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二十二冶杯 2018全国钢结构 装配式建筑设计 由唐山市政府、中国钢结构协会主办的“二十二冶杯”2018全国钢结构装配式建筑设计创新竞赛于2018年12月29日圆满结束。此次竞赛以“创新、梦想”为宗旨，以“绿色唐山•创意钢构”为主题，旨在通过加强设计理念与钢结构建筑的融合互动，提高区域制造业的供给能力，推动唐山市工业提质增效，转型发展。中国钢结构协会对参赛项目的申报材料进行了初评，最终产生了来自全国30多个单位的23个作品参加决赛。 钢结构公众号将对部分获奖作品进行报道，本期为大家介绍的是荣获“二十二冶杯”2018全国钢结构装配式建筑设计创新竞赛二等奖，来自重庆大学建筑规划设计研究总院有限公司、浙江绿筑集成科技有限公司代表队的作品——“迭院叠墅”。
1.项目概念策略 1.1概念构思 以传统模式解决当下的城市问题
借用传统北方院落的形式与空间特征，以现代建筑语言将院落单元作解读，一脉相承而又变化的院落形式体现建筑空间在时间维度的迭代。 在竖向上层叠错落，并与交错桁架的空间特征结合，生成符合空间特点的空中花园群落。 利用奇偶层的平面差异布置两层高的露台，使外挑的空间有规律的相互错落，形成错动的景观观感。 1.2关键解读 1.3建筑与结构的相互适应 交错桁架结构体系由柱子、平面桁架和楼板组成。两列柱子沿建筑纵向外侧布置，中间无柱。桁架支承在纵向柱列上，平面上间隔布置，竖向上交错布置；桁架高度与层高相同，跨度与建筑进深相近。楼板一端搁置在桁架的上弦，另一端搁置在相邻桁架的下弦。 柱与桁架组成的主体结构 楼板搁置在相邻桁架上下弦杆 空间交错
1.3建筑与结构的相互适应 采用方正的套型平面。公共空间置于套型中部，作为外挑空间与室内空间的联结部分；外挑部分不在结构主体中，利用桁架保证其稳定性和空间开放性，在一定程度上形式多变，实现居住空间多样性。 通过奇偶层桁架配置，保证桁架不分割完整的建筑空间，且利用桁架的节间孔洞联系桁架两侧空间，灵活运用纵向连续、隔层交错的空间特征。 交通体参与桁架交错 交通体不参与桁架交错 交通体参与桁架交错。交通体空间在竖向上应连续贯通、在水平方向上交通体应位于交错桁架的经济柱距之内，故桁架交错的位置（即柱设置的位置）应在交通体的两侧外部，避免交错桁架在平面上横断交通体。 交通体增加支撑。采用支撑钢框架体系，保证交通体部分的结构稳定性，同时避让建筑孔洞，达到结构加强与建筑空间适应的目的。 1.4技术策略 技术夹层图示 下翼缘加宽工字钢图示 穿梁管线区域图示 为减少管线模块对层高的占用，采用工字型钢作梁，与管线系统的关系如图所示，腹板部分的区域作为管道区，使管线模块层减少对空间净高的影响，保持其经济性。 ALC板外墙 ALC板内墙 外墙采用200厚ALC条板外墙。ALC条板外墙施工速度快，不需过多辅助结构和装饰抹灰，抗震性能优。 内墙采用200厚ALC条板，干法装配施工、梁柱防开裂构造设计、装饰装修便捷性提升、隔声防火性能优越。 内外墙均有施工快、性能优的优势，符合装配式建筑对围隔结构的要求。 厨卫系统采用集成厨房、集成卫生间，保证设计精细化的同时，提高建筑的装配率，符合绿色装配式建筑的设计要求。 问题： 露台下的套型内，在南向无法满足至少一居室满窗日照大寒日2小时的要求。 解决方式1： 中间单元露台挖洞，使中部居室满足日照要求。 在外挑5m的露台上沿建筑外墙向外挖出3.9m的洞口，以保证下层窗口满足日照要求。 解决方式2： 端部单元山墙开窗，使端部居室通过侧向采光满足日照要求。 参考《装配式建筑评价标准》GB/T51129-2017中关于装配式建筑评价的规则，保守预估，本项目评分82，能满足AA级装配式建筑要求。 参考《绿色建筑评价标准》GBT50378-2014，本项目单体建筑在节地、节能、节水、节材方面采用了各项绿色建筑技术策略。
