王遠方

（愿景集團）

1 引言

目前鋼結構建筑在世界上已經(jīng)普遍得到應用，全世界101 棟超高層建筑中，純鋼結構的有59 棟，同時國外60%以上的高檔住宅都采用了鋼結構，而在我國還不足5%.差距非常明顯。但隨著我國人民整體生活水平的提高，對住宅質量、品質的要求也會提高。

例如北京金宸公寓已被列為建設部住宅鋼結構體系示范工程，鋼結構住宅工業(yè)化加工減少了工地現(xiàn)場的濕作業(yè)，施工不受季節(jié)限制速度快、噪音小、粉塵污染少、鋼鐵可回收重復利用等優(yōu)點，不僅能使住宅有效使用面積提高6%，還能使工程成本可以降低5%，可給用戶帶來更美妙的生活體驗。

為了推動建造方式創(chuàng)新和大力發(fā)展綠色節(jié)能環(huán)保的持續(xù)發(fā)展要求，國務院辦公廳于2016 年底發(fā)布了《關于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見》國辦發(fā)[2016]71 號。筆者也有幸參與到滄州市某鋼結構高層住宅項目設計中，通過對裝配式鋼結構住宅技術的研究和已建設項目的考察，解決了電氣專業(yè)在相關產(chǎn)業(yè)化設計中遇到的主要問題，項目整體產(chǎn)業(yè)化方案也通過了專家評審?，F(xiàn)就電氣專業(yè)和專業(yè)間協(xié)同的一些問題和解決方法進行梳理和分析。

2 項目簡介

項目位于河北省滄州市區(qū)西部，規(guī)劃總用地面積5.6 萬㎡，其中本棟樓為政府調控房，同時作為裝配式鋼結構住宅建設試點項目。本樓總建筑面積4 萬㎡，高度80m 為一類高層建筑，地上27 層，地下3 層。其中地上首層和二層局部為商業(yè)網(wǎng)點，3 層至27 層為住宅共260 戶，地下一、二層為自行車庫和設備用房，地下三層平時為自行車庫，戰(zhàn)時為甲類二等人員隱蔽。建筑地上為鋼管混凝土框架支撐結構，樓板為鋼筋桁架樓承板，地下為現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結構，采用樁筏基礎。

3 裝配式鋼結構形式住宅特點

此次政府調控房采用裝配式鋼結構形式是經(jīng)過了技術成熟度、建造成本、施工周期、環(huán)境保護等多因素綜合論證的結果。國內的鋼材已經(jīng)在抗拉、抗壓、抗剪上達到了較高的性能。鋼結構的技術特點在于構件塑性和變形能力強，截面面積小、重量輕，可節(jié)約資料和投資造價。此外，由于主要的鋼梁、鋼柱和內外墻板都是在工廠集中完成的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，建設階段在現(xiàn)場進行工業(yè)化裝配，所以施工速度快且粉塵少、噪音，對周圍環(huán)境的影響較傳統(tǒng)施工方法大大降低。當建筑使用壽命結束需要改造或拆除時，鋼構件及其他環(huán)保材料生產(chǎn)的墻板都可回收或降解處理，符合國家對建設行業(yè)提出的可持續(xù)發(fā)展要求。

圖1 建筑標準戶型及結構梁柱平面圖

裝配式鋼結構住宅的構造明顯不同于傳統(tǒng)住宅。為滿足產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)需求，結合調控房的功能和指標等特點，此次戶型設計就前置考慮了模數(shù)化、標準化、靈活多樣等問題，結構墻布置盡可能規(guī)整[1]。結合鋼結構體系僅需要依靠鋼框架體系稱重的特點，住宅內各個房間依靠大跨距空間可以靈活布置并且盡量標準化設計。本項目產(chǎn)業(yè)化標準戶型如下圖1 所示。

裝配式鋼結構住宅的內、外墻及樓板的特點是產(chǎn)業(yè)化預制。其中，外墻板采用鋼筋混凝土外掛預制墻板，內墻采用ALC 蒸壓輕質混凝土預制墻板拼接，樓板采用預制鋼筋桁架疊合板樓板，梁柱均采用焊接H 型或箱型鋼構件[2]。故此次電氣設計與傳統(tǒng)鋼筋混凝土結構住宅不同，預制內外墻板和預制疊合板均需要將部分電氣管線和接線盒提前在工廠生產(chǎn)時就預制在構建中并預留連接和安裝條件。建筑的鋼梁柱也需要在工廠預制時提前預留電氣管線的通道開孔，以便電氣管線能精準隱蔽的穿越鋼梁柱又不破壞鋼梁的完整性。

