鋼結構裝配式住宅技術路線研究和案例

鋼結構裝配式住宅技術路線研究和案例行業(yè)全球50座400m以上高樓，其中25座在中國25ofworld’s50superhigh-risesabove400minChina目前中國的年鋼產量達到了8億噸，占據世界總產量一半以上Atpresent,China’sannualsteeloutputreaches0.8billiontons,accountinghalfoftheworld’stotaloutput鋼材總產量充足

SufficientsteeloutputChinaEUandother28countriesJapanIndiaU.S.AKoreaOthersChangesofChina‘ssteeloutputfrom2012-2016

Steeloutput(10kt)Year-on-yeargrowth制造實力FabricationPlants江蘇廠35萬噸Jiangsuplant350,000tons中建鋼構在江蘇、湖北、四川、廣東、河北投資設立了五大鋼結構制造基地，年產能超百萬噸CSCECSteelhassetupfivesteelstructurefabricationplants

havebeensetupinJiangsu,Hubei,Sichuan,GuangdongandHebei

withannualoutputofoveramilliontons.陽光廠25萬噸Sunshineplant250,000tons四川廠22萬噸Sichuanplant220,000tons武漢廠36萬噸Wuhanplant360,000tons天津廠30萬噸Tianjinplant300,000t自主設計研發(fā)回轉式多吊機基座，廻轉平臺可360°廻轉，并實現多吊機的同步提升CSCECSteeldesigned&researchedarotarymulti-cranebasewhichhasa360orotaryplatformandrealizedsynchronousliftingformulti-cranes.施工工藝ConstructionTechnology鋼結構產量

SteelStructureOutput鋼鐵產量

SteelOutput中國鋼結構產業(yè)發(fā)展歷程

DevelopmentofChinaSteelStructureIndustry中國建筑鋼結構現狀CurrentSituationofChinaSteelStructureIndustry時間（Year）200520062007200820092010201120122013201420152016鋼產量（Steeloutput/10kt）353104226648966500915680362665695507165477904822708040088360鋼結構用鋼量(Steelstructureconsumption/10kt)158017381700200023002500300035004000420051005618鋼結構用鋼量占鋼產量比重(ConsumptiontoOutputRatio)4.47%4.11%4.08%4.35%4.05%4.15%4.46%4.94%5.61%5.74%6.23%5.55%SteelstructureconsumptionSteeloutput2016年建筑鋼結構用鋼量與鋼產量之比RatioofSteelStructureConsumption-to-SteelOutput94%6%70%30%中國China發(fā)達國家Developedcountries其他用鋼量與鋼產量之比RatiooftheothersteelConsumption-to-SteelOutput市場

產品

MarketProduct標準

方式

StandardProductionMode城鎮(zhèn)化

Urbanization互聯(lián)網

Internet智能化

Intelligence大數據

BigData四個變化

FourChanges住宅

Residence醫(yī)院Hospital···產品Product學校

School大眾、民生

PublicandLivelihood樓堂館所Guesthouses產品Product住房難問題已成為亟需解決的民生問題Housingproblemshavebecometheurgentissuetoberesolved商品房供需結構矛盾突出

Conflictinsupply-demandstructureofthecommercialhousingisprominent.房價上升速度過快

Housepricesarerosetoofast經濟適用房所占比例小

Affordablehousingcoversasmallproportion保障房

AffordableHousing公租房

PublicRentalHousing可循環(huán)利用

Recycleutilization粉塵排放低

Lowdustemission干式施工

Dryconstruction工業(yè)化程度高

Highindustrialization得房率高

Highavailability節(jié)能Energy-saving節(jié)地

Land-saving節(jié)水

Water-saving節(jié)材

Material-saving環(huán)境保護

Environmentalprotection產品Product綠色建筑●鋼結構住宅

GreenBuildings●SteelStructureHouse從傳統(tǒng)粗放式生產方式向集約型生產轉變

Traditionalextensiveproductionintointensiveproduction建筑工業(yè)化BuildingIndustrialization設計標準化

