李 斌

臨沂市建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 山東 臨沂 276000

1 概述

裝配式建筑是指結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)的主要部分采用預(yù)制部品部件集成的建筑。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑是指建筑的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由鋼部（構(gòu)）件構(gòu)成的裝配式建筑。相對(duì)于普通的混凝土結(jié)構(gòu)，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑自重較輕、綠色環(huán)保，是一種非常好的結(jié)構(gòu)形式，但外墻體系與傳統(tǒng)建筑存在差別，較為復(fù)雜，防火和防腐問題也需要引起重視。

2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)選型

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在方案設(shè)計(jì)時(shí)需要預(yù)先選擇結(jié)構(gòu)形式，目前常用的結(jié)構(gòu)形式有以下幾種：

1） 框架結(jié)構(gòu)。此類結(jié)構(gòu)形式計(jì)算方便，施工也相對(duì)容易，但抗側(cè)力體系剛度相對(duì)弱一些，在高烈度地區(qū)，地震荷載計(jì)算下的位置不容易控制，梁柱截面可能會(huì)大一些。

2） 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。此類結(jié)構(gòu)多采用鋼管混凝土柱、型鋼梁作為主要受力構(gòu)件。這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)是抗側(cè)力體系剛度較純鋼框架大，鋼柱的用鋼量要小一些，但由于柱內(nèi)要填充混凝土，對(duì)施工質(zhì)量的要求相對(duì)較高。

3） 框架支撐結(jié)構(gòu)，可采用普通型鋼支撐或者屈曲約束支撐（BRB）。這種結(jié)構(gòu)形式對(duì)位移的控制更嚴(yán)，因而能夠更好的控制內(nèi)外墻板在風(fēng)荷載和地震荷載下的變形。但由于加支撐的位置會(huì)影響建筑要求，在選擇的時(shí)候會(huì)受到一定的限制。

4） 采用減隔震技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)配合減隔震裝置使用，可更好的控制地震荷載的影響，在今后也是裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用的一個(gè)方向。

3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題及對(duì)策

1） 抗震等級(jí)及地震加速度的選取。裝配式鋼結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于學(xué)校、醫(yī)院等公共建筑，而此類建筑中根據(jù)規(guī)范要求屬于重點(diǎn)設(shè)防類的，其抗震等級(jí)應(yīng)按比本地區(qū)提高一度的抗震設(shè)防烈度選取。同時(shí)，對(duì)于學(xué)校、醫(yī)院建筑，國(guó)家也有相關(guān)文件明確要求，其設(shè)計(jì)基本地震加速度應(yīng)按比本地區(qū)提高半度的要求選取。對(duì)于同屬于教育建筑的大學(xué)建筑，根據(jù)規(guī)范理解，其抗震等級(jí)仍可按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度選取抗震等級(jí)，但其地震加速度的選取仍應(yīng)按文件要求的比本地區(qū)提高半度的要求選取。

2） 設(shè)計(jì)規(guī)范的選用。不同規(guī)范的要求可能不同，設(shè)計(jì)時(shí)要注意規(guī)范指標(biāo)的選中。如根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，多高層鋼結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角限值為1/250，但根據(jù)《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》的要求，鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角限值為1/300。同理，采用減隔震設(shè)備的結(jié)構(gòu)也需滿足減隔震規(guī)范的要求。

3） 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)問題。由于裝配式鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目的梁柱節(jié)點(diǎn)等部件大多數(shù)都是工廠加工后現(xiàn)場(chǎng)安裝，其對(duì)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的要求就更加嚴(yán)格。

下面舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，圖1所示的外包柱腳是鋼結(jié)構(gòu)中的常用形式，在短柱縱筋的頂部通長(zhǎng)都設(shè)有彎鉤，為了節(jié)省造價(jià)，此短柱截面通長(zhǎng)不會(huì)做的過大?，F(xiàn)場(chǎng)安裝的時(shí)候會(huì)先澆筑基礎(chǔ)混凝土及預(yù)埋短柱縱筋，若柱腳底板比短柱略小，這時(shí)就可能產(chǎn)生柱腳安裝不進(jìn)鋼筋籠的問題，又由于短柱縱筋一般直徑較大，想將縱筋扳一個(gè)角度再放鋼柱腳也非常困難。