圖2 管井與戶內配電箱位置圖

4 電氣產(chǎn)業(yè)化主要內容及要點

4.1 電氣豎井與住戶強、弱電箱位置選擇

為減少住宅建筑的公攤面積，本項目各單元的兩個住戶共用一處電氣管井，電井位置靠近住戶強、弱電箱。優(yōu)點是供電半徑短，電壓損失小，供電質量高。井道內部豎向管線較多，為避免預制樓板中有大量開孔的產(chǎn)生，故電井設置在預制疊合樓板范圍之外，井內采用后澆樓板來減少預制難度。

如圖2 所示，裝配式鋼結構住宅的戶內強、弱電箱設置原則和規(guī)范與普通住宅相同，需盡量暗裝保證美觀。由于戶內強、弱電箱進出線管較多且尺寸較大，應盡量在玄關、起居室內便于檢修且非預制、非承重的墻上暗裝，避免安裝在分戶承重隔墻上。經(jīng)過與建筑專業(yè)的綜合討論，最終暗裝在廚房朝玄關一側不臨爐灶的非預制墻體上，局部加厚到200mm 并在箱體背后做防潮特殊處理，選擇此處還因為此非承重墻體上方?jīng)]有鋼梁不會影響強、弱電箱進出管線與水平線管的連接，兩個箱體錯開排列保持100mm 的距離以減少線管在敷設到地面時的集中交叉。

4.2 電氣專業(yè)干線設計

項目戶內配電箱自電井處引入戶的干線線纜為BV-3x16mm2的導線，穿線管采用SC32 焊接鋼管，外徑為42mm左右，戶內分支線中插座回路在地面敷設時考慮與進戶干線交叉，穿線管采用PC20 塑料管，外徑為20mm，一次交叉后高度為SC32+PC20=62mm，疊合樓板后澆層還需加上橫縱支撐采用的φ8mm鋼筋網(wǎng)和15mm 混凝土保護層，最終二次現(xiàn)澆層厚度最少需要85mm。

圖3 疊合樓板及桁架鋼筋圖

因此，如圖3 所示，因電氣進戶管和水暖進戶管截面較大且都只能敷設在疊合樓板的二次現(xiàn)澆層，所以裝配式鋼結構住宅的電氣管井需盡量貼近住戶門設置且提前規(guī)劃好各專業(yè)管線的走向，避免管線在現(xiàn)澆疊合層內交叉。綜合建造成本及建筑效果，決定將電氣入戶干線路由區(qū)域的疊合樓板后澆層厚度增至90mm，疊合樓板總體厚度為150mm，可以解決管線交叉問題，但會造成此區(qū)域層高降低；住戶內部與核心筒其他區(qū)域疊合樓板由下層60mm 預制層及上部60mm 的后澆層組合而成，疊合樓板總體厚度為120mm。此外，弱電部分為光纖入戶，自電井引入戶箱一根兩芯光纖，穿線管外徑與戶內分支線外徑相同為25mm，因此需提前規(guī)劃好強、弱電進戶線路由，避免與強電進線及戶內分支管線疊加造成三層管線交叉即可[3]。

4.3 電氣專業(yè)分支線設計

裝配式鋼結構住宅的公區(qū)及戶內電氣設計與普通住宅基本一樣，標準層電氣平面圖如圖4 所示。

首先，各層公共區(qū)域照明配電回路水平連接，由于樓梯間為鋼結構加鋼樓梯的設計，所以樓梯半跑平臺處的疏散指示及應急照明電源管線需在鋼樓梯梯段下沿墻角明敷引至整跑平臺處燈具回路，采用鍍鋅鋼管敷設并涂刷防火漆。為減少電氣暗埋管線穿越鋼梁對結構帶來的破壞，同時便于施工和檢修，公共區(qū)域照明選用自帶聲光控開關的燈具；消防感煙探測器、應急廣播等盡量選用吸頂安裝方式；電氣豎井內的管線盡量采選明敷方式。

圖4 電氣分支管線設計

其次，戶內強、弱電箱選擇放置在非預制、非承重的墻面，故與普通住宅相同，箱體進出的豎向管線不受預制構件影響。雖然墻體是二次澆注的輕墻，但要盡量將進出線集中敷設以方便豎向與水平疊合板后澆層中管線的銜接。戶內照明、插座及網(wǎng)絡等分支線管采用PC20 或PC25 的塑料管敷設，因預制疊合樓板后澆層厚度較薄，所以照明、插座等末端點位在設計時要綜合布置并優(yōu)化管線路由，減少線管交叉次數(shù)，線管總管徑厚度不應大于疊合層或墊層的1/2，且暗敷時保護層厚度不小于15mm。

