來源：同濟設計TJAD（ID: tjad-news）

裝配式鋼結(jié)構(gòu)作為裝配式建筑三大結(jié)構(gòu)體系之一，具有抗震性能好、建筑品質(zhì)高、制作簡單、施工快、綠色、環(huán)保等優(yōu)點。本文結(jié)合某實際工程，詳述裝配式鋼結(jié)構(gòu)在高層住宅建筑中的應用優(yōu)勢。

2016年2月，中共中央國務院《關(guān)于進一步加強城市規(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，積極穩(wěn)妥推廣鋼結(jié)構(gòu)建筑。深圳市積極貫徹落實國務院的意見，于2016年6月27日，印發(fā)了《關(guān)于加快推進裝配式建筑的通知》(深建科工〔2016〕22號)，全面促進深圳市裝配式建筑的發(fā)展。

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(zhì)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(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(jié)構(gòu)建筑具有抗震性能好、建筑品質(zhì)高、制作簡單、施工快、綠色、環(huán)保等優(yōu)點。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑已經(jīng)在美國、日本、澳大利亞等發(fā)達國家廣泛應用，可以給社會帶來巨大的綜合效益，同時帶動其它行業(yè)的快速發(fā)展。目前，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在中國屬于剛起步階段，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(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)應用在高層住宅建筑中的優(yōu)勢。

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(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)，設計地震分組為第一組，場地類別Ⅱ類，場地特征周期Tg=0.35s。10年一遇風荷載0.45kN/㎡，50年一遇風荷載0.75kN/㎡，100年一遇風荷載0.9kN/㎡。

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▲ 4號建筑平面圖

▲ 4號建筑立面圖

由于本項目結(jié)構(gòu)高寬比達到10.1，且水平風荷載大，導致結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，通過增大構(gòu)件截面、設置剪力墻等方法來增加結(jié)構(gòu)剛度，以滿足結(jié)構(gòu)安全性與舒適性的需求。但是傳統(tǒng)做法對建筑品質(zhì)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(jié)構(gòu)進行設計，以滿足業(yè)主高標準的要求。

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

▲ 某項目黏滯阻尼墻安裝示意圖

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

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） 降低基礎造價(約25%)；（2） 降低地震作用，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。

由于住宅類建筑對建筑使用功能要求高，通過采用鋼結(jié)構(gòu)體系，有效地提升了建筑品質(zhì)。

（1）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(jié)構(gòu)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(nèi)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(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)

（3）將鋼管混凝土柱扁長化和采用內(nèi)部裝修技術(shù)，有效解決室內(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)

本項目所在地區(qū)10年一遇風荷載達到0.45kN/㎡，且結(jié)構(gòu)高寬比較大，結(jié)構(gòu)風振下的舒適度問題需要重點關(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)的風振舒適度，但是會進一步增強結(jié)構(gòu)的地震作用，這種方法不夠經(jīng)濟，且效率低。

針對本項目的特點，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，通過有效地布置黏滯阻尼墻，充分發(fā)揮耗能減振（震）作用，可有效控制結(jié)構(gòu)的風振加速度，同時降低結(jié)構(gòu)的地震作用。

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

（1）施工工期

鋼結(jié)構(gòu)大部分構(gòu)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(diào)研結(jié)果，鋼結(jié)構(gòu)建筑地上主體結(jié)構(gòu)標準層施工速度約為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，一般地上主體結(jié)構(gòu)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(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個月）。施工周期縮短，有助于實現(xiàn)原定項目進度要求。

（2）商品房預售期

根據(jù)深圳市相關(guān)政策，對于商品房的預售期，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。

對于本項目來說，與混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)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。

在方案設計階段引入BIM技術(shù)，配合結(jié)構(gòu)體系、三板體系、衛(wèi)生間與陽臺等選型工作，為實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)、設備與管線系統(tǒng)集成一體化設計提供信息化支撐。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，細化建筑節(jié)點構(gòu)造，實現(xiàn)建筑功能高標準的要求。

▲ 標準層結(jié)構(gòu)布置BIM模型

▲ 標準層布置BIM模型

▲ 壓型鋼板組合樓板BIM模型

▲ 節(jié)點詳細構(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