孙苏莹

目前，新建、拆除建筑产生的垃圾对生态环境的不良影响日益凸显。要想保护城市环境，一方面要提高构件利用率，另一方面要赋予结构相应的可拆卸性。在此背景下，可拆卸钢结构应运而生。该结构既保留了常规钢结构的优势和功能，又避免了建筑拆除后留下大量垃圾，与当今社会提倡的节能环保理念不谋而合，因此有必要围绕该结构的设计与施工要点展开讨论。

1 可拆卸钢结构介绍

1.1 结构组成

经过数年发展，可拆卸结构已趋于完善。在建筑领域广泛运用的可拆卸结构通常包括固定件、节点、梁柱等部分，其中节点是指焊接钢板所得到的立方体，其表面往往设有数个安装孔，梁柱则是由钢管、钢板焊接而成，钢板表面同样开设数个安装孔[1]。

1.2 优势

可拆卸结构的优势主要体现在以下几个方面。首先，该结构使用模块化构件，便于加工和运输，构件到达施工现场后可利用螺栓进行组装，组装质量及速度均能得到保障。其次，该结构的柱、梁构件均配有格构桁架，自重相对较轻，既能降低运输、安装难度，又可以减少施工成本[2]。再次，该结构比其他钢结构的应用范围更广，可适应不同环境和场地条件。最后，各节点均支持多方向连接，其所组成的空间具有较强的灵活性。

1.3 安装方法

可拆卸结构与其他钢结构的区别主要是其强调以梁柱所设置独立节点为依托将各构件可靠连接，从而获得符合施工标准的钢结构形式。安装期间应重点关注以下内容。第一，保证柱顶端安装孔、节点底部安装孔完全重合，并利用螺栓连接。第二，视情况决定是否使用高强度钢丝固定独立节点，确保结构在较大作用力下，节点不会出现明显位移[3]。第三，通过节点、固定件对柱进行固定，根据现场地质条件确定连接方法。例如柔软地面适合用固定件进行连接，刚性地面则更适合通过节点连接。

2 售楼处钢结构分析

项目为上海某小区的售楼处，位于火车站东侧，客户对该建筑的功能定位是租售小区住宅的场所。考虑到售楼处性质较为特殊，通常是临时结构，使用期短，房屋预售结束后便拆除，采用传统建设方案极易出现资源浪费等问题。针对该情况，设计人员制定了以下方案：灵活运用可拆卸设计、模块设计理念对售楼处进行设计，保证建筑幕墙、屋面和主体结构均能随时拆卸并重新安装。在此基础上，引入模块化设计理念，使得单元模块满足自由拼装的条件，且拼装所形成的平面结构符合客户需求。

2.1 整体受力

售楼处位于地上1 层，建筑面层采用架空设计方案，屋面结构为钢结构。客户希望该建筑能够在保留既有预制拼装特点的前提下达到可拆卸的要求，日后只需调整模块单元便能改变结构形状。鉴于此，研究人员以本项目设计的单元拼装方案为依据建立计算模型，如图1所示。由模型可知，该钢结构建筑共包含10 个室外模块、16 个室内模块，室外模块表面均装有铝格栅，室内模块联合外墙、屋面共同构成了密闭性良好的内部空间，平面总面积约1 100 m2[4]。

图1 计算模型

通过结构计算可得出以下结论：三阶振型中，一阶振型周期在0.85 s 左右，对应狭长的室外单元；二阶振型周期在0.72 s 左右，对应室内空间；三阶振型周期在0.70 s 左右，对应建筑整体结构。对钢结构施加一定的风荷载，结构在水平方向的变形在25 mm 左右，钢结构的实际位移比与行业最新标准相符[5]。对比单一单元所表现出的受力特征不难看出，拼装钢结构的整体性更强。

2.2 单元受力

单元模块中一阶振型对应的周期为0.9 s，在竖向荷载值恒定的前提下，单元各角变形幅度均在0.6 mm 左右，跨中边梁变形幅度约为1.8 mm，均未超过规范范围。边梁、环向次梁分别组成封闭环，封闭环的作用有两个：一是套箍结构所承受的竖向荷载，二是约束悬挑主梁中部及端部。结合技术人员提供的弯矩图和轴力图不难看出，即使向该结构施加较大的竖向荷载，其内力和整体变形程度仍处在可控范围内，通常可以忽略不计。由此可见，在设计单元模块时，应将重心放在如何控制水平荷载所引起的变形上[6]。

3 钢结构设计说明

3.1 设计参数

采用轻质屋面，恒荷载1 kN/m2左右，建筑幕墙、外墙恒荷载1 kN/m2，该区域所设置格栅的恒荷载0.5 kN/m2，屋面部分的活荷载为0.5 kN/m2，售楼处室内活荷载为3.5 kN/m2左右。设计人员根据现场情况将风荷载定为0.5 kN/m2，地面粗糙度为B 级，建筑室外格栅实际透风率在50%左右。考虑到建筑主体结构呈倒伞状，在确定设计方案时还要考虑屋面排水问题，故将屋面部分积水深度设定为0.3 m。

3.2 结构体系

3.2.1 单元间

单元间使用H 型钢作为边梁，相邻边梁的距离均控制在500 mm 左右。利用边梁连接各单元，使其成为一个整体，待完成连接倒伞状屋面的工作后，屋面将表现出折形屋面的特征，受力体系的性能更加突出。项目采用六边形立面，由各角点连接成一个整体。另外，设计人员在各外立面下方安装了3 根钢立柱，确保立面系统得到有效支撑；主梁下方与六边形角点相距1 m 的结构外侧安装了数根边缘立柱；各模块相连节点的下方同样设有钢立柱[7]。

