高層鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅主要問題分析

目前國內(nèi)高層鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅處于起步階段，尚未形成統(tǒng)一的、占主流地位的結(jié)構(gòu)體系。住宅領(lǐng)域應(yīng)用較多的結(jié)構(gòu)體系有鋼管束剪力墻結(jié)構(gòu)體系、矩形柱框架支撐結(jié)構(gòu)體系、異形柱框架支撐結(jié)構(gòu)體系等，重點對這三類結(jié)構(gòu)體系及當(dāng)前主要問題進(jìn)行分析。1、鋼管束組合剪力墻結(jié)構(gòu)體系1.1?主要構(gòu)件及節(jié)點做法1.1.1?鋼管束剪力墻鋼管束剪力墻由方鋼管及卷邊U形鋼單元依次連接而成，形狀有一字型、L形、T形、C形、Z形、十字型等，其中應(yīng)用最多的是L形、T形和Z形。鋼管束剪力墻由方鋼管（用于轉(zhuǎn)角處）與冷彎卷邊U形槽（用于墻肢部位）組焊而成，壁厚一般為4~8?mm，底部加強(qiáng)區(qū)壁厚一般不小于6?mm，其他部位不小于4?mm。墻體厚度一般為130?mm和150?mm兩種規(guī)格，也可根據(jù)受力情況調(diào)整墻體厚度（一般不大于200?mm）。鋼管束剪力墻豎向長度一般為9?m左右（按3層1節(jié)），也可根據(jù)安裝工藝及吊裝設(shè)備情況進(jìn)行調(diào)整。1.1.2?制作與安裝鋼梁、鋼柱、鋼管束分片在工廠制作，鋼管束分片需在現(xiàn)場焊接組裝成符合設(shè)計要求的L形、T形和Z形等，根據(jù)圖紙要求焊接節(jié)點板、加強(qiáng)板，開設(shè)預(yù)留鋼筋孔，完成吊裝前的準(zhǔn)備工作。鋼管束剪力墻、鋼梁、鋼柱的吊裝與其他鋼結(jié)構(gòu)住宅基本相同，一般按3層1節(jié)。安裝并完成校正后焊接本柱節(jié)內(nèi)（一般為3層）所有的梁與柱、梁與墻；再檢查驗收本柱節(jié)范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)，重點檢查焊接質(zhì)量、高強(qiáng)度螺栓連接副及結(jié)構(gòu)尺寸偏差，全部符合要求后方可澆筑墻內(nèi)、柱內(nèi)的混凝土；鋼管束剪力墻及矩形鋼管柱內(nèi)均澆筑無收縮自密實混凝土，經(jīng)試驗確定的混凝土配合比除應(yīng)滿足設(shè)計要求的強(qiáng)度指標(biāo)外，還應(yīng)考慮澆筑工藝要求，選擇合理的混凝土坍落度，以確保混凝土的澆筑質(zhì)量。1.1.3?主要節(jié)點做法鋼管束剪力墻是一種新型的結(jié)構(gòu)形式，與傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)不同，由于其節(jié)點連接存在缺陷，鋼管束豎向截面無法全部焊接（位于墻體內(nèi)的豎邊無法焊接），因此須關(guān)注鋼管束剪力墻相關(guān)節(jié)點的做法。（1）鋼管束剪力墻豎向連接做法。1）底部連接節(jié)點：鋼管束剪力墻深入地下一層，在地下二層結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高處設(shè)預(yù)埋件，鋼管束剪力墻與預(yù)埋件焊接連接，并增設(shè)加強(qiáng)板以保證節(jié)點連接強(qiáng)度。2）中間對接節(jié)點：由于鋼管束豎向連接存在缺陷，位于墻內(nèi)的鋼管壁無法焊接，使連接節(jié)點成為薄弱環(huán)節(jié)。為此采取以下加強(qiáng)措施：在連接處增加過渡鋼板，過渡鋼板焊接于下部鋼管束剪力墻頂部（吊裝前應(yīng)焊接完畢），上部鋼管束剪力墻與過渡鋼板采用全熔透焊縫；在鋼管束接縫處鋼管空腔內(nèi)設(shè)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，在混凝土澆筑后可提高墻體的整體受力性能。（2）鋼管束與鋼梁連接節(jié)點。由于鋼管束的鋼板厚度較小（一般為4~6?mm），若直接與鋼梁焊接無法滿足節(jié)點的局部受力要求，因此采用增加補(bǔ)強(qiáng)鋼板做法，即在鋼管束連接處預(yù)先焊接補(bǔ)強(qiáng)鋼板（通過角焊縫結(jié)合塞焊，在鋼管束外側(cè)貼焊補(bǔ)強(qiáng)鋼板），鋼梁連接板與補(bǔ)強(qiáng)鋼板焊接。