DesignStandardization生產工廠化

ProductionIndustrialization現場裝配化

On-sitePrefabrication裝修一體化

DecorationIntegration管理信息化

ManagementInformatization方式ProductionMode工廠化生產

IndustrializedProduction方式ProductionMode打造了一批示范項目正在建設一批樣板工程廊坊新奧上善頤園·蓼汀苑武漢蔡甸奓山四期還建房深廣渠江云谷柳州雒容鎮(zhèn)棚戶區(qū)改造鋼結構裝配式住宅產品項目規(guī)劃和定位準確建筑設計和戶型優(yōu)先鋼結構和裝配式優(yōu)化設備和精裝一體化策略BIM信息化管理裝配式住宅是特殊的建筑工程產品項目規(guī)劃和定位準確A項目：公租房+回遷房B項目：公租房建筑設計和戶型優(yōu)先11.邊界凸凹,平面設計不利于結構布置。2.沒有按模數組織設計。類型、種類多。標準化程度差。3.廚衛(wèi)模塊、各樓座戶型與戶型之間缺少標準化的考慮。4.凹縫寬度僅1.2米，進深達8m，縫內采光差，凹角內居室難以滿足采光要求。32剪力墻戶型單元平面問題分析戶型優(yōu)化設計原則戶型設計的原則：首先，必須解決現有戶型的“硬傷”；其次，要符合鋼結構工業(yè)化模數化、模塊化、標準化、系列化的要求；第三，相同面積、相同居室、相似布局條件下，戶型優(yōu)于原方案。戶型模塊的標準化和系列化Ⅰ-1

二房二廳64.19㎡Ⅱ-1

三房二廳85.37㎡Ⅲ-1

三房二廳78.58㎡Ⅳ-1四房二廳87.67㎡Ⅱ-2

二房二廳72.18㎡Ⅰ-2

二房二廳54.28㎡Ⅴ-1

二房二廳75.66㎡Ⅵ-1

四房二廳105.42㎡Ⅱ-3三房二廳81.21㎡Ⅰ-3

二房二廳73.67

㎡Ⅲ-2

二房二廳69.15㎡Ⅵ-2

四房二廳116.89㎡4,6號樓單元模塊9號樓單元模塊12號樓單元模塊模塊化：與鋼結構大空間配套的標準住宅單元，形成本工程的標準化模塊。廚房模塊優(yōu)化為3種：1700x28001700x35001700x3200廚房模塊化和部品化320028003500優(yōu)化了集成廚房的種類衛(wèi)生間模塊優(yōu)化為4種：2000x24001600x24001800x18001600x3400衛(wèi)生間模塊化和部品化1600340024001600優(yōu)化了整體衛(wèi)浴的種類樓梯間模塊化樓梯間模塊優(yōu)化為2種：標準化的模塊，通過書房模塊和衛(wèi)生間模塊的變化，實現不同的配置標準。模塊化的多種變化Ⅳ-1模塊的兩種變化4#6#樓平面特點：1、去掉或優(yōu)化南側開縫，優(yōu)化采光、通風，提升居住品質。2、戶內無柱，大空間靈活分隔；3、模數化、模塊化、部品化、序列化。實現了戶型的多樣化。Ⅱ-1Ⅲ-1Ⅲ-1Ⅳ-1戶型優(yōu)化成果Ⅰ-14#、6#標準層4#樓混凝土方案標準層新舊方案對比4#樓鋼結構方案標準層新舊方案對比增加使用面積5%~8%，空間跨度大，可重新分隔空間改變使用功能，更好的滿足住戶的要求;

鋼結構和裝配式優(yōu)化三棟塔樓并排布置，分別是30層、28層、32層，北側沿主街道；地下室2層，-2層層高3.5m，-1層層高4.5m，首層和二層商業(yè)層高皆為4.5m，標準層層高2.9m；每層10戶，共840戶；二房戶型（約60㎡）6戶，一房戶型（約45㎡4戶。32F/H=97.5M28F/H=85.9M30F/H=91.7M54.5041.3029.9825.6032F/H=97.5M28F/H=85.9M30F/H=91.7M148.7031.20

化糞池垃圾站N標準層平面定案品字形方案內天井方案優(yōu)點：1.公共走道和侯梯廳采光通風較好；2.外形規(guī)整便于施工。3.所有戶型均有客廳生活陽臺。缺點：1.存在天井排水、消防、空氣質量、

實際采光不可控。2.經濟性稍遜。優(yōu)點：1.所有戶型均有服務陽臺;2.公共走道為封閉式，消防較好；3.平面集中，結構合理，經濟性較好。缺點：1.

