度

　　本項目所在地區(qū)10年遇風荷載達到0.45kN/㎡，且結構高寬比較大，結構風振下的舒適度問題需要重點關注。

　　若采用混凝土結構，需通過增大結構構件截面尺寸或增加剪力墻，提高結構剛度，改善結構的風振舒適度，但是會進步增強結構的地震作用，這種方法不夠經(jīng)濟，且率低。

　　針對本項目的點，提出采用鋼結構體系，在滿足結構基本剛度（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，可有控制結構的風振加速度，同時降低結構的地震作用。

　　通過對比兩種方案，鋼結構方案的舒適性優(yōu)于傳統(tǒng)混凝土方案。

　　施工工期與預售期

　?。?）施工工期

　　鋼結構大部分構件在工廠生產(chǎn)，運往現(xiàn)場后整體組裝，施工工期短。根據(jù)調研結果，鋼結構建筑地上主體結構標準層施工速度約為4天?；炷两Y構受施工過程中各因素的制約，工期較長，般地上主體結構標準層施工速度約為6天。

　　本項目地上55層，如采用混凝土結構，需要工期約為330天；如采用鋼結構，需要工期約為220天，可節(jié)約施工工期110天（約3.7個月）。施工周期縮短，有助于實現(xiàn)原定項目進度要求。

　?。?）商品房預售期

　　根據(jù)深圳市相關政策，對于商品房的預售期，混凝土結構施工到2/3樓層可售賣，鋼結構施工到1/3樓層可售賣。

　　對于本項目來說，與混凝土結構相比，鋼結構的預售期可提前146天（約5個月）。房屋預售期提前，有助于業(yè)主提前資金回籠，緩解資金壓力。

　　BIM技術展示

　　在方案設計階段引入BIM技術，配合結構體系、三板體系、衛(wèi)生間與陽臺等選型工作，為實現(xiàn)鋼結構建筑的結構系統(tǒng)、外圍護系統(tǒng)、內裝系統(tǒng)、設備與管線系統(tǒng)集成體化設計提供信息化支撐。借助BIM技術，整合鋼結構體系與建筑功能之間的關系，優(yōu)化結構體系與結構布置；選取合適的內外墻體系，細化建筑節(jié)點構造，實現(xiàn)建筑功能高標準的要求。