（3）鋼筋桁架樓承板與鋼管束的連接節(jié)點。由于鋼管束剪力墻的阻擋，鋼筋桁架無法穿過鋼管束，故該處需設(shè)置鋼板支座支撐樓板（可采用角鋼貼焊于鋼管束外側(cè)），附加鋼筋及通長鋼筋穿過鋼管束（預(yù)先開孔）。1.2?優(yōu)缺點分析1.2.1?主要優(yōu)點（1）空間布置靈活、受力性能好。該體系以鋼管束剪力墻承受豎向荷載、水平荷載和地震作用，有機(jī)結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)建筑工業(yè)化與剪力墻結(jié)構(gòu)布置的靈活性，非常適用于住宅項目。（2）構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化程度高。鋼管束所采用的方鋼管和U形冷彎卷邊槽形鋼均可標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，制作工藝簡單，且可根據(jù)設(shè)計要求組合成不同形狀。1.2.2?主要缺點（1）現(xiàn)場焊接量大，施工速度不快。由于鋼管束的組成構(gòu)件（方鋼管、U形槽）之間需滿焊，而為方便運(yùn)輸工廠只能焊接為一字形，需在現(xiàn)場組裝成L形、T形、Z形，致使現(xiàn)場焊接量大；且鋼管束上下段之間也為焊縫連接，焊接量大，焊接難度高。（2）目前鋼管束結(jié)構(gòu)體系尚無國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計審圖需經(jīng)專家論證才能使用。2、矩形鋼管柱框架支撐結(jié)構(gòu)體系2.1?主要構(gòu)件及節(jié)點做法2.1.1?結(jié)構(gòu)構(gòu)件矩形鋼管柱可采用成品矩形鋼管，加工成本低，壁厚大于12?mm時應(yīng)采用焊接截面。根據(jù)受力要求，可在鋼管內(nèi)部澆筑自密實無收縮細(xì)石混凝土。鋼梁采用熱軋或焊接H型鋼，鋼梁翼緣寬度不大于墻厚。中心支撐可采用熱軋H型鋼或方鋼管制作，以承受水平荷載和地震作用。2.1.2?制作與安裝矩形鋼管柱框架支撐結(jié)構(gòu)體系構(gòu)件包括矩形鋼管柱、H型鋼梁和中心支撐。矩形鋼管柱應(yīng)盡量采用成品矩形鋼管加工，當(dāng)壁厚大于12?mm時應(yīng)采用焊接截面；由于矩形鋼管柱寬度較?。▋H150~200?mm），焊接時應(yīng)采取措施以防產(chǎn)生扭曲變形。2.1.3?主要節(jié)點做法因矩形鋼管柱截面較小，成品矩形鋼管無法增加內(nèi)隔板，焊接截面雖可增加內(nèi)隔板，但因截面太小造成焊接困難。為解決梁柱節(jié)點連接問題，一般采用以下兩種節(jié)點形式。（1）截斷矩形鋼管，焊接貫通加勁板：這種節(jié)點是將鋼管柱截斷后，在與鋼梁上下翼緣對應(yīng)的位置焊接貫通鋼板，保證節(jié)點受力得到可靠傳遞。（2）外貼鋼板加強(qiáng)做法：當(dāng)鋼梁與鋼柱外表面齊平時，可在矩形鋼管柱外側(cè)貼焊加勁板；當(dāng)鋼梁側(cè)邊對應(yīng)于矩形鋼管柱中部時，可在矩形鋼管柱上開槽焊接貫通加勁板。該做法與鋼管束剪力墻與鋼梁連接節(jié)點相似。2.2?優(yōu)缺點分析該體系的主要優(yōu)點是施工成本低，且可滿足室內(nèi)不露梁柱的要求；主要缺點是適用高度較低，主要用于高度50?m以下的住宅建筑。3、異形鋼管柱框架支撐結(jié)構(gòu)體系3.1?主要構(gòu)件及節(jié)點做法3.1.1?結(jié)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)件包括異型鋼管柱、H型鋼梁和鋼支撐，其中H型鋼梁、鋼支撐做法與矩形鋼管柱框架支撐結(jié)構(gòu)相同，重點介紹異型鋼管柱。異型鋼管柱由方鋼管和U形槽組成，方鋼管規(guī)格為150?mm×150?mm，U形槽寬150?mm，長150~600?mm；方鋼管和U形槽的壁厚相同，一般為6~20?mm。當(dāng)壁厚不大于12?mm時可采用成品鋼管和卷邊加工的U形槽；壁厚大于12?mm時，應(yīng)采用鋼板焊接制作方鋼管和U形槽。若U形槽加工困難，可采用相同截面的矩形鋼管代替。3.1.2?制作與安裝異型鋼管柱框架結(jié)構(gòu)體系的梁、支撐與矩形鋼管柱結(jié)構(gòu)體系相同，制作安裝簡單，施工難度小，但異型鋼管柱的制作安裝難度較大，主要難度如下。（1）材料采購困難。