2.建筑方案设计 2.1 效果图 2.2平面图 2.3立面图 2.4剖面图 2.5桁架结构示意 奇数层 偶数层
3 结构方案设计 3.1设计依据 1）结构设计使用年限：50年； 2）设防烈度8度，设计基本地震加速度0.2g，场地类别Ⅱ类，设计地震分组为第二组； 3）建筑抗震设防类别：标准设防类（丙类）； 4）大气环境腐蚀程度等级C3； 5）地面粗糙度B类、基本风压0.35kN/m2，基本雪压0.4kN/m2. 本结构设计以钢结构设计为主，采用钢管混凝土柱。 钢材强度：Q345B；混凝土强度：C50。 1）墙体荷载 结构初步设计时，墙体统一按外墙（300mm厚加气混凝土砌块）考虑，折算线荷载：5kN/m 2）楼板荷载 3.2结构布置 本设计为装配式高层住宅，采用交错桁架体系，具有抗侧刚度大的优点，另外由于桁架、钢框梁均可以在工厂预制，大大节省了施工时间，提高了装配率。 主体结构采用交错桁架体系；局部交通体采用支撑钢框架体系；特别地，通过悬挑桁架实现“迭院叠墅”理念。 横向：交错桁架体系 纵向：框架梁将各框架柱连接起来，框架梁与框架柱刚接形成钢框架；在电梯框架结构内设置十字型侧向支撑，以加强结构纵向的抗侧刚度。 1）节间不等距布置（ 1.9m+2.8m+2.6m+2.8m+1.9m ），满足内部建筑布置要求； 2）特定位置取消斜腹杆：厨房设门处、悬挑阳台通道处。 3.3结构布置图 相邻两榀（①轴、②轴）桁架立面布置图 3.4计算结果 考虑扭转耦联时的振动周期(秒)、X,Y 方向的平动系数、扭转系数（强制刚性楼板模型） 周期比: 第1扭转周期(2.7630)/第1平动周期(3.8708)= 0.71 此外，剪重比、层间位移角等整体指标均满足规范要求。 3.5构造说明 1）质量轻、刚度大、承载力高、抗裂性能好； 2）整体性好，带肋及穿孔构造增大新老混凝土粘结面积、增加机械咬合力，保证叠合结构的共同工作性能； 3）板肋底部预留方形孔，可根据设计需要穿置横向钢筋，实现楼板双向受力，传力更合理； 4）综合经济效益高。施工方便快捷，工期短，效率高。 考虑下翼缘搭接楼板，对弦杆下翼缘进行加宽加厚处理 GKL1、GKL3：山墙榀桁架弦杆；GKL2：其他榀桁架弦杆 3.6推覆分析 X方向能力谱与需求谱曲线（Sa-Sd） Y方向能力谱与需求谱曲线（Sa-Sd） X方向楼层剪力和位移角曲线 Y方向楼层剪力和位移角曲线 X向推覆过程 Y向推覆过程 综上，本结构耗能机制良好，地震响应可控，有效确保结构“小震不坏、中震可修、大震不倒”抗震设计目标。
4 结构典型节点设计 4.1楼板与弦杆连接节点 1.弦杆免防火：弦杆可完全包在楼板厚度内（预制+叠合） 2.空间平直：楼板与弦杆下翼缘齐平，房间清爽无梁 板底与下翼缘平齐 工厂预制开槽 1.施工速度快：无模板系统以及支撑系统，可多层楼板连续施工 2.现场湿作业量小：减少约一半现场混凝土湿作业 3.平整的预制板底面：避免现场板底抹灰 4.品质有保证：工厂自动化，精准保障楼板品质 无支撑钢筋桁架叠合板 板底平整避免抹灰 多层连续施工 4.2柱与桁架连接节点 1.节点全螺栓连接，现场无需焊接，快速施工 2.节点构造简洁、传力明确 柱-桁架的全螺栓连接节点 上弦杆与柱连接节点 下弦杆与柱连接节点 快速装配化施工 4.3节点处理 连接可靠，结构整体性好 构件工厂预制，质量更优 施工简便，效率高 柱边切角 腹杆连接节点 板面拉毛处理对比 预埋件焊接 板侧勾缝 4.4施工技术措施 1.工程量减少，施工速度更快 2.构件工厂预制，统筹安排，工期缩短 3.现场装配率高，安装更快捷 工厂化制作 运输方便 现场占地面积少 柱外围布置，数量少 施工快速
