基于安置区装配式钢结构住宅的应用研究

于 劲

（中铁房地产集团设计咨询有限公司 北京 100043）

1 引言

周转居住建筑可有效缓解城市拆迁人群的住房压力，对于改善民生、促进社会稳定具有重要意义[1]。根据其临时周转的使用特点，其建筑本身应遵循安全适用、经济合理、循环利用的原则，又需要满足因地制宜、快速建造、绿色环保、一体化集成等要求，因此装配式钢结构应为首选的建筑结构体系[2－4]。

本文基于绿色、开放、共享的建筑理念和一体化集成的设计理念[5－6]，以雄安新区容东安置区居住建筑为载体，研究装配式钢结构住宅技术在建筑体系、结构体系、楼板体系、围护体系和机电体系等关键技术的一体化集成，并给出设计建议。

2 建筑体系

安置区周转居住建筑为地上四层、南北朝向的多层住宅，预计使用年限10年左右，单体地上建筑面积1 481.38 m2，层高2.9 m，室内外高差300 mm；三室两厅户型，套内面积89.2 m2，设置明厨和干湿分离明卫；交通核布置紧凑，内设设备管井，每个单元设置一部楼梯及电梯。

考虑装配式建筑的特点及平面布置规则，每个户型均为一个标准居住单元，便于与其他标准居住单元组合搭配；采用模数化设计，利于构件生产、运输和施工标准化。建筑平面如图1所示。

图1 建筑平面（单位：mm）

建筑立面注重色彩调配，外立面设计上体现人性化思想，营造一个健康、舒适、优美的生活环境；考虑装配式建筑特点，减少构件种类和复杂装饰，利用空调板等外凸构件以及外墙饰面不同肌理与色彩韵律变化丰富立面效果。最终选定新中式立面风格，强调横向线条和竖向线条的搭配，外墙饰面材料为仿石漆涂料；采用断桥铝合金隔热窗户，南向窗高1.65 m，北向窗高1.2 m；空调室外机隔板形式结合立面格栅，统一设计。建筑立面如图2所示。

图2 建筑立面（尺寸单位：mm；标高单位：m）

3 结构体系

装配式钢结构体系满足标准化设计、产业化生产、装配式施工、一体化装修、信息化管理和集成化服务的要求，将引领我国住宅产业化发展的新方向。

3．1 钢结构住宅体系选型建议

目前国内常见的装配式钢结构住宅体系主要有低多层轻型钢结构体系、高层钢结构体系和高层钢与混凝土组合结构体系。其中低多层轻型钢结构体系主要包括低层冷弯薄壁型钢住宅体系及多层轻型钢框架住宅体系；高层钢结构体系主要包括钢框架体系或钢框架－支撑结构住宅体系；混凝土组合结构体系主要包括钢框架－混凝土剪力墙（或筒体）结构住宅体系、钢管混凝土组合结构体系和钢框束筒结构体系[7]。每类体系的受力特点和适用范围如下：

（1）低层住宅宜优先选用低层冷弯薄壁结构房屋体系。该类住宅多为独立式或联排式别墅建筑，层数不多于3层。此类结构体系安装及拆除快速，对环境影响小。

（2）多层住宅宜选用轻型钢结构框架体系，必要时可增加钢支撑。该类体系结合轻质墙体、轻质楼屋面等建筑体系所组成的轻型节能房屋建筑，适用于抗震或非抗震地区。

（3）小高层住宅宜选用钢框架－支撑结构体系或钢框架－混凝土剪力墙混合结构体系。该类体系需支撑或剪力墙作为主要抗侧力构件来满足抗侧刚度要求。由于门窗等的布置要求，对支撑布置会有较多限制。

（4）高层住宅宜采用钢与混凝土组合结构体系，可为钢管混凝土柱框架、钢管混凝土柱框架－支撑体系、钢管混凝土柱框架－混凝土剪力墙或筒体混合结构体系。该类体系具有良好的抗侧刚度，同时钢管混凝土柱比钢框架柱具有更好的承载能力、抗侧刚度和耐火性能。

3．2 基于安置区装配式钢结构周转住宅结构选型建议

结合安置区周转住宅的特性以及每类体系的受力特点和适用范围，对其结构选型提出以下建议：

（1）基于临时建筑活荷载取值建议

根据现行《施工现场模块化设施技术标准》（JGJ／T 435—2018）[8]6.1.2 条，对临时建筑楼面及屋面活荷载可考虑设计使用年限进行调整，设计使用年限调整系数可取γL＝0.933；对风荷载及雪荷载可根据当地10年和100年的风压值或雪荷载按式（1）确定：

式中：x10为重现期为10年内风压值或雪荷载；x100为重现期为100年内风压值或雪荷载。

（2）基于临时建筑地震作用选取建议

抗震设计规范中，一般建筑相应于设防烈度的可接受危险性水准为50年10%的超越概率。对于安置区临时周转用房，预期使用年限只有10年，但如果在使用过程中遭遇地震，很可能导致严重的人员伤亡和经济损失，这种情况下，在基本设防水准下可接受的风险水准应调整到比10%更低的水准。可根据中国建筑科学研究院工程抗震硏究所提出的《不同设计使用年限下地震作用的确定方法》选取，如表1所示。