市場出售方鋼管壁厚一般為5~10?mm，若壁厚12?mm以上只能采用焊接截面，小截面箱形柱加工煩瑣，焊接變形不易控制；U形槽需定制，由于寬僅150?mm，加工極為困難，故實際工程中多用矩形管代替。（2）焊接量大。異型鋼管柱縱向焊縫多且全部要求滿焊，致使焊接量很大；由于截面不對稱，大量縱向焊縫易扭曲變形，制作時需使用特殊工裝控制焊接變形。（3）連接節(jié)點施工難度大。異型鋼管柱豎向?qū)庸?jié)點連接困難，內(nèi)側(cè)方鋼管立邊無法直接焊接，需預(yù)留焊接段，待內(nèi)側(cè)焊接完成后再焊接預(yù)留段，鋼梁與鋼柱連接需增加補(bǔ)強(qiáng)板。3.1.3?主要節(jié)點做法（1）鋼柱豎向?qū)庸?jié)點：異型鋼管柱上下對接時內(nèi)側(cè)鋼管柱立邊無法直接焊接，需預(yù)留連接段（在每個柱肢預(yù)留），待中間鋼柱焊接完成后再將連接段焊接完畢。（2）鋼柱與鋼梁連接節(jié)點：在異型鋼管柱與鋼梁連接處外貼加強(qiáng)板（與鋼柱采用周邊角焊縫與中部塞焊縫結(jié)合的方式連接，相當(dāng)于加厚鋼柱連接段鋼板），在加強(qiáng)鋼板上焊接連接板，與鋼梁實現(xiàn)剛性連接。3.2?優(yōu)缺點分析該體系的優(yōu)點是室內(nèi)不露梁柱可滿足建筑要求，受力合理，承載力高；缺點是加工難度大、成本高，目前尚未制定標(biāo)準(zhǔn)，審圖時需專家評審。4、鋼結(jié)構(gòu)住宅現(xiàn)存主要問題4.1?結(jié)構(gòu)體系有待完善傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)體系與市場主流戶型匹配度不高，新型的鋼結(jié)構(gòu)體系還有待完善，尚未形成成熟的鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系。4.2?圍護(hù)系統(tǒng)有短板目前還缺少與鋼結(jié)構(gòu)住宅配套的、成熟的圍護(hù)體系，特別是缺少適用于高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的外墻板，成為制約鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展的主要原因。4.3?防腐蝕問題未解決相對于鋼筋混凝土建筑，鋼結(jié)構(gòu)建筑的兩個突出缺點是防腐和防火問題。防火問題雖可通過涂覆防火涂料、使用防火板、包裹混凝土等方法解決，但按現(xiàn)行規(guī)范防腐蝕問題都要求定期油漆維護(hù)，住宅使用過程中面對眾多業(yè)主，實際操作難度很大。4.4?建筑成本偏高目前鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅尚未形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，且缺少可復(fù)制、大面積推廣的建筑體系，無法形成規(guī)模優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅直接成本高，建造時間長。5、發(fā)展思路5.1?完善裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)及圖集的制訂工作在大力推進(jìn)裝配式建筑發(fā)展的政策下，我國雖已制定了一批裝配式建筑的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但仍不能滿足需求，應(yīng)從國家層面推動鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系及圍護(hù)體系的研發(fā)，完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。5.2?研究解決鋼結(jié)構(gòu)住宅防腐蝕問題目前鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕問題已成為制約行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題，應(yīng)針對鋼結(jié)構(gòu)住宅進(jìn)行專項研究，制訂合理且可執(zhí)行的防腐蝕方案。5.3?推進(jìn)EPC工程總成本管理模式鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅是一個完整的建筑系統(tǒng)，特別適用于工程EPC總承包管理模式。由工程EPC總承