5 围隔体系选型与施工 5.1住宅围隔墙体的设计策略 1.外墙采用200厚ALC条板（安装速度快，满足防火、防水、隔声及装配要求） 2.分户墙、楼电梯井道采用200厚ALC条板（安装速度快，满足防火、防水、隔声及装配要求） 3.卫生间，厨房采用100厚ALC条板（安装速度快，满足防火、防水、隔声及装配要求） 4.卫生间采用集成卫浴（提高装配率） 5.管井采用100厚蒸压加气混凝土砌块（对于有水房间，砌块防水性能及措施更有效） 6.交错桁架两侧内墙采用75厚ALC条板（条板间空腔可作为管线空间，提高整体装配率） 7.采用装配式内装系统，便于管线分离。 5.2ALC条板作围护墙体的设计与施工 1.安装便利ALC板根据图纸及现场尺寸实测实量，定尺加工生产，精度高，因此到达施工现场的是可以直接进行现场组装拼接的成品，故工人安装施工速度很快；加气砌块为固定尺寸，不能定尺生产，且需准备砌筑砂浆等，故与ALC板比较，施工速度明显要慢很多。 2.辅助结构少，ALC板不需要构造柱和圈梁、配筋带辅助，因此缩短了工期；加气砌块需要增构造住、圈梁等故施工速度受到制约。 3.装饰简便，ALC板不用抹灰而直接批刮薄层砂浆或腻子，故施工速度再次大大提高；加气块需要挂钢丝网进行双面抹灰且湿法施工，速度慢； 4.抗震性能好，ALC条板外墙具有较好的抗震性能，在8度地震作用下保持完好。墙板本身具有较大的整体刚度和足够的强度储备，墙板与结构的连接处构造合理，连接性能较好，节点在振动过程中连接牢固。 ALC条板复合层示意 1.选板：200厚ALC条板和型号； 2.方案：节点（钩头螺栓）、安装方式（外平）、缝隙处理、留设变形缝等； 3.洞口加固； 4.装饰处理。 ALC条板的连接 1.施工前准备 排版—现场复核尺寸—确定施工方案—材料准备 2.施工注意事项 a.施工时不得随意切割外墙板的长度，外墙板宽度≥ 300m。 b.堆板场地应坚实、平整、干燥，板宜侧放（屋面板和楼板可平放），高度不宜超过2米。 c.管线开槽宜在墙体验收后进行，作业时宜用小型切割机配合镂槽器开槽，严禁对穿开洞或随意切断板内纵筋，开槽应沿板长度方向（若有宽度方向开槽可向厂家定做保护层较厚的板材）或设在板与板拼缝之间，深度不大于1/3板厚，槽口可用1：3水泥砂浆略低板面修补，表面用专用修补材补平，装饰前此处应用玻璃纤维网格布增强。 d.对于较大的门窗洞口周边应做好型钢加固框架。 e.装饰前板面潮湿时不宜立即施工，等表面干燥含水率较低时（一般<15%）再进行下一道工序。 5.3ALC条板作分隔墙体的设计与施工 1.干法装配施工 2.梁柱防开裂构造设计 3.装饰装修便捷性提升 4.隔声防火性能优越 1.选板：200厚ALC条板和型号； 2.方案：节点（管板/U型槽）、安装方式（外平）、缝隙处理、留设变形缝等； 3.洞口加固； 4.装饰处理； 5.交错桁架两侧内墙采用75厚ALC条板。 a.复核：墙板竖向安装前复核墙体净高尺寸，板材实际长度比墙体净高短20—40mm。 b.弹线：按设计要求在楼地面、柱或墙标明安装位置及标高。 c.找平：支座宜用DP15干粉砂浆或1：3水泥砂浆找平，支座若为钢结构可用加强型界面剂或其它措施加强表面粘结力。 d.安装：安装顺序宜从洞口边向两侧依次安装，洞口边板、阳角处板宜用整板，无洞口墙体从一端顺序安装。 e.切割：切割板材宜放在阴角或近阴角整板之间，拼板宽度一般≥200mm。 ALC条板隔墙示意 管卡 空心钉打入距板边≥80mm位置，铁板用射钉或M8膨胀螺栓与砼梁或板固定（钢结构与梁点焊两边各三点），对于装修要求较高工程铁板可隐憋板中。高度≥ 4m的墙体板端上下应各设置一只管卡。 U形卡槽 间距为板宽或600mm，卡件中心位置在板与板拼缝，用射钉或M8膨胀螺栓与砼梁或板固定（钢结构与梁点焊两边各三点），卡入板深度不小于20mm，对于装修要求较高工程铁板可平于板面。高度 ≥ 4m的墙体板端上下应各设置一只管卡。
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