《装配式钢结构建筑技术标准》
2017-04-20 09:47:16

近年来,我国积极探索发展不同结构形式的装配式建筑,装配式建筑代表新一轮建筑业的科技革命和产业变革方向,既是建造方式的重大变革,也是推进供给侧结构性改革和新型城镇化发展的重要举措。但建造方式的技术规范与标准的顶层设计在支撑保障方面还存在许多亟待解决的课题,与国际上发展装配式建筑及其先进建造方式相比还有很大差距。为此《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》(国办发〔2016〕71号)在第一项重点任务中就提出要“健全标准规范体系”。

2016年,由住房和城乡建设部负责管理,中国建筑标准设计研究院牵头编制了国家标准《装配式钢结构建筑技术标准》GB/T51232-2016(以下简称《标准》)。全国装配式钢结构建筑领域40余家研究、设计、生产、安装和管理单位部门参加了编制。在编制过程中,我们认真总结并吸收了国内外装配式钢结构建筑集成的相关技术和成熟实践经验,参考国内已有标准和国外先进标准,结合全国各地区实际情况并吸收了近年来装配式钢结构建筑的最新研究成果,编制完成了这本《标准》。现《标准》已经颁布,将于2017年6月1日正式实施。
在《标准》编制过程中,我们坚持国际视野与全面创新,完善标准内容和技术措施相结合的同时,注重长远并提质增效来提高装配式建筑的标准水平,贯彻了“四个基础、五个方向和六个原则”(见《标准》主编人刘东卫《装配式建筑标准规范的“四五六”特色——《装配式混凝土建筑技术标准》和《装配式钢结构建筑技术标准》编制解读》),同时针对传统1.0时代的装配式钢结构建筑技术不足,有针对性地进行了引导。下面,结合《标准》(报批稿),就几个大家关心的问题进行解读。
钢结构一定是装配式钢结构建筑?
提起装配式钢结构建筑,有人第一反应是“钢结构还有非装配的?”
的确,无论钢结构的节点采用焊接连接或是螺栓连接,主流观点都认为钢结构是装配的。
但是,我们现在谈论的装配式钢结构建筑,“装配式”修饰的是“建筑”,也即装配式的钢结构建筑,这从《标准》的英文名称Technicalcodeforassembledbuildingswithsteelstructure能看得很清楚。
这次《标准》的编制,提出了装配式钢结构建筑是由结构系统、外围护系统、设备管线系统和内装系统四个大系统集成为的整体,单纯的一个系统装配——例如只有结构系统装配——不能称作装配式建筑,也不能参与装配式建筑的评价。这样强调,是为了扭转目前在装配式钢结构建筑领域重结构、轻建筑、无内装的错误做法。
摒弃“重结构、轻建筑、无内装”的错误观念;开启由结构、外围护、设备管线和内装四大集成设计的2.0时代。
原有标准规范无法设计装配式建筑吗?
有人提出疑问,在传统建筑时代,我们依靠各类标准、规范可以完成设计,在装配式建筑时代,建筑还是同样的功能,结构也是同样的结构,为什么再用以前的哪些标准,就感觉不够用了呢?
传统建筑,无论是在设计阶段的建筑专业、结构专业、设备专业等之间,还是在策划、设计、加工、施工等实施建造环节之间,相互之间的交叉、协调相对简单,工艺(工法)也很明确。
而装配式建筑的建造,是基于部品部件进行系统集成实现建筑功能并满足用户需求的过程。这个集成的过程,各系统之间的交叉和影响要复杂的多。我们从思维、理念,到技术、经验都需要有一个根本的转变,必须用产品化思维,站在建筑系统集成的层面上,去思考问题。
在装配式建筑的集成设计中,要做到以建筑功能为核心,以结构布置为基础,以工业化的围护、内装和设备管线部品为支撑,综合考虑建筑户型、外立面、结构体系、围护系统、设备管线、构件防护、内装等各方面的协同与集成,实现结构系统、外围护系统、设备管线系统和内装系统的协同。否则就会出现例如结构的用钢量优化了,但钢结构构件尺寸过多,加工不便,同时构件高度不一,嵌入式围护系统的墙板安装时需要裁剪,现场工作量的扩大等种种问题。而《标准》在系统内部依托行业已有的各专项标准指导技术工作并少量调整,在系统之间,将四大系统集成统一考虑,主要在解决系统之间的问题。
《标准》强调了哪些和传统建筑技术不同的要求?
