裝配式鋼結構+BIM技術在高層住宅建築中的應用

時間：2019-08-08 18:13:57 點擊：1909 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築三大結構體系之，具有抗震性能好、建築品質高、制作簡單、施工快、綠色、環保等優點。本文結合某實際工程，詳述裝配式鋼結構在高層住宅建築中的應用優勢。

　　2016年2月，中共中央務院《關于進步加強城市規劃建設管理工作的若幹意見》(中發〔2016〕6号)提出發展新型建造方式，指出大力推廣裝配式建築，積穩妥推廣鋼結構建築。深圳市積貫徹落實務院的意見，于2016年6月27日，印發了《關于加快推進裝配式建築的通知》(深建科工〔2016〕22号)，面促進深圳市裝配式建築的發展。

　　裝配式鋼結構建築

　　傳統建築的建造方式采用現場現澆或焊接的工藝，其現場施工條件差、工程質量難以保證，資源浪費嚴重，産生大量的建築垃圾，無法滿足建築工業化的發展需求。

　　裝配式鋼結構建築的建造方式是将建築中的主要構件和部品在工廠制造完成，再運輸到現場，經機械化安裝後，形成滿足預定功能要求的建築物。裝配式鋼結構建築具有抗震性能好、建築品質高、制作簡單、施工快、綠色、環保等優點。

　　裝配式鋼結構建築已經在美、日本、澳大利亞等發達家廣泛應用，可以給社會帶來巨大的綜合益，同時帶動其它行業的快速發展。目前，裝配式鋼結構建築在中屬于剛起步階段，且主要以多層建築為主，在高層建築中應用很少，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。本文将以其為例，剖析裝配式鋼結構應用在高層住宅建築中的優勢。

　　項目概況

　　該項目位于深圳市南山區，由住宅、公寓、還遷住宅、養老酒店等8棟高層建築組成，占地6.7萬平方米，計容建面33.7萬平方米。

　　▲ 地塊總體規劃示意圖

　　根據建築使用性能、平立面的規整性與建築高度，本案選取8棟建築中具有代表性的4号建築進行研究。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，其中标準層面積約710㎡，每層6戶(3種戶型)，地上總面積約4萬㎡。

　　深圳南山區抗震設防烈度7度(0.1g)，設計地震分組為組，場地類别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，放大後查看。

　　▲ 4号建築平面圖

　　▲ 4号建築立面圖

　　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，導緻結構設計難度很大。針對這類高層住宅建築，傳統做法是采用混凝土結構，通過增大構件截面、設置剪力牆等方法來增加結構剛度，以滿足結構安性與舒适性的需求。但是傳統做法對建築品質有較大影響，且施工工期較長，無法實現建築工業化的目标。

　　為解決以上難點，同濟設計團隊突破傳統設計方法的限制，采用裝配式鋼結構進行設計，以滿足業主高标準的要求。

　　鋼結構方案的結構體系構成：CFT柱型鋼框架+支撐+黏滞阻尼牆。支撐布置于公共交通區域與建築隔牆的位置，黏滞阻尼牆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

　　▲ 黏滞阻尼牆構造圖

　　▲ 某項目黏滞阻尼牆安裝示意圖

　　采用鋼結構設計的優點

　　相比于傳統混凝土結構，本項目采用鋼結構體系具有多個方面的優勢。

　　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。

　　建築品質

　　由于住宅類建築對建築使用功能要求高，通過采用鋼結構體系，有地提升了建築品質。

　　（1）建築牆厚可由700mm降低到450mm(降低36%)，建築使用面積增加。

　　▲ 混凝土方案标準層（裝修後牆厚700mm）

　　▲ 鋼結構方案标準層（裝修後牆厚450mm）

　　（2）支撐布置于公共交通區域的隔牆位置，室内戶型可任意分割(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)

　　（3）将鋼管混凝土柱扁長化和采用内部裝修技術，有解決室内露梁露柱等建築功能問題。

　　▲ 建築戶型圖(C1戶型)

　　▲ 建築戶型圖(C2戶型)

　　▲ 建築戶型圖(C3戶型)

　　抗風舒适度

　　本項目所在地區10年遇風荷載達到0.45kN/㎡，且結構高寬比較大，結構風振下的舒适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牆，提高結構剛度，改善結構的風振舒适度，但是會進步增強結構的地震作用，這種方法不夠經濟，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，通過有地布置黏滞阻尼牆，充分發揮耗能減振（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，鋼結構方案的舒适性優于傳統混凝土方案。

　　施工工期與預售期

　　（1）施工工期

　　鋼結構大部分構件在工廠生産，運往現場後整體組裝，施工工期短。根據調研結果，鋼結構建築地上主體結構标準層施工速度約為4天。混凝土結構受施工過程中各因素的制約，工期較長，般地上主體結構标準層施工速度約為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，可節約施工工期110天（約3.7個月）。施工周期縮短，有助于實現原定項目進度要求。

　　（2）商品房預售期

　　根據深圳市相關政策，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、三闆體系、衛生間與陽台等選型工作，為實現鋼結構建築的結構系統、外圍護系統、内裝系統、設備與管線系統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築功能之間的關系，優化結構體系與結構布置；選取合适的内外牆體系，細化建築節點構造，實現建築功能高标準的要求。