上海宝钢建筑工程设计有限公司 上海 201900
摘要：本文围绕采用传统结构体系的钢结构住宅，总结了常用的结构和建筑系统，重点论述了结构框架柱、支撑以及相关连接的设计和构造处理。提出了此类钢结构住宅项目实施应着重关注的几点事项。
关键词：装配式；钢结构住宅；结构体系；外围护体系
Design practice and thinking of prefabricated high-rise steel structure residence
CHEN Ye-yin
Shanghai Baosteel Architectural Engineering Design Co. Ltd，Shanghai 201900
Abstract：Based on the residence with normal steel structure，the most widely used structure system and envelope system are introduced. Framed column，brace and connection are discussed in detail. Key points for the implement of the similar projects are given.
Keywords：prefabrication，steel structure residence，structure system，building envelope system
引言
我国高层钢结构住宅按照结构体系可以分为两大类，第一类以宝钢建筑和富煌钢构为代表，采用传统钢结构体系，第二类以杭萧钢构、天津大学和西安建筑科技大学等为代表，采用类似与混凝土剪力墙的结构体系，包括钢管束混凝土组合结构体系、钢管混凝土组合异形柱结构体系和多腔钢管混凝土/组合多腔钢管混凝土异形柱-支撑结构体系。
第一类钢结构住宅结构体系开放，充分利用既有技术，进行技术集成，无需专门论证，但存在所谓的“露梁露柱”问题，建筑户型设计要特别考虑减少相关影响。第二类钢结构住宅适合传统剪力墙户型，但由于采用专有技术，推广存在一定局限性。
本文重点介绍第一类钢结构住宅体系。第一类多高层钢结构住宅项目分布在我国上海、安徽、甘肃和辽宁等地，如图1所示，其中富煌钢构在安徽已完工或正在建设的钢结构住宅约100万平米。
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（a）上海（18F商品房） （b）辽宁（11F安置房）
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（c）甘肃（11F保障房） （d）安徽（19F~27F安置房）
图1 第一类钢结构住宅
1.结构系统
1.1结构体系
建筑专业应尽量减少平面凸凹，形成较为规则的柱网。不超过11层时一般采用钢框架结构体系，超过11层时采用钢框架-支撑结构体系。横向支撑可以设置在山墙和分户墙处，纵向支撑一般需要建筑专业紧密配合才能设置，当采用V形（人形）支撑或偏心支撑时，需要评估框架梁侧向支撑对建筑功能的影响。
1.2 结构构件
（1）框架柱和梁
框架柱一般采用钢管混凝土柱，其中钢管采用冷弯矩形截面、焊接箱形截面或者两者的组合，内填混凝土采用自密实混凝土。框架梁一般采用热轧或焊接H形钢，次梁可以采用高频焊接H形钢。
考虑管内浇筑混凝土的需要以及住宅的层高和柱距，框架柱截面宽度一般控制在350~400mm。纯框架体系钢管壁厚一般不超过12mm，采用冷弯矩形截面；框架-支撑体系钢管采用冷弯矩形和焊接箱形的组合形式。图2所示工程采用钢框架-支撑体系，钢管柱采用了组合形式，非支撑榀框架柱采用冷弯矩形截面，支撑榀框架柱底部若干层调整为焊接箱形截面。
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（a）19F单体 （b）27F单体
图2 框架-支撑体系
结构专业布置框架柱时，以下两点需要特别关注：
1）钢柱在地下室至少下插一层，外包200mm钢筋混凝土，需要考虑扩大截面对其它专业的影响，包括建筑立面、楼电梯和设备井道等，如果无法避免，建筑和设备专业需要留出足够空间。
2）在户型转角处可以设置长矩形柱，如图3所示，截面长度和宽度之比控制不超过3。柱内设置通长竖向加劲肋，将整个柱截面分为两仓，水平内隔板在每仓均设置浇筑孔，通长竖向加劲肋在每个区段均设置透浆孔，保证混凝土浇筑密实。
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（a）截面尺寸350mm×500mm （b）截面尺寸350mm×800mm
图3 长矩形钢管混凝土柱
（2）支撑
支撑截面形式同框架柱。考虑到隔声和防火，支撑一般工厂开设灌浆孔和透浆孔，现场采用专用设备进行灌浆。
结构专业布置支撑时，以下两点需要特别关注：
1）支撑截面宽度一般比墙厚度至少窄40mm（双面），方便建筑对墙体和支撑交界面的处理，如图4（a）所示。
2）由于支撑一般贯穿整个层高，要特别提醒设备专业，设备管线穿越钢梁翼缘时的工厂开孔以及墙体现场开槽均应考虑支撑的不利影响，如图4（b）所示。