4.4 末端點位預留和管線銜接

裝配式住宅普遍采用精裝修交房，故戶內照明燈具、插座及控制開關點位是按精裝修標準設計并滿足產(chǎn)業(yè)化要求。住宅內墻板采用蒸壓加氣混凝土ALC 預制板，優(yōu)點是板內有雙層鋼筋網(wǎng)，重量輕并且強度高，缺點是不能實現(xiàn)照明開關、強弱電插座等分支線管及接線盒的預留預埋，需要在現(xiàn)場剔槽施工，雖會造成粉塵，但管線施工銜接方便靈活，便于日后二次改造裝修。本次安裝強、弱電末端插座接線盒便采用現(xiàn)場剔槽施工，線盒開槽深度為50mm，注意ALC內墻板需雙面接線盒開槽時，應錯開位置避免墻面被打通。如圖5 所示，照明回路線管敷設在鋼筋桁架疊合樓板的二次澆注層中，故預留燈具接線盒時需要注意使用100mm 深的高裝燈盒，并且設計時要提前與結構專業(yè)溝通，在工廠預制疊合樓板時，預留燈盒位置要避開鋼筋桁架。

圖5 電氣管線穿鋼梁銜接及接線盒預留做法

此外，水平與豎向間管線的銜接也十分重要。如圖5 所示，對于公共區(qū)域的消防手報按鈕、消火栓按鈕、聲光警報燈、門上安全指示燈具等設備管線以及戶內墻壁照明開關等管線需要與上層疊合樓板現(xiàn)澆層內水平管線連接，此次采用在預制ALC 墻體上方與鋼梁連接處預留接線洞的方式解決。

為盡量避免豎向管線穿越鋼梁，最好選擇內墻板一側厚出鋼梁一定寬度的墻面預留照明開關接線盒，利用鋼梁和外側石膏板中的孔隙敷設線管。如必須由頂板將管線引下至鋼梁與內墻板同寬的墻面時，則提前與結構專業(yè)共同確定鋼梁開孔位置和直徑，一般開孔直徑不大于鋼梁一側截面的1/2，開孔橫向排列時間距不小于100mm，并由工廠在預制鋼梁時提前預留開孔以確保鋼結構的安全性。

5 鋼結構住宅建筑防雷接地特點

裝配式鋼結構住宅和普通住宅一樣，經(jīng)過預計雷擊次數(shù)計算，本項目按三類防雷等級設防，區(qū)別主要在于防雷接地的具體做法。

在防直擊雷方面，本項目在屋頂女兒墻上設置接閃帶，網(wǎng)絡不大于20mx20m 或24mx16m，防雷引下線利用建筑豎向鋼柱且間隔不大于25m，同時要求地上鋼結構的鋼梁、鋼柱需互相緊密連接，形成電氣貫通。特殊的是，因為地下包含人防層，所以本樓采用樁筏基礎，樓體首層以下為現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結構，地上部分箱型鋼柱需在地下一層與地下部分鋼筋混凝土柱完成轉換。

圖6 鋼柱與混凝土柱轉換示意圖

如圖6 所示，地上鋼柱在首層底板處增加鋼骨混凝土插入式柱腳，插入式柱腳底部使用地腳錨栓與地下鋼筋混凝土柱相連。其中，插入式柱腳內箱型鋼柱增加栓釘及橫向鋼筋，需與地下混凝土柱內的豎向鋼筋綁扎并焊接，以確保轉換層的鋼骨混凝土柱內橫向鋼筋、鋼柱上的栓釘、地下鋼筋混凝土柱內的橫豎向鋼筋以及樁筏基礎內鋼筋全部貫通，才能保證屋頂接閃器、防雷引下線及基礎接地極之間的可靠連接。

在防側擊雷方面，樓高超過60m 需要每三層利用均壓環(huán)將外墻上的門窗、欄桿等較大的金屬物做防雷接地措施[4]。和普通住宅建筑相比，本項目利用每層的鋼結構外圈梁直接作為均壓環(huán)，再用φ10mm 的圓鋼將突出外墻的金屬物的連接預埋件與鋼梁可靠焊接即可滿足防側擊雷要求。

6 結語

通過筆者的實際工程經(jīng)驗，介紹了裝配式鋼結構住宅電氣專業(yè)產(chǎn)業(yè)化及防雷接地的特點和設計要點，希望行業(yè)內電氣設計人員在今后裝配式鋼結構住宅電氣設計項目中能充分考慮建筑構造特點，提高電氣產(chǎn)業(yè)化水平的同時為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展盡自己的一份力。