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日本人在苏州建了一批钢结构住宅,全产业链工业化模式,值得借鉴!

随着目前装配式建筑相关政策的不断发布,各地逐步展开了较大规模的装配式建筑实践。但总体上来说,装配式混凝土结构建筑居多,而装配式钢结构建筑尤其是住宅,其主体结构部分以外的工业化围护系统、非结构部品件及内装系统与钢结构主体的一体化集成技术,还有待进一步完善与提高。在此方面,日本积水住宅株式会社(SEKISUI HOUSE,以下简称积水)在全世界范围内开发了大量低层独栋及联排别墅,均采用一体化装配式钢结构体系,通过先进环保的材料、精心细致的“以人为本”理念,打造安心、安全、健康、舒适的居住环境,对我国加快装配式钢结构建筑及产业链系统的完善性与先进性有很大的参考学习意义。

积水姑苏裕沁庭项目位于苏州市相城区广济北路与玉成路(兴业路)交汇处,其中锦苑(东区)由E1#~E6#高层住宅、E7#~E26#联排别墅、E27#配套服务用房及地下车库、门卫等组成,地上总建筑面积约15.6万㎡;低层联排别墅部分(雅居)为16栋3层、4栋2层装配式钢结构体系,地上建筑面积约2.1万㎡。

▲ 总平面图

全产业链工业化模式

联排别墅地上部分采用一体化装配式钢结构体系,其围护系统、隔墙、楼板、屋顶、机电系统及内装系统均采用工厂成品或半成品,现场装配集成。积水在沈阳建有综合的工业化住宅生产基地,联排别墅所使用的钢结构零部件及外墙、内装饰材料,均采用高度自动化的设备生产,还与室内装修的板材、内部装修设备等厂商合作,在工厂内形成一条龙式生产线;施工现场由自有的专业工程公司进行安装及内装修施工,并提供后期维修保养服务。总体上来看,从源头开始通过设计、材料采购、加工生产、专业安装及自有维修形成完善的工业化产业链,确保了自有开发理念在整个过程中的严格实施,为业主提供了优质、舒适的住宅产品。

按照《江苏省装配式建筑预制装配率计算细则(试行)》的规定,本项目地上主体钢结构、外墙围护系统、内隔墙系统、楼板、屋盖及机电系统全部采用工厂成品现场集成组装,故其在主体结构和外围护结构预制构件Z1、装配式内外围护构件Z2、内装建筑部品Z3等部分的评分均为满分;另外在创新加分项S的标准化、模块化、集约化设计中都有一定程度应用,故获得加分项2分。最终,本项目各单体的预制装配率达到102%,充分体现了工业化全产业链的优势。

装配式钢结构主体设计

主体钢结构部分采用积水自有的“β系统构造”,即梁贯通构造体系,每个梁柱节点处均为单向抗侧力构造,且钢柱竖向无需严格对齐贯通,适用于低层钢结构体系,主体及非结构部分采用全装配、全干法的拼接工艺,结构主体通过ETABS分析软件计算,所有构件均满足承载能力、变形及稳定性的要求。

▲ “β 系统构造”示意图

抗侧力体系

钢柱与钢梁材质均为Q235B,通过高强螺栓连接形成平面内抗侧力体系,两个方向的侧向力由该方向的平面内框架承担,参照《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》进行抗侧力构件及主次梁布置,可根据需要灵活设置,钢柱通过螺栓与混凝土基础梁连接,钢梁上下翼缘上根据75mm模数的间距打满孔,钢柱按此模数进行布置连接,极大提高了设计及加工制作的效率。

通过严格的抗震试验,验证了主体结构的整体性能以及柱梁节点的有效性,确保建筑在灾害发生时的安全性。同时,主体钢构件采用致密的电镀涂层,达到了Ⅰ类环境中20年以上的防腐效果,结合超薄防火涂料提升了主体结构构件的耐久性。

