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摘要：随着社会展水平的不断提高，人们对建筑水平的要求也越来越高，对建筑工程的安全性和实用性都有高层次的追求。装配式钢结构设计本身在建筑工程中就具有一定的优势性，随着科学技术的不断展，它的应用越来越广泛。基于此，文章结合某工程实例，针对装配式钢结构设计在建筑工程中的应用进行了分析，以供参考。
关键词：装配式；钢结构；结构设计；应用
1工程概况
某建筑工程采用装配式钢框架结构建筑，南北向长度70.5m，东西向长度57.5m，建筑面积9713.85m2，建筑共6层，一层层高4.5m，其余层高3.9m，总高度20.1m。设计年限50年，抗震设防烈度为7度，地面粗糙度为B类。围护体系设计采用钢丝桁架复合外墙板，预应力混凝土钢肋叠合板和ALC条板内墙。基础采用筏板基础，楼梯采用预制混凝土板式楼梯。
2主体结构设计
工程主体结构为钢框架结构体系，钢框架柱截面尺寸：H400×400×18×28，钢框架梁截面尺寸：H550×200×10×16，次梁截面尺寸：H550×200×10×16，材料均为Q345B，柱强轴方向采用端板连接，一方面降低跨中弯矩，另一方面构造简单避免施焊，实现施工过程中的装配化，梁端部钢板厚20mm，以M20高强螺栓与钢柱翼缘相连，方便现场操作，柱弱轴方向上采用栓–焊节点连接，梁上下翼缘与钢柱上翼缘连接板采用坡口对接焊缝连接，梁腹板与钢柱上腹板连接板采用10.9级高强度螺栓连接，主次梁的连接采用铰接。外墙采用钢丝桁架复合外墙板，楼板与屋面板采用预应力混凝土钢肋叠合板，楼梯采用预制混凝土板式楼梯。对主体框架采用MIDAS进行结构分析，其中可变荷载标准值如下：楼面2.0kN/m2，楼梯间2.5kN/m2，卫生间2.0kN/m2，基本雪压0.3kN/m2，基本风压0.45kN/m2。分中考虑双向风荷载，地震荷载采用MIDASGEN2006软件中的地震反应谱进行计算。经验算，水平位移和层间位移均满足规范限值要求，钢框架的构件强度和稳定均满足要求。
3围护体系设计
3.1外墙设计
工程采用200mm厚钢丝桁架混凝土复合墙板，板的内外两侧为mm厚C30混凝土，中间采用φ4@100mm的钢丝网填充100mm厚的EPS保温板形成三层加芯结构（图1）。复合墙板接缝采用柔性设计，通过构造防水和材料密封防水相结合方式，设置20mm宽的企口缝，缝内中间填充PE橡胶棒，外侧用硅酮密封胶封堵满足保温隔热、隔声防水的要求。
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图1钢丝桁架混凝土复合墙板
复合墙板与钢框架的连接节点采用“下托上拉”式连接节点，可通过滑移和转动抵消部分墙板受到的地震力，有效的保护墙板。上节点为Z字形钢板，开有与复合墙板同向的长圆孔，受力较大时，表现为柔性节点，允许一定的变形位移和转动，同时具有一定的耗能效果，下节点整体为槽型，侧边微有悬挑，与墙体通过螺栓和弹簧连接并与钢梁焊接连接。每10m2采用两套连接节点，相比较钩头螺栓，节约用锚固钢件量60%（图2）。
图
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2钢框架与复合墙板节点示意
3.2楼板、屋面板设计
工程楼板采用预应力混凝土钢肋叠合板，由混凝土底板、波纹钢腹板、混凝土上翼缘组成。其中底板厚度为30mm，波纹钢腹板高度为45mm，混凝土上翼缘厚度为30mm，总高度105mm，波纹钢腹板优先选用厚度1.5mm，其上下两端分别锚固于混凝土上翼缘和底板内，其中在底板内的锚固高度为25mm，在上翼缘内锚固15mm，相邻两条混凝土上翼缘之间的距离为600mm。预应力钢筋使用1570级螺旋肋高强钢丝φH5.0，单根预应力钢筋张拉控制应力σcon=0.55ƒptk，超张拉5%。底板内另设置均布横向钢筋C8@200，上翼缘内设置通长纵向钢筋2C8，预应力筋及上翼缘内钢筋的保护层厚度均为15mm。该预应力混凝土叠合板开裂荷载大于6kN/m2，极限承载力为8～18kN/m2，跨中挠度为7.75mm，与相同板跨的钢丝桁架楼板相比，其承载力提高了3.3倍。
预应力混凝土钢肋应力叠合板可根据线缆布置情况，现场在钢腹板开孔或工厂预制开孔，而底板与钢腹板一次浇筑成型，没有施工缝，预制板重量也更轻，解决了PK板T形肋与底板易剥离的问题，支撑跨度提高至4.2m，远高于目前钢筋桁架楼承板的1.5m的支撑跨度。材料成本价约45元/m2，加人工成本10～20元/m2，预应力混凝土钢肋应力叠合板底板的总造价约为60元/m2，远低于钢筋桁架混凝土叠合楼板（图3）。
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图3预应力混凝土钢肋应力叠合板板截面示意
4经济性研究
分别将计算钢框架、钢丝桁架混凝土复合墙板和预应力混凝土钢肋叠合板的成本。钢材用量475.38t，工日1436，较混凝土框架结构（框架柱600mm×600mm，框架梁300mm×750mm，次梁250mm×600mm）节约工期50%。钢丝桁架混凝土复合墙板较200mm厚砌块加50mm厚EPS保温墙板相比，工期节约高达67.8%，节约建筑面积325.57m2。成本较砌块+外保温外墙和200mm厚ALC外墙板降低10%和20%。预应力混凝土钢肋叠合板施工周期较130mm厚现浇楼板减少68.5%，与130mm厚钢筋桁架混凝土叠合板相比成本降低24%，具有更好的经济性。
5结论
（1） 工程采用钢丝桁架混凝土复合墙板，预应力混凝土钢肋叠合板，预制混凝土板式楼梯，钢梁钢柱，装配率高达95%以上。
（2） 相较于普通砌块+外保温墙板，预制钢丝桁架混凝土复合墙板自重减轻了30%，节约工期67.8%，成本降低10%，强度重度比约为砌块墙板的1.14倍，节能效果达65%以上。
（3） 采用“下托上拉”式连接节点，可通过滑移和转动抵消部分墙板受到的地震力，有效的保护墙板，同时减少连接件使用数量。
（4） 在相同板跨时，相较于钢丝桁架楼承板，预应力混凝土叠合板承载力提高了3.3倍，叠合板底板与钢腹板一次浇筑成型，没有施工缝，预制板重量更轻。
参考文献：
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