A-2戶型與C戶型臥室距離5m，

存在自對視,C戶型無客廳陽臺；2.公共走道和侯梯廳基本無自然

采光通風；標準層平面定案對比項內天井方案品字形方案建筑外形建筑外邊界規(guī)則簡潔建筑外形整體凹凸陰陽角個數外墻陽角：26個、外墻陰角：18個外墻陽角：20個、外墻陰角：16個結構規(guī)則結構迎風面較大結構長寬較合理戶型種類5種4種戶型品質通風采光較好采光通風條件一般外墻長度207m158.4m內墻長度181.47m249.5m樓板面積571.14m2555.28m2欄桿長度66.35m45.6m分析建議主推備選取其中最高的一棟，結構高度96m，32層住宅進行方案比選。主要設計參數：1.風荷載：地面粗糙度類別A類；基本風壓0.8kN/m2(50年重現期）；舒適度風壓0.5kN/m2(10年重現期）；體型系數1.4(高寬比大于4)2.地震作用：地震分組一組；場地類別III類；設防烈度7度（0.1g）；特征周期0.45；全樓阻尼比：3%結構方案三維模型：內天井結構方案品字型結構方案高寬比：5.1高寬比：4.039m18.8m96m32m23.8m96m3.2結構比選標準層主要構件截面對比：內天井結構方案(4F)品字型結構方案(4F)構件截面柱

500X700X30X30

500X500X20X20

400X600X20X20梁H600X180X18X20H500X180X16X18H400X180X14X18斜撐

300X180X14X14板厚140mm構件截面柱

400X750X30X30

450X450X20X20梁

600X180X12X25H600X180X12X25H500X180X10X20H450X180X10X20斜撐

200X180X20X20板厚100mm結構比選各主要項指標對比：結構方案內天井方案品字型方案地上結構總重（t）27385.1225057.92地上每平米恒活(kN/m2)*15.9714.58自振周期

T1T1=3.95sT1=3.83s

T2T2=2.64sT2=3.47s

T3T3=2.26sT3=2.86s周期比T3/T10.570.75*注：內天井方案建筑面積：17146.88m2,品字型方案建筑面積：17181.12m23.2結構比選各主要項指標對比：結構方案內天井方案品字型方案差值（%）地震（嵌固層）剪力（kN）X向6087.85127.5-15.77Y向7633.05429.2-28.87風載（嵌固層）剪力（kN）X向5667.87740.0+36.56Y向11425.59727.2-14.86地震最大層間位移角(發(fā)生樓層）X向1/512（20F）1/468（7F）Y向1/991（22F）1/662（14F）風荷載最大層間位移角（50年一遇）X向1/565（16F）1/421（7F）Y向1/657（17F）1/395（13F）結構頂點加速度（10年一遇風荷載）X向0.103（順）0.181(橫)0.154（順）0.142(橫)Y向0.198（順）0.125(橫)0.188（順）0.131(橫)最大扭轉位移比（發(fā)生樓層）X向1.07(32層)1.29(1層)Y向1.17(1層)1.14