▲ 结构平面布置示意图

▲ 钢柱脚连接详图

▲ 钢梁贯通式梁柱节点详图

▲ 钢柱、钢梁现场连接

楼盖体系

楼板采用150mm厚预制ALC板简支于钢梁上,并于板间密缝拼接,端部通过M10螺杆与钢梁做限位构造连接。另外,在卫生间降板处,ALC楼板搭接于梁下翼缘上的构造角钢上,每跨梁间板底都设置对角拉杆,以保证平面内的整体性,防止地震时板跨变形导致楼板脱落。

▲ ALC 楼板示意

▲ 楼盖体系断面详图

▲ 楼板下表面拉杆布置

▲ 楼板与钢梁连接节点

装配式围护体系

建筑外围护部分采用工厂预制生产的、兼顾强度和美观的新一代复合结构外墙板“SHELL TEC墙”,运用独有的“高压真空挤压方式”将混凝土状的原料压挤成型,可达到两倍于一般混凝土的强度,同时达到了1h以上的外壁耐火时间。外墙板分块用专用挂件连接于龙骨上,接缝用柔性胶处理,以消除温度变形及实现防水效果。

外墙采用龙骨组合保温体系,即将高性能玻璃丝棉(保温材料)嵌入龙骨间,辅以防潮隔膜,以保证保温性能的同时,防止吸收水汽;墙内面层则为石膏板,方便现场确定点位并留洞。

▲ 外墙构造详图

▲ 外墙节点详图

工业化集成内装

人一生中摄入最多的物质是空气,其占摄入物质总量的83%,因而良好的空气环境是保障健康的首要因素。项目室内装修中注重选用环保健康建材,地板、墙纸、天花板涂料使用甲醛释放量较小的F四星级建材,将甲醛等有害物质的释放降至最低,打造出健康、舒适的空气环境。内装采用一体化设计集成,竖向管线、线盒均嵌入墙体龙骨中,机电水平管线布置于吊顶内;现场与主体钢结构安装完成后,与龙骨及吊顶施工穿插进行。

▲ 屋顶与吊顶安装

一体化机电系统

本项目从设计制造阶段开始便积极推进削减碳排量的措施,实现所有建造流程中的“环保”。项目采用保温窗扇与热反射隔热双层玻璃,使全屋具备优异的气密性;通过可高效过滤PM2.5的全热交换器系统,以24h小风量进行换气,将污浊的空气与热量一同排出,并对新风送气进行热量回收,可有效减轻空调负担,降低使用费用;采用温水地暖系统及先进的软水处理系统,保证健康的居住环境。

▲ 24h 新风系统

▲ 设备管线安装

总结

本项目通过前期的一体化集成设计、全产业链的成熟工业化部品件供应及专业安装,实现了全装配式节能环保住宅的快速、高质量实施,过程中有以下几点体会:

(1)前置的精细化设计与定位是关键,需在设计早期阶段确定材料及系统定位,并根据实际部品件进行集成设计。

(2)钢结构主体布置需大胆创新,根据建筑及装修功能要求适当调整,由两个方向的面内抗侧力“龙骨墙”体系分别承担各自方向的侧向荷载,同时梁仅承担竖向荷载,楼盖采用干法密缝拼接,柱、梁布置具有了极大自由性,也为建筑及装修的布置调整提供了最大自由度,同时有助于提高标准化、自动化加工及安装效率。

(3)健康舒适的室内环境永远是住宅的首要需求,需要通过环保的材料、工厂高效率的集成工艺及现场的专业安装等专业化分工达成。

(4)配套的成熟部品件是实现建筑高效率、高质量的重要补充。将钢结构住宅大范围推广,必须依赖于配套部品件的完善成熟。

(5)积极实施住宅保险制度,针对部品件、机电设备及房屋整体进行商业投保,能够有效提升维护质量和效率,改善居住体验。

中国装配式建筑产业联盟——专家智囊团

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