圖1 外包式柱腳詳圖

4） 使用鋼筋桁架樓承板時(shí)鋼梁的結(jié)構(gòu)標(biāo)高問題。裝配式鋼結(jié)構(gòu)往往選用鋼筋桁架樓承板作為結(jié)構(gòu)樓板，不同板厚的兩塊板在拼板處的鋼梁需要考慮板頂標(biāo)高的問題。

5） 鋼管混凝土柱材料及施工要求。鋼管混凝土柱內(nèi)的混凝土宜采用自密實(shí)混凝土，應(yīng)在鋼管壁適當(dāng)位置留有足夠的排氣孔。若有異常，可采用超聲波對(duì)混凝土進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)澆筑不密實(shí)的部位，可采用鉆孔壓漿法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，然后將鉆孔進(jìn)行補(bǔ)焊封固。

6） 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的建筑外立面宜規(guī)則、平直，盡量減少曲線弧面，以減小外墻板安裝及拼接的難度，也有利于建筑防水做法。

4 墻板的選用及節(jié)點(diǎn)要求

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑經(jīng)常選用蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土板(ALC板)或類似產(chǎn)品作為建筑的內(nèi)外墻板。ALC板作為填充墻用于外墻時(shí)包括內(nèi)嵌和外掛的形式。

ALC板作為圍護(hù)墻體使用，是以兩端與主體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支連接參與工作。墻板兩端采用U型卡、直角鋼件法或?qū)Ｓ眠B接件與螺栓等形式與主體結(jié)構(gòu)連接。應(yīng)該注意的是內(nèi)外墻墻板與主體結(jié)構(gòu)的連接方式是不一樣的，外墻不能簡(jiǎn)單地以U型卡的方式連接。

當(dāng)單層條板隔墻采取接板安裝且在限高以內(nèi)時(shí)，豎向接板不宜超過一次，且相鄰條板接頭位置應(yīng)至少錯(cuò)開300mm。條板對(duì)接部位應(yīng)設(shè)置連接件或定位鋼卡，做好定位、加固和防裂處理。

墻板門窗洞口需要采用角鋼、扁鋼等方式加強(qiáng)。加強(qiáng)角鋼或扁鋼兩端與鋼梁需做有效連接。外墻門窗洞口的加強(qiáng)角鋼或扁鋼及兩端的連接焊縫等需做風(fēng)荷載下的承載力驗(yàn)算。

5 實(shí)例分析

本工程為一地上五層的高校教育建筑，結(jié)構(gòu)形式采用鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)基本地震加速度為8度(0.20g)，調(diào)整后的設(shè)計(jì)基本地震加速度為8度(0.30g)，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地類別為II類，結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)按8度區(qū)的要求取為二級(jí)。本工程采用獨(dú)立基礎(chǔ)。柱腳采用外包式剛接柱腳，在正負(fù)零位置設(shè)有鋼筋混凝土地梁層。本工程的建筑平面如圖2所示。

圖2 建筑平面圖

本工程結(jié)構(gòu)柱為方形和圓形鋼管混凝土柱，鋼梁主要采用H型鋼梁，板采用鋼筋桁架樓承板。鋼結(jié)構(gòu)材料為Q345B，柱內(nèi)填充C40自密實(shí)混凝土，板、基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。

在結(jié)構(gòu)選型的時(shí)候，曾對(duì)本工程進(jìn)行過三種結(jié)構(gòu)形式的試算，現(xiàn)比較分析如下：

表1 結(jié)構(gòu)選型分析

從表1數(shù)據(jù)可以得知，鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)的柱截面和壁厚及用鋼量最大，位移指標(biāo)也較大。鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)和鋼框架-偏心支撐結(jié)構(gòu)造價(jià)及位移指標(biāo)比較接近，但考慮到建筑要求，最后選擇鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)。

6 結(jié)論及展望

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在結(jié)構(gòu)選型時(shí)，應(yīng)結(jié)合建筑要求，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式，并正確選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)重視鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)的細(xì)部構(gòu)造及內(nèi)外墻墻板的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。隨著裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用發(fā)展，在高烈度地區(qū)，裝配式鋼結(jié)構(gòu)與減隔震技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用也將成為一個(gè)新的方向。