(6層)結構樓板面積（m2）合計18276.6017768.96-2.78結構用鋼量（t）計算模型統(tǒng)計數據,未考慮節(jié)點和放大系數合計2679.992499.05-6.75每平用鋼量（kg/m2)*合計156.29145.4-6.97結構砼用量（m3）合計3091.422157.27-30.22每平用砼量（m3/m2)*合計0.1800.125-30.563.2結構比選裝配式體系定案級別認證級A級AA級AAA級裝配率50~59%60%~75%76~90%91%以上評價項評價要求評價分值最低分值主體結構（50分）柱、支撐、承重墻、延性墻體等豎向構件35%≤比例≤80%20~30*20梁、板、樓梯、陽臺、空調板等構件70%≤比例≤80%10~20*圍護墻和內隔墻（20分）非承重圍護墻非砌筑比例≥80%510圍護墻與保溫、隔熱、裝飾一體化50%≤比例≤80%2~5*內隔墻非砌筑比例≥50%5內隔墻與管線、裝修一體化50%≤比例≤80%2~5*裝修和設備管線（30分）全裝修——66干式工法樓面、地面比例≥70%6——集成廚房70%≤比例≤90%3~6*集成衛(wèi)生間70%≤比例≤90%3~6*管線分離50%≤比例≤90%3~6*全鋼結構（50分）裝配式內墻板（5分）裝配式外墻板（5分）全裝修（6分）66%裝配率新國標計算50/50分主體墻體裝修管線10/20分6/30分注：非承重圍護墻和內隔墻在滿足裝配率比例要求的基礎上，其他區(qū)域考慮采用常規(guī)加氣塊（具體比例根據斜撐布置調整）裝配率優(yōu)點：施工方便，安裝不需要吊裝機械，工藝成熟，在公建有大量應用。缺點：混凝土澆筑完成后底部鍍鋅鋼板無法拆除，需要做吊頂處理，降低了層高。樓板系統(tǒng)壓型鋼板跨度較大時設置臨時支撐可拆卸式鋼筋桁架樓承板優(yōu)點：免支模，底?？梢圆鸪貜屠?，可以實現多層交叉作業(yè)，樓板整體性好，避免吊頂施工。缺點：底模拆除時螺絲釘拆除量較大。底模拆除樓板系統(tǒng)鋼筋桁架樓承板（底模可拆）預應力疊合樓板普通疊合樓板優(yōu)點：免支模，樓板底部直接刮膩子上涂料，施工方便。缺點：重量重，安裝需要大量吊裝機械，同時需要大量堆場，樓板拼縫位置現澆段平整度較難控制。底面效果樓板系統(tǒng)疊合樓板疊合板支撐最大間距一般不超過1.8m?，F澆滿堂腳手架次龍骨一般間距0.2~0.5m。樓板系統(tǒng)工程實踐疊合樓板

——落地支撐體系相比于滿堂腳手架，疊合樓板的支撐體系數量少，安拆方便，但常規(guī)支撐方案仍然為落地撐，影響流水作業(yè)，工作效率不高?？蓽p少支撐數量。施工無落地撐，不占用作業(yè)面。缺點是支撐拆除較難。樓板系統(tǒng)工程實踐疊合樓板

——無落地支撐體系樓板系統(tǒng)工程實踐疊合樓板

——現場吊裝的問題單板重量重，占用吊次。投影面積大，吊裝難度高。樓板系統(tǒng)輕鋼龍骨OSB板圖片來源：朱明鋁模現澆樓板預制混凝土樓梯鋼樓梯鋼樓梯+預制踏步樓梯常見類型輕質高強絕干容重為400-650㎏/m3，和木材相當?？蓽p輕墻體負荷50-60%，建筑自重減輕20-30%。保溫隔熱自保溫體系，外墻單一墻體05級200厚即能滿足65%節(jié)能要求，300厚即能滿足75%節(jié)能要求。耐火A級防火，100厚耐火3.5h，150厚耐火5h。隔聲多孔結構使其具備了良好的吸音、隔音性能。施工便捷容易鋸、切、刨、鉆，便于加工，施工速度快。免抹灰表面平整度高：優(yōu)等品尺寸偏差很小，采取適當措施可以免抹灰，減少表面抹灰材料和人工。吊掛力高（單點吊掛力≥1200N）方便吊掛空調熱水器洗手盆等，施工簡單易行。防水抗?jié)B內部是密閉不連通的氣孔，使用專用的飾面防水材料，能有效阻止水分滲透。ALC板是一種與鋼結構適配性好的輕質墻板墻板系統(tǒng)——ALC條板基墻避免多人搬運，施工快捷，安全可靠節(jié)省人工及管理成本研究ALC板安裝的機械化、工業(yè)化；與設備廠商合作，開發(fā)專業(yè)設備；施工機具研究外墻板采用ALC條板當基墻，再外掛保溫裝飾一體板，一體板通過“粘錨結合”固定在墻體表面，同時起到裝飾和保溫的作用。其飾面層主要形式有：仿石材、氟碳漆、金屬面層等。保溫層的主要形式有：石墨聚苯板、巖棉、真金板、擠塑板、聚氨酯板、發(fā)泡水泥板等。

