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装配式创新竞赛|绿创生长——绿色生态创新小镇

2019年12月17日,由唐山市政府、中国钢结构协会主办的2019“唐山阔旺杯”全国钢结构装配式建筑设计创新竞赛,在唐山南湖国际会展中心隆重举行。本次竞赛以“绿色设计•生态小镇”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20余个单位的14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2019“唐山阔旺杯”全国钢结构装配式建筑设计创新竞赛二等奖,来自昆明理工大学、杭萧钢构、云南建投、昆明学院代表队的作品——绿创生长——绿色生态创新小镇

建设一个集绿色能源利用、新科技研发孵化、科普旅游、生态农业等功能于一体的智慧型绿色宜居宜业小镇。

绿色生态创新小镇充分体现了小镇特点,“注意了乡土味道,保留了文化风貌,留住了青山绿水,记住了乡愁”。

1

规划方案

项目选址—唐山丰南

总体规划

生态规划

功能定位

双创孵化区——培育壮大新兴产业,集聚创新资源,推进技术转型,培育拥有自主知识产权的品牌。

农业观光区——打造观光旅游的农业体验区,擦亮城市名片。

生产展示区——保留老工厂生产元素的基础上进行升级转换,记录生产力的进步和社会的发展。

商业核心区——展示开设皮影戏、陶瓷等传统技艺教学,延承唐山文化记忆。

生态民居区——打造本土化、像素式、独具特色的宜居空间,推进活力新唐山建设发展。

交通分析

车行交通体系——着眼区域整体交通环境出发,分割原有较大地块,改善交通环境。

人行交通体系——沿袭古城传统交通路径,四主路,多支路,创造以人行为主的园区交通。

慢行交通体系——创造多环线的慢行系统,鼓励慢行交通发展,推进小镇交通体系发展。

景观分析

2

建筑方案

像素化

建筑

像素化

生长消亡一体的绿色建筑理念;

伴随建筑全生命周期的建筑理念;

普适性的流动的建筑理念;

空间与结构相互支持的建筑理念;

自由灵便,生长消融的建筑理念;

构成简洁,造型多样的建筑模块。

模块化

多样性的模块适应不同的空间需求:展览空间、办公空间、居住空间。

像素生长示意图

像素化生态设计

将绿色生态由整体扩展到局部,从二维扩展到三维,使得像素源头生态化。

像素重生过程

像素生态立面

像素生态屋面

像素化模块(部分)

地暖模块

管线模块

太阳能装置模块

像素化单元性能测试

构件计算条件:

异形钢管柱尺寸:200x200x12

箱型钢梁尺寸:200x300x12

暂不考虑开洞以及开洞偏移率

恒载活载按日常民建计

3

可循环景观

小镇雨水循环设计

像素化建筑小镇水系统流程图

雨水花园剖面设计

像素化水循环设计

充分利用城市管网,污水直接排入市政管道。而易于回收利用的空调系统冷凝水、洗衣机、淋浴、蔬果洗涤用水以及屋面系统收集的雨水则被整体回收,经过小型椰壳活性炭水处理设备用于屋面光伏系统降温清洁、植物灌溉以及冲厕。

充分使用钢结构构造特性,将雨水以及生活废水二次利用—–助力打造绿色生态创新小镇。

像素水循环

像素化装配式建筑—-像素绿色住宅示意图

4

像素类型

展览像素

11700mm x 11700mm x 6000mm像素体块组合而成。

展览空间—生态创新展示中心

像素化装配式建筑—-生态展示中心外部效果图

像素化装配式建筑—-拱形工业历史展示空间

展示模块:11.7mx11.7mx6m

生态展示中心建筑形体

生态展示中心结构组成(异形钢框架+PKG楼板)

大震作用下,楼层最大层间位移角为1/93,满足规范要求。

办公像素

7800mm x 7800mm x 4200mm像素体块组合而成。

像素化装配式建筑—-双创孵化中心外部效果图

办公像素—双创孵化中心

办公模块:7.8m x 7.8m x 4.2m

异形钢框架+PKG楼板

结构计算条件以及结果

条件:8度,0.2g,Ⅱ类场地

计算:小震按反应谱计算;罕遇地震按时程分析,峰值加速度400gal

小于弹塑性层间位移角1/50。

加隔震措施,提升1~2个性能水准;

不加减隔震措施;满足现行规范要求。

居住像素

3900mm x 3900mm x 3300mm像素体块组合而成。

像素化装配式建筑—-生态民居外部效果图

居住空间—生态创新展示中心

民建模块:3.9mx3.3m

共13套黏滞阻尼器

阻尼指数:0.2

阻尼系数:400KN·s/m

最大出力:2000KN

该结构刚重比Di*Hi/Gi大于10,能够通过《高规》5.4.4条的整体稳定验算;