前文提到,装配式钢结构建筑各专业设计仍依托原有标准规范,但《标准》针对装配式钢结构建筑的特点,对部分规定进行了强调或调整,使之更能符合装配式钢结构建筑的发展现状,同时覆盖了建筑的全建造期。在设计阶段,具体强调的内容摘录如下:
(一)建筑设计
(1)着重强调了模数协调、标准化设计、提升钢结构建筑性能和装配式钢结构建筑的平面空间特点。前两者主要针对装配式建筑的特点确定,只有标准化设计的构件才能最大化实现工厂化的生产和现场装配,提升质量降低造价。不同主系统之间和系统内的不同子系统之间的装配(组装、安装)则还要符合尺寸模数协调的相关要求。装配式建筑的基础就是有大量的部品可供建筑在装配时选择,遵守模数要求无疑方便了装配。
(2)钢结构装配式建筑当前最需要解决的问题主要是建筑性能问题,也就是使用者的感受,《标准》针对结构构件防护(防腐防火)、隔声、保温以及结构舒适度等使用者对装配式钢结构最关心的部分进行了强调。
(3)由于装配式建筑更需要不同系统之间的整合集成,建筑信息模型技术会有更大的应用空间,它是装配式建筑实现集成设计、智能制造的重要实现手段,能更好地实现装配式建筑全流程全专业全产业的一体化集成。《标准》对建筑信息模型技术的使用也进行了一般性规定。
(二)结构系统
(1)现有标准规范能满足绝大多数装配式钢结构建筑的需求,《标准》对结构体系选择、结构最大高度确定、设计方法和结构设计指标都与现行国家《标准》和《高层民用建筑钢结构技术规程》等行业标准的要求相同,并增加了适合钢结构住宅使用的钢框架内填剪力墙板结构和交错桁架钢结构的相关要求。标准对结构的竖向构件推荐采用钢管混凝土柱,有利于减小构件截面并减轻空心构件竖向传声效应,同时该做法可计入装配率。
(2)为保证住宅居住者的舒适感受,《标准》对要求装配式钢结构住宅在风荷载标准值作用下的层间位移角不应大于1/300,屋顶水平位移与建筑高度之比不宜大于1/450。同时提出高度不小于80m的装配式钢结构住宅以及高度不小于150m的其他装配式钢结构建筑应进行风振舒适度验算。这些要求比其他行业标准的要求更为严格。
(3)钢结构的节点连接主要有两种做法,栓接和焊接,现场栓接比焊接更容易操作。这次《标准》制订时增加了带悬臂梁段翼缘焊接-栓接组合形式,同时增加了梁柱节点外伸端板连接这类全栓连接的方式。
(4)楼屋盖是结构系统的重要组成,可以采用压型钢板组合楼板、钢筋桁架楼承板组合楼板、预制混凝土叠合楼板及预制预应力空心楼板以及免支撑支模现浇楼板等,《标准》都给与了确认。
不同楼板的选择和使用要求(如是否有吊顶,板底的处理方式)、造价、施工便利性有关,也和装配率有关。
为保证结构整体性,《标准》对非全现浇楼板进行了限制:“抗震设防烈度为6、7度且房屋高度不超过50m时,可采用装配式楼板(全预制楼板)或其它轻型楼盖,但应采取下列措施之一保证楼板的整体性……”和“装配式钢结构建筑可采用装配整体式楼板,但应适当降低最大高度。”这与其他标准相比更为严格。
(5)目前装配式钢结构建筑领域出现了很多新技术,《标准》对这些新技术给与了开放的原则,但采用时应有可靠依据。
(三)外围护系统
外围护是装配式钢结构建筑重要的系统,也是当前推广装配式钢结构住宅的瓶颈之一。从《标准》提出外围护系统设计应考虑到的五大内容:
(1)外围护系统的性能要求
(2)外墙板及屋面板的模数协调要求
(3)屋面结构支承构造节点
(4)外墙板连接、接缝及外门窗洞口等构造节点
(5)阳台、空调板、装饰件等连接构造节点——即可知道外围护系统的复杂性。
对于钢结构住宅,外围护系统设计还应关注居住者的使用习惯(即梁、柱等构件的隐蔽)。因此《标准》按外墙系统与结构系统的连接形式将墙板分为内嵌式、外挂式、嵌挂结合式三类;按施工方式分为预制外墙、现场(或工厂)组装骨架外墙、建筑幕墙等三类。
《标准》还要求各类墙板均应在50年重现期的风荷载或多遇地震作用下,不得因主体结构的弹性层间位移而发生塑性变形、板面开裂、零件脱落等损坏;当主体结构的层间位移角达到1/100时,外墙板不得掉落。除此之外,各类墙板还应遵守各自的技术《标准》。
外围护系统没有涉及到现场砌筑类外墙,这是因现场砌筑外墙很难适应钢结构变形,容易开裂形成贯通裂缝,影响使用。也因为现场砌筑外墙不符合装配式的施工方式,故外墙非砌筑成为钢结构装配式建筑的基础要求。
(四)《标准》对建筑设备与管线系统重点强调管线与主体结构分离和设备全专业集成化设计。
(五)内装系统是装配式建筑四大系统之一,是目前最易被忽略的系统,但却是装配式建筑与使用者最密切相关的系统。
在装配式钢结构建筑中,内装系统更是必不可少:由于钢结构构件需要和外部包裹隔绝,装配式钢结构建筑最适合与内装相结合。
《标准》提出梁柱包覆应与防火防腐构造结合,实现防火防腐包覆与内装系统的一体化。
钢结构住宅不易处理的室内露梁、露柱问题,也可以通过内装部品是布置加以隐藏。
《标准》规定,内装系统各组成部分如隔墙、墙面、吊顶、地面宜选用装配式部品,厨房和卫生间宜选用集成式产品。
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