廣東建筑工業(yè)化展 2017-05-16 1496
來(lái)源:同濟設計TJAD
導 讀
裝配式鋼結構作為裝配式建筑三大結構體系之一,具有抗震性能好、建筑品質(zhì)高、制作簡(jiǎn)單、施工快、綠色、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。本文結合某實(shí)際工程,詳述裝配式鋼結構在高層住宅建筑中的應用優(yōu)勢。
2016年2月,中共中央國務(wù)院《關(guān)于進(jìn)一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見(jiàn)》(中發(fā)〔2016〕6號)提出發(fā)展新型建造方式,指出大力推廣裝配式建筑,積極穩妥推廣鋼結構建筑。深圳市積極貫徹落實(shí)國務(wù)院的意見(jiàn),于2016年6月27日,印發(fā)了《關(guān)于加快推進(jìn)裝配式建筑的通知》(深建科工〔2016〕22號),全面促進(jìn)深圳市裝配式建筑的發(fā)展。
裝配式鋼結構建筑
傳統建筑的建造方式采用現場(chǎng)現澆或焊接的工藝,其現場(chǎng)施工條件差、工程質(zhì)量難以保證,資源浪費嚴重,產(chǎn)生大量的建筑垃圾,無(wú)法滿(mǎn)足建筑工業(yè)化的發(fā)展需求。
裝配式鋼結構建筑的建造方式是將建筑中的主要構件和部品在工廠(chǎng)制造完成,再運輸到現場(chǎng),經(jīng)機械化安裝后,形成滿(mǎn)足預定功能要求的建筑物。裝配式鋼結構建筑具有抗震性能好、建筑品質(zhì)高、制作簡(jiǎn)單、施工快、綠色、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
裝配式鋼結構建筑已經(jīng)在美國、日本、澳大利亞等發(fā)達國家廣泛應用,可以給社會(huì )帶來(lái)巨大的綜合效益,同時(shí)帶動(dòng)其它行業(yè)的快速發(fā)展。目前,裝配式鋼結構建筑在中國屬于剛起步階段,且主要以多層建筑為主,在高層建筑中應用很少,有待于深入研究。
近期,同濟設計集團針對深圳某高層住宅項目進(jìn)行了鋼結構可行性研究。本文將以其為例,剖析裝配式鋼結構應用在高層住宅建筑中的優(yōu)勢。
項目概況
該項目位于深圳市南山區,由住宅、公寓、還遷住宅、養老酒店等8棟高層建筑組成,占地6.7萬(wàn)平方米,計容建面33.7萬(wàn)平方米。
◎ 地塊總體規劃示意圖
根據建筑使用性能、平立面的規整性與建筑高度,本案選取8棟建筑中具有代表性的4號建筑進(jìn)行研究。其結構高度179.6m,結構高寬比10.1,地上55層,層高3.1m(避難層4.0m)。平面尺寸投影尺寸23.1m×42.1m,其中標準層面積約710㎡,每層6戶(hù)(3種戶(hù)型),地上總面積約4萬(wàn)㎡。
深圳南山區抗震設防烈度7度(0.1g),設計地震分組為第一組,場(chǎng)地類(lèi)別Ⅱ類(lèi),場(chǎng)地特征周期Tg=0.35s。10年一遇風(fēng)荷載0.45kN/㎡,50年一遇風(fēng)荷載0.75kN/㎡,100年一遇風(fēng)荷載0.9kN/㎡。
注:本文圖片較大,可雙擊圖片,放大后查看。
◎ 4號建筑平面圖
◎ 4號建筑立面圖
結構體系
由于本項目結構高寬比達到10.1,且水平風(fēng)荷載大,導致結構設計難度很大。針對這類(lèi)高層住宅建筑,傳統做法是采用混凝土結構,通過(guò)增大構件截面、設置剪力墻等方法來(lái)增加結構剛度,以滿(mǎn)足結構安全性與舒適性的需求。但是傳統做法對建筑品質(zhì)有較大影響,且施工工期較長(cháng),無(wú)法實(shí)現建筑工業(yè)化的目標。
為解決以上難點(diǎn),同濟設計團隊突破傳統設計方法的限制,采用裝配式鋼結構進(jìn)行設計,以滿(mǎn)足業(yè)主高標準的要求。
鋼結構方案的結構體系構成:CFT柱型鋼框架+支撐+黏滯阻尼墻。支撐布置于公共交通區域與建筑隔墻的位置,黏滯阻尼墻布置于結構的中上部,共72片。
◎ 鋼結構方案結構體系組成
◎ 鋼結構方案結構平面布置
◎ 黏滯阻尼墻構造圖
◎ 某項目黏滯阻尼墻安裝示意圖
采用鋼結構設計的優(yōu)點(diǎn)
