王振波

摘要：以某省裝配式鋼結構建筑項目為依托，結合MIDAS/Gen有限元分析軟件對鋼結構建筑外墻板的安裝施工精度控制進行了分析研究。通過建立兩種不同的施工方案模擬了外墻板“上拉下托”式的節(jié)點連接方式下荷載對鋼結構變形的作用。研究結果表明：鋼結構建筑裝設外墻板較未裝設外墻板的節(jié)點撓度增大，且隨外墻板安裝層數的增加，鋼撓度絕對差值隨樓層的增加而逐漸增大；按照每3層劃分為一施工段時，在進行第6層外墻板裝設時整個施工階段的鋼梁撓度絕對差為最大值，且最大值滿足要求；按照每5層劃分為一施工段時，在超過第7層以上外墻板裝設時，鋼梁撓度絕對差值均大于相關規(guī)范規(guī)定的允許范圍，不滿足要求。因此不能夠僅為提高施工進度而按照每5層為一施工段進行施工，導致外墻板裝設不安全。

關鍵詞：鋼結構；裝配式；建筑外墻板

1 引言

裝配式建筑是由按設計制作的預制構件在工地裝配的建筑。裝配式建筑包括裝配式混凝土建筑、裝配式鋼結構建筑、裝配式木結構建筑及各類裝配式組合結構建筑等。裝配式建筑的承重結構主要由預制構件和現澆構件組成、圍護和分隔墻體采用預制方式，并裝修一體化。裝配式建筑設計的方案階段是整個設計環(huán)節(jié)的重中之重；與傳統(tǒng)結構的設計相比結構設計師在方案階段的作用更加重要，施工圖設計階段應注重細部節(jié)點的推敲。裝配式建筑設計的前期方案要考慮的問題是預制裝配率，預制裝配率是指裝配式建筑±0.000以上的預制構件、裝配式內外圍護墻等體積或面積占該部分總面積的比率。預制裝配率是評價裝配式建筑的主要指標，反應了裝配式建筑中裝配率程度。設計中應明確建筑單體的預制裝配率情況。各地對于預制裝配率指標都給出了一些地方性的規(guī)定，如根據江蘇省的相關文件中給出預制內外墻板、預制樓梯板、預制樓板（簡稱三板）在單體建筑中的應用比例不得低于60%。

2 建筑結構設計發(fā)展

裝配式建筑的外立面強調免抹灰技術、一次成型技術（如瓷磚反打），避免外立面施工時進行大量的濕作業(yè)。裝配式建筑的立面造型應該通過陽臺板、空調板等出挑構件的有序布置實現；應該通過線腳、立面材質以及陰影的變化實現；不應該通過主體結構的里凸外進實現。裝配式結構設計的計算采用和現澆結構一樣的計算原則。預制構件的設計宜采用建筑模塊化設計思路，確保預制構件的鋼筋與預留洞口、預埋件等構件同建筑相吻合，簡化預制構件連接節(jié)點施工；預制構件的形狀、尺寸、重量等應滿足制作、運輸、吊裝、安裝各環(huán)節(jié)的要求；預制構件的配筋設計應便于工廠化生產和現場連接。裝配式結構設計中結構構件的拆分與建筑平面、立面的調整是同時進行的，此過程是落實標準化設計的過程。裝配式結構設計這兩年得到了很好的發(fā)展，積累了不少經驗，如嵌固部位樓板需要做現澆（地下室頂板需要做現澆）。

地下室頂板設計條件和標準層不一樣，也無法實現規(guī)格統(tǒng)一，做成現澆既充分滿足規(guī)范又便于設計和生產；屋面板建議做現澆板，按GB/T51231-2016第5.5.2條要求，屋面板做疊合樓板時代價較大，且屋面板設計條件也不同于標準層，往往有太陽能設備基礎等附屬構件；合用前室部位的樓板建議做現澆，該部位電氣管線密集，多為2排甚至多排電氣管線并行，此處做疊合樓板不便于施工；

