預製裝配式鋼結構建築設計的相關問題

陳之豪
天津市美興建築設計事務所（普通合夥）天津市 300000
摘要：隨著建築行業的持續發展，相繼衍生出更多新型的建築建設方式，其中以預製裝配式鋼結構建築結構頗具代表性。在預製裝配式建築進行鋼結構設計時，要注意到各個專業間的協調深化和鋼結構製造工藝的需求，同時要注意鋼結構在施工中的便捷性。當前，我國正處在社會和經濟轉軌的關鍵時期，社會各界對鋼結構的需求越來越大。要推動社會和經濟的穩定發展，就需要建立完善的預製裝配式鋼結構體系，才能推動社會和經濟的可持續發展。
關鍵詞：預製裝配式建築；鋼結構設計；相關問題；控制措施
1導言
近年來，我國高度重視預製裝配式建築的發展，並發布了系列性推進預製裝配式建築發展的利好政策，要求大力發展鋼結構等裝配式建築。鋼結構體系作為新型的預製裝配式住宅結構體系，具有空間劃分靈活、結構穩定、裝配化程度高的優勢。基於此，文章針對預製裝配式鋼結構建築設計的相關問題及控制措施進行了分析，以供參考。
2預製裝配式鋼結構建築設計的應用特點分析
第一，確保建築設計的準確性。鋼結構裝配式建築需要進行協作，各個專業之間通過共用的模型平台進行專業設計的交互。這種工作方式的結果是非常精確的，它的主要特點就是模型的特性非常清晰，不會出現任何的偏差，並且可以保證最大限度地優化設計，讓設計的細節更加的直觀，更加的科學，更加的合理，並且可以通過仿真軟體對工程中的一些難點和難點進行仿真，以此來檢驗所採取的技術是否能夠成功的執行，這樣的話，就可以大大地提高工程的可行性和成功率，減少施工的可能，保證施工的質量。
第二，施工效率明顯提升。由於BIM技術的運用，使預製裝配式鋼結構的設計精度和可靠性得到了提高，同時也使其在具體的施工中更加具有連續性，這種特性的顯著效果是可以有效地加快工程的進度，縮短建設周期。通過科學、合理的布置，保證每一道工序都能得到有效的執行，再加上對員工的科學選配，使其最大限度地達到了最佳的運行狀態。另外，由於其施工操作不受周邊氣候條件的影響，能夠達到更好的全天候工作，從而保證其工作效率的提高。
3預製裝配式鋼結構建築設計的相關問題
第一，預製裝配式鋼結構應用在建築項目時，建築戶型設計與傳統混凝土結構建築設計不同，由於主體結構常採用框架或框架-支撐結構體系，圍護體系常採用條板或整間板，戶型設計時考慮如何圍繞裝配式鋼結構建築結構布置特點和圍護系統設計要求來優化空間布局，是預製裝配式鋼結構建築應用過程中的首要問題。第二，預製裝配式鋼結構建築常採用框架或框架-支撐結構體系，在結構布置上常出現支撐布置影響使用空間等影響建築使用舒適性的問題；鋼樑傳統結構體系在構件工廠製作上存在大量焊接作業，構件質量控制技術難度較大；為便於管道設備安裝，構件存在大量的預留洞口作業。第三，外圍護系統如何與主結構合理的連接，從而起到圍護作用是鋼結構設計中的關鍵之處。從建築使用功能角度出發，外圍護系統應用在預製裝配式鋼結構建築項目中應具有可靠的防水、保溫、隔熱等建築物理性能。從非結構構件結構安全角度出發，主結構與外牆之間的連接是最薄弱之處，處理不當很有可能導致外牆墜落，造成二次傷害。外牆板應保證在風荷載、地震荷載作用下的安全性，選擇適宜的牆板類型並確保其應用安全可靠是預製裝配式鋼結構建築應用的難題之一。
4預製裝配式鋼結構建築設計控制措施
4.1加強設備與管線系統的標準化設計