表1 不同设计使用年限对应的地震作用调整系数

基于上述体系的分析对比，安置区周转房住宅项目宜优先选择钢框架结构体系。其原因：①重量轻、抗震效果好；②生产和加工质量好、施工方便、建设周期短；③综合效益高。

4 楼板体系

国内常见的用于装配式钢结构住宅体系楼板有钢筋桁架楼承板、压型钢板组合楼板、钢筋桁架混凝土叠合板和PK预应力板四种类型。

通过分析对比，钢筋桁架楼承板相对其他类型楼板具有重量轻、安装吊装方便和运输便利等优势。建议采用底板可拆式钢筋桁架楼承板，如图3 所示[9]。电梯前室和卫生间因预埋管线或留洞较多，可采用现浇混凝土楼板。

图3 钢筋桁架楼承板

5 围护体系

围护体系包括内外墙体，是装配式钢结构住宅建筑中的关键组成部分[10]。围护墙体与建筑功能和结构布置相协调以及与内装机电一体化集成设计是关键。

5．1 内墙体系

目前常用于钢结构住宅内墙体系一般有轻钢龙骨轻质隔墙板、蒸压加气混凝土条板（ALC板）、钢结构镶嵌ASA板。

参照上述3种内墙板的特点及优势，综合考虑装配式钢结构周转居住建筑特点，选型如下：

（1）分户隔墙采用蒸压加气混凝土条板（ALC板）

蒸汽加压混凝土条板模块化程度高，按照设计要求工厂裁剪、现场拼装组合。能较好满足住宅分户隔墙的保温隔声要求。

（2）户内隔墙采用轻钢龙骨轻质隔墙

轻钢龙骨隔墙体系具有灵活布置、安装方便的特点，为后期改造提供良好条件，同时可以很好地实现管线分离。

5．2 外墙体系

外墙体系需要具备围护装饰、保温隔声、防火防水等多项性能要求，还需具有良好耐久性。目前外墙系统除龙骨组装幕墙和玻璃幕墙系统能够基本具备上述性能外，其他墙体材料都需通过复合来弥补自身缺失的功能以实现装配式外墙的基本性能。装配式钢结构住宅由于受到使用功能、建筑节能、造价和应用范围的限制，在外墙体系上很少使用幕墙，所以自保温外墙体系以及复合外保温墙板体系成为目前相对合适的选择。

目前常用的钢结构住宅外墙有增强型蒸汽加压混凝土板（ALC板）、玻纤增强无机材料复合保温墙板、水泥夹芯板（DK板）、轻型钢丝网架聚苯混凝土板和灌浆墙体。增强型蒸汽加压混凝土板具有保温隔热、耐火阻燃、轻质绿色，兼具良好加工性等优点，可为外围护墙板的首选，其外饰面可根据需要选用涂料或者其他外饰面材质，均可在ALC板的外叶板上较好地实现。

居住建筑在平面布局上往往存在合理的转折和凹凸，作为装配式钢结构住宅外墙板不宜选用大板或者难以加工切割的板材；应严格遵循标准化、模数化，少规格、多组合的设计理念，外墙可以通过少量规格小板组合拼接，达到提质增效目标。

6 机电体系

作为高质量生活方式的安置区周转居住建筑，其机电设计在系统形式、设备、材料选择上也应突破一般建筑的设计方式，充分体现临时性、合理性、先进性。在管线敷设方式上采用SI体系实现支撑体与填充体分离达到管线分离目标。干法施工，充分发挥SI体系延长建筑寿命、管线便于检漏、维修、更换的优势[11－12]。

（1）给排水体系

SI体系住宅给排水是将管线敷设于架空层或装配式内装隔墙的空腔内，做到了与支撑体系全分离，在提高效率及质量的同时，减少了建筑垃圾和能源消耗，且便于管线的维护与改造。户内给水、中水、热水管设在地板架空层内、墙体管线空间内和集成卫浴吊顶内，卫生间和厨房均为同层排水；采用屋面集中集热、户内分散储热的太阳能生活热水系统、给水管快速即插安装的专用接头、模块式户内中水集成系统和集成卫浴。模块式户内中水集成系统节约用水，并保证了冲厕用水的水质。干式排水法如图4所示。

图4 干式排水体系

（2）暖通体系

SI体系中住宅采用快装集成采暖地面系统，以地脚螺栓架空层找平，入户采暖管线敷设在架空层内，在地脚螺栓上敷设轻质地暖模块，最后在模块上加覆不同的地面材质，形成一体化的新型架空地面系统。整个地板系统高度约为130 mm，管线做到与支撑体系全分离。

在安置区的临时性住宅建筑，各房间（除卫生间外）采用模块式快装集成地板辐射供暖。地板辐射供暖管道敷设于轻质地暖模块内，入户采暖供回水管敷设在轻质地板采暖模块下方的架空层内，分集水器设于厨房。架空层采暖系统如图5所示。

图5 架空层采暖系统

（3）电气体系

SI体系住宅电气系统要求强、弱电户箱暗装于轻钢龙骨隔墙上，插座水平管线敷设于地板架空层内，照明水平管线敷设于吊顶内，垂直管线在装饰夹层或轻质隔墙中敷设，开关、插座安装于装修装饰面与墙体夹层空间或轻钢龙骨隔墙中，完全实现管线分离。

7 总结

（1）装配式钢结构建筑具有绿色节能快建的优点，是周转居住建筑的首选建筑结构类型；钢框架结构体系和钢框架支撑体系是多层临时性住宅建筑的首选结构形式。

（2）可拆式钢筋桁架楼承板具有重量轻、运输安装方便、无需吊顶和底模的特点，宜优先考虑。

（3）墙体体系需要根据装配式建筑的特点和具体的施工场地、施工条件进行选择，内外墙体宜分别优先考虑轻钢龙骨墙板和增强型加气混凝土条板（ALC）。

（4）机电管线采用SI体系可实现管线分离和干法施工，便于维修改造满足不同住户的要求。