相比于傳統混凝土結構,本項目采用鋼結構體系具有多個(gè)方面的優(yōu)勢。
由于采用消能減震鋼框架-支撐結構體系,上部結構重量約降低34%,這有助于:? 降低基礎造價(jià)(約25%);? 降低地震作用,提高結構的抗震性能。
由于住宅類(lèi)建筑對建筑使用功能要求高,通過(guò)采用鋼結構體系,有效地提升了建筑品質(zhì)。
? 建筑墻厚可由700mm降低到450mm(降低36%),建筑使用面積增加。
◎ 混凝土方案標準層(裝修后墻厚700mm)
◎ 鋼結構方案標準層(裝修后墻厚450mm)
? 支撐布置于公共交通區域的隔墻位置,室內戶(hù)型可任意分割(大空間可變戶(hù)型),同時(shí)保證外立面視覺(jué)通透性。
◎ 交通筒
◎ 結構戶(hù)型圖(C1戶(hù)型)
◎ 結構戶(hù)型圖(C2戶(hù)型)
◎ 結構戶(hù)型圖(C3戶(hù)型)
? 將鋼管混凝土柱扁長(cháng)化和采用內部裝修技術(shù),有效解決室內露梁露柱等建筑功能問(wèn)題。
◎ 建筑戶(hù)型圖(C1戶(hù)型)
◎ 建筑戶(hù)型圖(C2戶(hù)型)
◎ 建筑戶(hù)型圖(C3戶(hù)型)
本項目所在地區10年一遇風(fēng)荷載達到0.45kN/㎡,且結構高寬比較大,結構風(fēng)振下的舒適度問(wèn)題需要重點(diǎn)關(guān)注。
若采用混凝土結構,需通過(guò)增大結構構件截面尺寸或增加剪力墻,提高結構剛度,改善結構的風(fēng)振舒適度,但是會(huì )進(jìn)一步增強結構的地震作用,這種方法不夠經(jīng)濟,且效率低。
針對本項目的特點(diǎn),提出采用鋼結構體系,在滿(mǎn)足結構基本剛度(層間位移角、剪重比、剛重比等)的前提下,通過(guò)有效地布置黏滯阻尼墻,充分發(fā)揮耗能減振(震)作用,可有效控制結構的風(fēng)振加速度,同時(shí)降低結構的地震作用。
通過(guò)對比兩種方案,鋼結構方案的舒適性?xún)?yōu)于傳統混凝土方案。
? 施工工期
鋼結構大部分構件在工廠(chǎng)生產(chǎn),運往現場(chǎng)后整體組裝,施工工期短。根據調研結果,鋼結構建筑地上主體結構標準層施工速度約為4天?;炷两Y構受施工過(guò)程中各因素的制約,工期較長(cháng),一般地上主體結構標準層施工速度約為6天。
本項目地上55層,如采用混凝土結構,需要工期約為330天;如采用鋼結構,需要工期約為220天,可節約施工工期110天(約3.7個(gè)月)。施工周期縮短,有助于實(shí)現原定項目進(jìn)度要求。
? 商品房預售期
根據深圳市相關(guān)政策,對于商品房的預售期,混凝土結構施工到2/3樓層可售賣(mài),鋼結構施工到1/3樓層可售賣(mài)。
對于本項目來(lái)說(shuō),與混凝土結構相比,鋼結構的預售期可提前146天(約5個(gè)月)。房屋預售期提前,有助于業(yè)主提前資金回籠,緩解資金壓力。
BIM技術(shù)展示
在方案設計階段引入BIM技術(shù),配合結構體系、三板體系、衛生間與陽(yáng)臺等選型工作,為實(shí)現鋼結構建筑的結構系統、外圍護系統、內裝系統、設備與管線(xiàn)系統集成一體化設計提供信息化支撐。借助BIM技術(shù),整合鋼結構體系與建筑功能之間的關(guān)系,優(yōu)化結構體系與結構布置;選取合適的內外墻體系,細化建筑節點(diǎn)構造,實(shí)現建筑功能高標準的要求。
◎ 標準層結構布置BIM模型
◎ 標準層布置BIM模型
◎ 壓型鋼板組合樓板BIM模型
◎ 節點(diǎn)詳細構造BIM模型
◎ 黏滯阻尼墻連接構造BIM模型
◎ 衛生間BIM模型
◎ 廚房BIM模型
建筑地點(diǎn):深圳南山區 設計時(shí)間:2016.8-2016.11 咨詢(xún)單位:同濟大學(xué)建筑設計研究院(集團)有限公司技術(shù)發(fā)展部、建筑設計二院 占地面積:6.7萬(wàn)平方米 建筑面積:33.7萬(wàn)平方米 項目總負責人:丁潔民 項目經(jīng)理:吳宏磊 建筑:鎖偉達 結構:吳宏磊、王世玉、陳長(cháng)嘉 BIM:杜明、張瑤
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