預製裝配式鋼結構建築在設備與管線系統的設計中也更加側重於以標準化的方式產生集模塊化、裝配化於一體的設計方案。建築室內設備與管線需要保持獨立性，即與結構主體分離，公共區域內布設的是公共管線，採用的設備管線材料具有標準化、集成化、裝配化的特點，採用的專用部品需兼具質量穩定性和耐久性的兩項性能要求。室內設備及管線設計時的全面性較強，綜合考慮到整體衛浴、架空地板等，結合多部分共同開展協同設計工作；儘可能避免現場濕作業，條件允許時優先考慮裝配式的方式，各類設備和管線均進行標準化採購，機電管線與結構主體保持分離，避免彼此間產生干擾。設備與管線模塊化指的是根據機電系統的特徵做拆分處理，獲得基於構配件組成的設計單元，再富有針對性地圍繞各模塊做相應的優化，在該工作模式下，確保模塊能夠有效設計、精準預製與安裝。
4.2節點構造設計
第一，樑柱連接節點。設計樑柱節點時應結合部品部件選用，如採用疊合樓板時，梁端加蓋板的加強構造會影響疊合樓板的安裝，應改為局部加厚的加強措施；考慮到住戶吊頂空間，應避免採用外環板及框架梁端隅撐的構造；當採用梁端加強型構造時，不應採用梁端加腋、加寬的構造。第二，主次梁鉸接連接。若採用連接板加腋的方式，雖然便於螺栓連接安裝，但加腋板對鋼樑包覆影響較大，會導致住宅建築中的鋼樑包覆尺寸過大。設計時應優先選用連接板平接的方式。第三，梁腹板及翼緣開孔。廚房衛生間排煙孔、排氣孔一般直徑較大，如果置於梁底會導致住戶裝修後吊頂標高偏低，設計時應特別重視，一般是在梁腹板預留孔。水電管線穿樓板時一般需要在梁翼緣上開孔做好預留。為確保樑上開孔定位及加工精度，應採用建築信息模型進行深化設計，開孔位置要避開塑性鉸區域。鋼樑腹板開孔位置在距離上下翼緣1/3梁高處，孔洞高度不應大於梁高的1/3。鋼樑翼緣及腹板開孔應按照現行國家標準及設計進行補強。第四，防火構造。為確保住戶不會因二次裝修破壞防火塗料並保證裝飾效果，裝配式鋼結構住宅一般柱採用非膨脹型防火塗料外掛鋼絲網抹灰，總厚度可按照50mm控制。梁優先選用採用膨脹型防火塗料內填充蒸壓加氣混凝土砌塊，可起到防火隔音的作用，同時可以滿足空調安裝、吊頂龍骨固定的需要。也可採用膨脹型防火塗料填岩棉外包水泥纖維板（或矽酸鈣板等其他裝飾板材）、直接外包防火板材或ALC防火板等做法。
4.3統一化及簡化
在建築規範化中，統一化與簡化是預製裝配式鋼結構建築基本的設計原理與前提。統一化是將應用對象的形式、功能或其他特點保持一致，並將此加以明確。簡化是在某一時期對型號進行歸一，從而達到通用的要求。統一化和簡化為裝配式鋼結構住宅工程的標準化設計提供了一些範圍和指導，可以更好地推動標準化預製裝配式鋼結構建築的發展。統一化設計的運用是以項目地塊的市場調查和房源營銷規劃的相關需求為基礎，從各種適合的、已有的、已開發的、可供選擇的和適合於不同用途的房源設計產品類別中，選擇或研發出與該區域或該項目定位相適應的建築戶型。運用統一化設計標準能夠保證工程設計質量，加速工程設計的進度，在設計、施工和銷售等一系列的工作中，將會產生統一的規範效應而提高產業化生產效益。簡化是對已有的「標準化」產品進行進一步的篩選。在特定的預製裝配式鋼結構建築標準化設計中，對產品的類型和質量進行嚴格的管理，可提升設計和施工的生產效率。
結束語
總之，可持續發展是住宅產業發展的主要方向，而預製裝配式鋼結構建築是產業化的必由之路。實施預製裝配式鋼結構建築的標準化是實現建築裝配化的必要條件。預製裝配式鋼結構對技術創新和產業發展起到了很好的促進作用，通過各方的協調發展，特別是在設計牽頭的情況下，在預製裝配式鋼結構建築開發的過程中會逐漸形成完整而成熟的產業鏈，讓預製裝配式鋼結構建築成為產業化的產品。
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