预制装配式钢结构建筑设计的相关问题研究

2021-05-17

智能城市 2021年7期

（艾奕康设计与咨询（深圳）有限公司，广东深圳 518067）

1 预制装配式钢结构建筑在工程项目中的应用优势

预制装配式钢结构建筑在工程项目中的应用具有多项较为突出的优势。

抗震能力好：预制装配式钢结构中，主要的承重结构由钢管与热轧钢材料融合而成，两种材料的质量相对较轻，横截面受到的作用力与其他材料相比更均匀。在建筑项目施工中，建筑结构的墙体部分为了在根本上解决建筑墙体自身过重的问题，可充分利用建筑墙体自身的特点，对装配式钢结构进行调整。在此过程中，可根据建筑结构具有的韧性高、可塑性强及延展性良好等优势，达到建筑的抗震目的，保证建筑的安全和稳定。

市场经济收益高：由于钢结构自身的承重能力较强，建筑施工时，可缩减选取的截面面积，建筑的此种结构特征应用到建筑工程施工中，可节省现场施工的部分材料，以达到节约施工基础处理工作成本的作用。

符合我国建筑行业的可持续发展观念：在建筑工程施工中，应用预制装配式钢结构可减轻由于施工对环境造成的污染，减少对周围环境的破坏。

2 预制装配式钢结构建筑设计

2.1 建筑整体框架设计

对预制装配式钢结构建筑整体框架进行设计时，应考虑施工建筑的功能及项目对其提出的实际设计要求，在满足建筑功能完善、具备市场经济效益、美观度高的前提下，考虑主体建筑整体结构与各机电设备安装工程的集成，保证预制装配式钢结构在工厂化生产中进行统一、协调安装。

建筑整体框架设计主要包括建筑平面、建筑外墙、门窗安装节点、小金属构件、细节构造等。

首先，建筑结构中竖向承重构件主要为墙与各个支柱的上下连接，建筑中的门窗洞口结构，应保证其整体的排列与布局符合建筑设计图纸的要求，平面的位置与几何尺寸应在制作前充分考虑其受力与预制构件的相关设计要求。

其次，建筑设计时外墙应满足外立面的多样化、整体建筑结构的美观化等要求。内外墙的接缝处位置应满足防水、防火、隔声和保温的要求，接缝处应采用防水型材料及结构进行设计。

再次，对预制装配式内外墙板结构进行设计时，应对几何尺寸提出更高的要求，选用无门窗副框的安装方式完成对门窗的安装。在制作门窗结构时，应直接将门窗与预制墙板结构进行相互连接，从建筑的整体构造上解决可能出现的渗水问题。

最后，对小型金属构件进行设计时，应考虑预埋件的确定位置精度是否符合要求、在后续安装的过程中是否会与其他构件间产生冲突、锚固结构的长度是否符合要求等问题。

小型金属构件主要包括空调挡板、室内外栏杆、装饰结构等。除此之外，应对建筑整体框架中的各个细节构造进行深化设计，充分考虑接缝、防水、防渗等问题，结合上述建筑框架中的结构，综合分析其连接方式，将其组成统一的建筑结构整体。

以深圳超高层双子塔钢结构建筑为例，该建筑外立面设计节点示意图及对应剖面如图1所示。

图1 深圳超高层双子塔钢结构建筑外立面设计节点

塔楼装饰条包含弧形、折线、扭转等形状，装饰条采用平板扭转，无折边，不同面的板间采用密拼不打胶，采用外露机械钉固定。所有构件、连接件均在工厂生产现场安装。

2.2 建筑结构设计

在完成上述相关工作的基础上，以建筑结构为核心，进行其设计的研究，主体结构的预制装配式构件主要包括型钢柱、型钢梁。考虑型钢梁、柱节点连接的重要性及运输的便利性，通常在工厂对型钢梁柱连接节点加工制作，控制节点的总长度及总重量，以符合运输要求。

田间设计采用多点大区对比试验，均设2个处理，分别为膜下滴灌处理和常规大水漫灌处理，每个处理面积为0.07 hm2。其中膜下滴灌处理每幅地膜下铺设2根毛管，毛管间距50 cm，滴头间距0.3 m，流量2.1 L/h；灌溉水均为井水灌溉，具体灌水量用水表计量。

型钢梁柱节点中的型钢柱长度一般取型钢梁顶面和底面以外各500 mm左右的高度范围，在型钢柱上设置与钢梁同样截面大小且长度不小于型钢梁高度的牛腿，以便钢梁在工地与型钢柱采用高强螺栓连接。型钢柱与型钢柱间采用工地拼接焊，在拼缝两边设置连接耳板，保证钢柱的对位精度。

进行结构设计时，通常分为构件设计、节点连接设计，钢构件需要满足施工阶段和使用阶段承载力的要求，需要达到使用阶段的变形要求，以满足建筑外观要求和使用时的舒适性要求。

以钢结构建筑为例，梁柱结构设计节点如图2所示。

图2 深圳超高层双子塔钢结构建筑梁柱结构设计节点

型钢柱为十字形钢柱，对预制装配式钢结构中节点进行处理，在深化设计中综合考虑加工、制作、运输和安装各环节的综合因素，合理划分节点和构件的分段长度，在钢结构工厂完成梁柱节点和构件的加工制作，在工地复杂的工作环境下避免采用传统的焊接方式，保障节点质量稳定可控。钢牛腿与型钢柱间其翼缘和腹板均在工厂采用全熔透坡口焊刚性连接，钢梁通过与型钢柱上的牛腿梁翼缘采用全熔透坡口等对接焊缝，梁腹板与牛腿腹板间采用摩擦型高强螺栓连接。装配式钢结构可提高楼面水平构件间的施工效率，节约工期并减少材料损耗。

2.3 建筑机电设备设计

建筑机电设备设计主要包括给配水管道预留、预埋设计；燃气专业预留、预埋设计；电气管线预留、预埋设计。前者主要在厨房与卫生间的墙体上完成，因此，建筑此部分结构选择对管线进行预埋的方式施工。在此基础上，应考虑到管道的正常安装及后续调试时所需的空间大小，提前预留空间，节省后续施工强度。

以深圳超高层双子塔钢结构建筑为例，该建筑预制墙板机电穿管节点如图3所示。

图3 建筑预制墙板机电穿管节点

穿管道的洞口间隙较小，采用专用砂浆直接填充，间隙较大则采用灰砂砖或其他专业封堵。深圳超高层双子塔钢结构建筑洞口大于1 200 mm，采用一条角钢配合膨胀螺栓或射钉进行加固，使其与周边的墙体连为一体。套管由专业单位进行安装填充，所有构件、连接件均在工厂生产现场进行安装。

一般情况下，建筑项目会在特殊的环境中开展，受外界与环境因素的影响，建筑机电设备易生锈。预制装配式钢结构被锈蚀后，会影响建筑施工的质量，在恶劣的环境条件下，建筑机电设备应进行特殊的防锈处理。在运输过程中存在生锈的风险，因此，在建筑机电设备到达施工现场后，首先应对机电设备的表面进行除锈处理，以保证预制装配式钢结构表面的光滑性。其次，在设备表面涂抹氟碳材料，减小与空气接触的面积，防止机电设备生锈，以保证预制装配式钢结构建筑的施工质量。