3.2.2 室内屋面

本项目室内采用六边形结构，整体呈倒伞状。主体结构高度为5.2 m，对角线长度在8 m 左右，立柱高度为3.8 m，横截面规格为φ240×12。屋面共包括6根主梁，每根主梁的截面均呈H 型，主梁根部和柱相连，端部和边梁相连，边梁材质为20b 槽钢。次梁的作用主要是将屋面划分成数个三角形，确保任意三角形边长均在2 m 左右，为日后安装模块单元等工作提供便利。在屋面结构中，仅立柱、主梁采用刚接，其余节点均采用铰接，主、边、次梁共同构成受力体系。项目室外部分的单元构成和室内大致相同，二者的区别仅体现在主次梁的材质上，室外单元用T 型替代了H 型主次梁。

3.2.3 建筑立面

室内外立面结构基本一致，均采用架空设计，其中室内立面和室外地坪的高差在600 mm左右。立面依次装有次梁、边梁以及主梁，三者共同构成稳定、可靠的六边形。立面被划分成多个三角形，三角形边长同样为2 m，这样设计能有效降低安装立面板的难度。此外，设计人员还调整了主梁，通过在其下方增设立柱的方式确保立面系统得到稳固支撑，为售楼处工作人员及来访者的安全提供保护。

3.3 单元拼装

本项目的单元拼装模型见图2。

图2 单元拼装模型

单元拼装时先要按顺序安装中柱及短柱，再安装立面主梁与边梁，并加入立面次梁，使主梁、边梁、次梁构成三角形，然后铺设预制混凝土楼板面，安装立面体系的工作至此告一段落。核实无误后便可组装主梁、边梁、次梁和柱头，并通过吊装方式将组装好的构件转移到指定位置，利用法兰连接中柱顶部和组装构件。

本项目使用的钢结构包括以下关键节点：一是连接模块槽形边梁的H 型连接件；二是焊接而成的T 型次梁，该构件需要连接立面主梁、边梁；三是各立面模块连接点；四是柱顶连接件；五是由方管、角钢及主梁组合而成的连接点[8]。上述节点中，立面模块连接点、“方管角钢+主梁”连接点的主体构造基本一致，二者的区别主要在于连接节点板有所不同。实际施工中，只需以拼接类型为依据对节点板进行选择并拼装，便可达到连接节点的目的。

与此同时，本项目还预制了混凝土楼板，预制模块均为等腰三角形，其边长在2 m 左右，可直接放入钢结构划分的各分格内。考虑到屋面采用了倒伞形设计方案，施工人员以常规做法为基础调整了屋面施工技术。将钢结构中部设置的圆管立柱打造成排水系统，在柱顶增设漏水斗，并对圆管内壁做镀锌处理，在减小水流摩擦力和阻力的前提下使内壁的化学性质更加稳定，同时还延长了圆管使用寿命。另外，圆管下端设有两个排水口，这样设计的目的是保证雨水能够顺利排到室外，避免屋面积水。

3.4 梁施工要点

3.4.1 前期设计

本项目面临的难点主要是吊装施工会破坏安装双拼梁的条件，同时增加紧固螺栓的难度。为保证安装顺利、结构性能理想，有关人员决定更改既有设计方案，调整梁上翼缘板的形状，降低螺栓紧固的难度，同时改变下翼缘板的外观，为安装双拼梁提供了有利条件。

3.4.2 中期安装

梁结构的安装工作主要包括以下3步：第一步，以梁结构的特点为依据制作拼装胎架并吊装，在降低空中作业难度的前提下有力保证施工质量；第二步，调整钢柱位置，吊装成品梁并将其与钢柱连接，初步获得结构框架；第三步，在地面组装双拼梁，将其吊起并固定在结构框架的指定位置，从而获得完整的梁结构。

3.5 其他注意事项

对可拆卸结构进行设计与施工期间，应重点关注以下问题。首先，受设计方案影响，拼装单元模块时有一定概率出现边缘室外单元，将该单元和其他单元组合并不能够获得项目所需受力体系。要想避免出现该情况，关键是要先分析单个模块对应的屋面体系，再根据模块表现出的受力特征调整拼装方案，确保拼装所得受力体系能发挥出应有作用。

其次，以拼装方案为依据建立相应模型并分析受力情况，判断拼装钢结构的稳定性、强度和整体刚度能否达到项目要求。

最后，考虑到客户希望自由拼装模块，施工现场仅使用螺栓连接各节点。前期设计阶段，有关人员既要考虑项目所用其他模块的尺寸，又要考虑安装难度，在保证构件截面规格、形状合理的前提下确定节点设计方案，避免施工期间遇到不必要的问题。

4 结语

本文以某售楼处项目为例，围绕空间结构和设计要点展开讨论，现将研究所得结论归纳如下。

首先，以室外单体模块为落脚点对模块表现出的受力性能、变形程度进行研究，同时分析了组装结构的性能，明确其具有更大刚度，在受力方面的表现也更加突出。其次，建筑结构兼具可拆卸、预制拼装等诸多特征，无形中提高了各节点及整体结构的设计难度，为保证安装质量、效果能够达到预期，设计人员改用螺栓连接拼装节点，不仅加快了安装速度，还大幅度减少了构件类别和数量。最后，结构所表现出的模块化程度相对较高，若以使用功能为依据，则可将现场结构单元划分成室外模块和室内模块，二者构造基本相同，其中屋面模块所用连接件首选H 型钢，目的是将售楼处屋面打造成完整且合理的受力体系。

另外，模块节点适配度较高，既能够进行无单元拼接，又可使用三单元或是两单元拼接，日后施工中只需根据现场情况调整节点板，便能取得理想的安装效果。