仿石材飾面層+石墨聚苯板保溫層仿石材飾面層+巖棉板保溫層ALC+保溫裝飾一體板外墻外墻一體板節(jié)點實物效果ALC+保溫裝飾一體板外墻其它材料墻體輕鋼龍骨墻體圖片來源：朱明學?？傆玫孛娣e約50582平方米總建筑面積約10800平方米配置小學部26班、中學部16班、幼兒園10班、多功能廳、教職工公寓12間及室外活動場地等。巴布亞新幾內亞學校項目建筑主體均采用鋼框架結構，樓板采用鋼筋桁架組合樓板，鋼結構用鋼量總計1300t。水泥纖維木紋掛板圍護體系主體鋼結構現場照片輕鋼龍骨墻體和鋁鎂錳屋面輕鋼龍骨墻體完成照片（外景）教室教師公寓習主席與奧尼爾總理親自為布圖卡學園揭牌，在致辭中習主席高度贊揚布圖卡學園項目“整潔明亮、節(jié)能環(huán)保、煥然一新的校舍，平整寬闊的運動場，特別是可愛純真、求知若渴的青少年，給他留下了深刻的印象，有一些一定是終身難忘。”關注技術問題柱凸向室外柱凸向公共區(qū)域[解決露梁露柱][減少支撐對戶型設計的影響]建筑與結構一體化設計無開槽有開槽鋼梁在工廠預留管線孔洞，墻板工廠開槽。結構與機電一體化設計[設計審核]［節(jié)點深化］BIM應用ALC墻板鋼柱防火涂料鋼梁200mm200mm150mm25mm250mm25mm鋼柱中心線鋼梁中心線200mm200mm150mmALC墻板鋼柱鋼柱中心線鋼梁中心線100mm100mm樓板澆筑范圍樓板澆筑范圍1設計階段柱、梁、板空間位置關系1設計階段結構與圍護的模數協(xié)調加工可行性施工可行性交叉作業(yè)可行性一致性節(jié)點配件用量經濟型工時工效經濟性板材模數及采購批次協(xié)調性可行性經濟性1施工階段利用Fuzor進行施工模擬，精確排布工期。規(guī)劃場地質量控制措施——抗裂ALC板的收縮率是傳統(tǒng)粘土磚的三倍以上，冬期取暖，溫度驟升，其干縮變形是產生裂縫的主要原因。ALC制品出釜時含水率在25%~45%，安裝時需要控制含水率在15%以下。選用在自然條件下靜置時間較長，干縮較為完全的板材。施工過程中給予板材較充分的自然干縮時間。措施墻體開裂原因之一：材料特性優(yōu)化門洞口連接方式（由邊緣平齊改為過梁的形式）墻體開裂原因之二：連接構造質量控制措施——抗裂條板拼縫處處理措施：板間專用粘接劑——防裂膠帶——鋪網格布——找平砂漿。措施二結構框架ALCPU陰角膩子層剔槽玻纖網格布板材與結構節(jié)點處采用半剛性連接措施一選用適合ALC材料的專用砂漿及施工工藝，防止ALC墻面的開裂及抹灰的空鼓。專用砂漿專門工藝措施三質量控制措施——抗裂質量控制措施——防滲[節(jié)點防水構造優(yōu)化]L型塑料防水條嵌縫條錨固件硅酮密封膠粘結砂漿（巖棉）保溫層外裝飾板基墻質量控制措施——隔聲編號墻體做法梁柱做法1號200mm砌塊+雙面1cm抹灰混凝土梁柱2號200mm砌塊+雙面1cm抹灰鋼梁柱+巖棉+石膏板3號200mmALC板+雙面1cm抹灰鋼梁柱+巖棉+石膏板23單層結構頻率特性I區(qū)（勁度控制區(qū)）：隔聲量取決于材料剛度II區(qū)（縱波共振區(qū)）：考慮共振效應影響III區(qū)（質量控制區(qū)）：隔聲量取決于面密度IV區(qū)（橫波共振區(qū)）：考慮吻合效應影響K/f面密度密閉性聲橋共振吻合效應側向傳播建筑隔聲影響因素建筑隔聲影響因素設計實驗對裝配式建筑隔聲進行研究，發(fā)現隔聲性能主要取決于墻體的封閉性，板縫的構造處理。3號墻體：板縫未擠漿，隔聲性能最差1號墻體與5號墻體：所有板縫擠漿密實，隔聲性能最佳2、4、6號墻體：參照墻體，部分板縫擠漿，隔聲性能有所提高99mm=75龍骨+12石膏板+12石膏板。