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（a）支撑与砌块墙体 （b）支撑与条板墙体
图4 支撑与墙体
1.3楼板
楼板一般采用桁架钢筋混凝土叠合楼板，如图5所示，也可采用免支模现浇楼板。
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（a）预应力桁架钢筋混凝土叠合板 （b）桁架钢筋混凝土叠合板
图5 楼板
1.4节点和构造
对于冷弯矩形钢管混凝土柱，梁柱采用贯通式隔板连接。“强连接”通过梁翼缘增设盖板实现；“支座处框架梁下翼缘稳定性”通过在受压翼缘区段内设置间距不大于2倍梁高并与梁等宽的横向加劲肋来实现，如图6（a）所示。有的工程考虑预制底板安装不方便，将“强连接”调整为梁翼缘加厚式，如图6（b）所示。
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（a）梁翼缘盖板式连接 （b）梁翼缘加厚式连接
图6 框架梁柱节点区构造
电气管线往往需要在钢梁翼缘上开孔，此时相应区域贴焊补强板。
1.5结构位移控制
在风荷载和多遇地震标准值作用下，结构层间位移角限值分别取为1/400和1/300。
2.建筑系统
2.1外围护体系
外围护一般有两种体系可选，分别是蒸压砂加气板+保温装饰一体板和夹芯保温PC外挂板，如图7所示。
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（a）蒸压砂加气板（内嵌）+保温装饰一体板
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（b）夹芯保温PC外挂板
图7 外围护体系
第一种体系属于外墙外保温，基墙为内嵌的蒸压砂加气板，外保温采用保温装饰一体板。宝钢建筑在东北和西北的项目中均采用了该种体系，具体配置见表1。
表1 外围护体系
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注：*防火隔离带采用岩棉。
第二种体系属于外墙夹芯保温，由内外叶墙板、夹心保温层、连接件及饰面层组成，保温提前集成在外墙板中，在工厂进行预制，现场进行外挂。富煌钢构在阜阳市颍泉区棚户区改造抱龙安置区工程成功应用了夹芯保温PC外挂板，如图8所示。
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图8 阜阳市颍泉区棚户区改造抱龙安置区工程
2.2 内隔墙
内隔墙可因地制宜，就近取材，选择项目所在地已有产品。甘肃某项目采用了水泥基复合夹芯墙板，如图9（a）所示，该墙板是双面水泥基中间填充轻质芯材一次复合成型的轻质板材。安徽某项目采用了蒸压砂加气内墙板，分户墙厚度200mm，其余位置厚度100~150mm，如图9（b）所示。两个项目中室内门洞口过梁均采用条板横排。
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（a）水泥基复合夹芯墙板 （b）蒸压砂加气内墙板
图9 内隔墙
2.3 梁柱包覆
地上钢结构防火保护措施一般采取喷涂防火涂料，此时钢构件可采用装饰板包覆方案。钢构件上焊接龙骨，空腔区域填塞岩棉，龙骨外面铺设装饰板，最后粉刷石膏-腻子-乳胶漆面层，如图10所示。
对于梁柱包覆用岩棉，应执行现行国家标准《建筑用岩棉绝热制品》GB/T 19686，除通用要求外，还要满足选做性能要求，包括降噪系数和甲醛释放量等。
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（a）安装龙骨 （b）填塞岩棉
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（c）铺设装饰板 （d）粉刷
图10 兰州某项目钢构件包覆方案
3.结语
对于第一类钢结构住宅，项目参与各方要特别关注以下三点：
1）方案设计
区别与传统混凝土剪力墙户型，设计师要充分考虑钢框架和钢框架-支撑体系的特点，通过户型精细化设计，充分发挥传统钢结构优势，同时尽量减少所谓“露梁露柱”的不利影响。
2）施工图设计
施工图设计时要将构造大样“画清楚”，材料性能“写清楚”。建筑师和结构师应紧密配合，将结构构件以及连接节点、建筑围护和相关包覆表达在统一的构造大样中，以便发现和解决问题。
施工图中涉及的各种材料，均应标明性能指标要求，比如结构自密实混凝土、富锌底漆锌粉含量等，建筑墙板、外墙外保温作用岩棉、梁柱包覆用岩棉、耐碱玻璃纤维网格布等。设计应从源头进行严格控制。
3）施工阶段
对于建筑内、外条板的生产和安装，必须增加类似于“钢结构详图深化”的环节。厂家应结合建筑、结构和设备专业图纸，进行“条板排版深化设计”，包括墙板与结构构件连接构造、门窗洞口过梁和洞口加强措施、管线开槽埋盒处理措施、过窄墙调整方案等。深化设计结果必须经设计院确认后方可安排生产和安装。
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