3 工程背景

某建筑結構為河北省一裝配式鋼結構建筑項目。該項目總建筑面積約5萬m2，以混合框架-支撐體系為主，框架柱整體以矩形鋼管混凝土為基礎，梁、支撐采用熱軋H型鋼和焊接H型鋼連接，筏板基礎。建筑總高度為82m，其中地下建筑面積為620.41m2，地上建筑面積為10435.6m2。

3.1 圍護結構施工工藝

裝配式鋼結構體系外墻板構件采用工廠預制，現場安裝。由于受現場環(huán)境和施工工況的影響，外墻板需要承受外掛件的重量，特別是下層外掛墻板的安裝，容易導致上層框架出現較大變形。若墻板安裝節(jié)點產生較大變形，則墻板無法按設計要求進行安裝，因此需要合理的施工方案來保證鋼梁上層結構的變形控制在合理范圍內。本項目外墻板采用漸進式、由上而下的安裝方法。由于缺乏相關的規(guī)范和工程實例，因此，采用MIDAS/Gen有限元分析軟件建立外墻板位移較大的節(jié)點模型來計算外墻板的位移，通過軟件模擬來實現不同施工階段下外墻板施工安裝精度和監(jiān)控要求。

3.2 樓板、屋面板設計

工程樓板采用預應力混凝土鋼肋疊合板，由混凝土底板、波紋鋼腹板、混凝土上翼緣組成。其中底板厚度為30mm，波紋鋼腹板高度為45mm，混凝土上翼緣厚度為30mm，總高度105mm，波紋鋼腹板優(yōu)先選用厚度1.5mm，其上下兩端分別錨固于混凝土上翼緣和底板內，其中在底板內的錨固高度為25mm，在上翼緣內錨固15mm，相鄰兩條混凝土上翼緣之間的距離為600mm。預應力鋼筋使用1570級螺旋肋高強鋼絲φH5.0，單根預應力鋼筋張拉控制應力σcon=0.55?ptk，超張拉5%。底板內另設置均布橫向鋼筋C8@200，上翼緣內設置通長縱向鋼筋2C8，預應力筋及上翼緣內鋼筋的保護層厚度均為15mm。該預應力混凝土疊合板開裂荷載大于6kN/m2，極限承載力為8～18kN/m2，跨中撓度為7.75mm，與相同板跨的鋼絲桁架樓板相比，其承載力提高了3.3倍。

3.3 經濟性研究

分別將計算鋼框架、鋼絲桁架混凝土復合墻板和預應力混凝土鋼肋疊合板的成本。鋼材用量475.38t，工日1436，較混凝土框架結構（框架柱600mm×600mm，框架梁300mm×750mm，次梁250mm×600mm）節(jié)約工期50%。鋼絲桁架混凝土復合墻板較200mm厚砌塊加50mm厚EPS保溫墻板相比，工期節(jié)約高達67.8%，節(jié)約建筑面積325.57m2。成本較砌塊+外保溫外墻和200mm厚ALC外墻板降低10%和20%。預應力混凝土鋼肋疊合板施工周期較130mm厚現澆樓板減少68.5%，與130mm厚鋼筋桁架混凝土疊合板相比成本降低24%，具有更好的經濟性。

4 結語

鋼結構建筑裝設外墻板較未裝設外墻板的節(jié)點撓度增大，且隨外墻板安裝層數的增加，鋼梁撓度絕對差值隨樓層的增加而逐漸增大。2）按照每3層劃分為一施工段時，在進行第6層外墻板裝設時，獲得整個施工階段的鋼梁撓度絕對差最大值，其中第6層量節(jié)點的最大撓度絕對差值為4.872mm，最大撓度差出現在鋼梁A左側節(jié)點，且滿足JGJ/T157—2014要求。3）按照每5層劃分為一施工段時，在超過第7層以上外墻板裝設時，鋼梁撓度絕對差值均大于JGJ/T157—2014規(guī)定的允許范圍，不滿足施工要求。因此不能夠僅為提高施工進度而按照每5層為一施工段進行設計施工，導致外墻板裝設超出JGJ/T157—2014要求。

參考文獻

[1]舒春香.綠色裝配式鋼結構建筑體系的研究與應用[J].住宅與房地產，2017（33）：19.

（作者單位：中國二十二冶集團有限公司）