123mm=75+12*2+12*2，也就是雙面雙層中間填充50mm24kg/m3玻璃棉。使用雙層75龍骨的六層12紙面石膏板（三道墻板，每道兩層石膏板，共兩個龍骨空腔）的輕型墻體內填兩層50厚24kg/m3的玻璃棉，計權隔聲量將達到rw=60db如采用水泥纖維板，效果更佳

1、提升建筑密閉性，關注墻體縫隙、節(jié)點縫隙等處理。2、結構上減少剛性接觸以減少聲橋。3、管道、門窗是提高隔音效果的重點，雙層中空窗、隔音良好的室內門能進一步提高隔音效果。建筑隔聲幾點體會鋼柱外包鋼梁外包鋼構件選用薄涂型防火防腐涂料，外包A級防火石膏板。防火涂料巖棉防火石膏板防火構造腐蝕的必要條件和防腐關鍵點必要條件（水、氧氣）關鍵點：耐候材料和涂層保護（耐候鋼，防腐涂層）質量控制措施——防腐ISO12944-1998建筑部內部的腐蝕級別為C1（很低）質量控制措施——防腐各因素對涂層質量的影響只要保證鋼結構防腐涂裝質量，再加上防火層和裝修層的多層保護與空氣隔絕，就可以滿足長效防腐的要求。質量控制措施——防腐來源：陰建鵬，《建筑工程技術與設計》，2014.12設備和精裝一體化策略乳膠漆頂棚強化復合地板硅鈣板墻板客廳全裝修設計給排水管線：公共區(qū)給水立管敷設在管井內。戶內管線埋設于混凝土樓板內。住宅衛(wèi)生間采用同層排水。設備管線系統(tǒng)設計強、弱電管線：墻板內豎向電氣管線布置均保持安全間距。燈具、開關、高位空調插座的水平管線。在房間的頂部樓承板現澆層內敷設。弱電、強電低壓插座在底部樓承板現澆層敷設。設備管線系統(tǒng)設計天然氣立管在陽臺沿外墻敷設；廚房的燃氣管道設置在吊頂下衛(wèi)生間采用排氣扇水平側排氣，風管設置在吊頂內分體空調設置在空調平臺設備管線系統(tǒng)設計集成墻面系統(tǒng)集成吊頂系統(tǒng)生態(tài)門窗系統(tǒng)快裝給水系統(tǒng)薄法排水系統(tǒng)集成衛(wèi)浴系統(tǒng)集成廚房系統(tǒng)內裝系統(tǒng)——工業(yè)化內裝集成地面系統(tǒng)天津廠公寓樓工業(yè)化內裝樣板間照片[集成墻面系統(tǒng)][集成地面系統(tǒng)]內裝系統(tǒng)——工業(yè)化內裝[集成吊頂系統(tǒng)][集成廚房系統(tǒng)]內裝系統(tǒng)——工業(yè)化內裝[集成衛(wèi)浴系統(tǒng)]內裝系統(tǒng)——工業(yè)化內裝BIM信息化管理智能工廠的實踐IntelligentShop精益化Lean-Oriented智能化Intellectualization工業(yè)化Industrialization采購管理ProcurementManagement圖紙管理DrawingManagement工程管理EngineeringManagement生產管理ProductionManagement庫存管理StockManagement工程計量EngineeringMeasurement綜合管理GeneralManagement系統(tǒng)設置SystemSettings信息化管理InformatizationManag