该结构刚重比Di*Hi/Gi大于20,满足《高规》5.4.1,可以不考虑重力二阶效应。

居住空间—户型像素化生长

户型组合

像素生长

4

构件及智慧方案

模块化梁柱体系

MSI—模块化异形柱内接体系

基础

配套使用的预制异形混凝土基础

工厂或现场预制两三种规格的独立杯口式基础和一种规格的基础梁,现场通过预留孔将基础梁固定在独立基础上。

基础可以安装简单快速,解决了低层房屋施工工期的瓶颈问题;工厂预制,模板重复利用,在规模化建造中采用,大量节省人工,可使造价低于传统基础。

预制基础梁具有较高的定位精度。

采用Q235异形钢柱

Q235异形钢柱,截面尺3300 x 400 x 200 x 12(长x高x宽x厚)和7800 x 400 x 200 x 16(长x高X宽x厚)两种,在异形钢柱下部分开120 x 300的检修孔,再用Q345钢材强化处理检修孔,根据建筑类型情况而定。同一柱自上而下截面大小不变。

管线穿越

为了尽大可能配合异形柱和墙厚及其部分管线的放置,钢梁采用两端带孔封闭的箱型钢梁,梁长2900和6800,在梁的上部预留插空和管道孔以便与楼板连接和设备管线在梁中穿越。其余非走管线梁截面根据受力大小和变形要求而定。

墙板体系—钢柱-装配式梁墙一体式墙板(自有知识产权)

1)梁墙一体,省去一道现场工序,不带边缝设计,无须焊接,省时高效!

2)高延性,相当于框架,耗能能力适中,安全可靠。

极限层间位移角:1/42;

屈强比为:0.82;

延性系数为:1.34;

弹性阻尼比:0.04;

弹塑性阻尼比:0.19。

楼板体系—PKG叠合板(自有知识产权)

模块化装配式连接技术体系

竖向连接技术:柱内焊板连接板、螺栓杆连接。

水平连接技术:墙-板、墙-梁、柱-梁、梁-板、无外模技术,无湿连接。

像素化结构设计及抗震思路

解决该项目的抗震安全性问题:抗震+像素化减震 or 抗震+像素化隔震

1.抗震结构:

靠结构材料硬抗,不经济,且震损后难以修复。(可选)

2.减震结构:

靠消耗地震能量,减少地震动对主结构的能量输入,保护主结构。(优选)

3.隔震结构:

延长结构的自振周期,减轻主结构的地震响应。该项目需要做托换及顶升,并增加刚性隔震层,不经济。(备选)

像素模块化减震

像素模块化隔震—-摩擦滑移摆

用在基础,对上部进行隔震

摩擦滑移摆支座性能参数

像素生产制造施工BIM一体化建造过程

信息一体化,高效,差错少,溯源能力强,质量好管控。

像素装配构件生产流程

像素化施工流程

GB《低层装配式钢结构住宅的施工工艺 》

GB《低层装配式钢结构住宅技术要求》

JGJ《建筑施工起重吊装工程安全技术规范》

智慧运维一体化

智慧照明——根据绿色生态小镇“一线、两轴、五区、一心”的规划理念,在主线、轴线交通道路合理布置智慧照明路灯,通过太阳能电池板、自适应光感传感器、低能耗路灯实现智慧照明,节能环保,营造温馨的小镇环境。

智慧消防——引进企业智慧消防系统,应用在绿色生态小镇建设中,布置智慧指引牌、传感器、信息处理终端等,实现在火灾危险来临时,提前感知预警,由信息终端发出信号,智慧指引牌能做出最优的逃生路线,合理避难,保障人民生命安全。

智慧防震——引进企业智慧防震系统,应用在绿色生态小镇建设中,信息终端接收省市地震预测单位地震信号,利用小镇预设的广播、网络、电视等设备发布地震预警,在地震来临前,提前准备,告知人们紧急避难逃生。

智慧监测一体化

装配率指标

按河北省现行《装配式建筑评价标准》:装配率指标:AAA级

像素化建筑已有知识产权:申请发明4项,实用新型1项

参赛单位:昆明理工大学

河北杭萧钢构股份有限公司

云南建投钢结构股份有限公司

昆明学院

主要参与人员:

指导老师:徐皓、陶忠、吴克川、余文正、高永林、张龙飞

建筑设计:屈永博、张鹏跃、杨子琛、姚曦 、项继红、左颖祺

结构设计:方维远、房强、张淦、石张猛、何尧琼、邹明洋、张骥、涂家祥

安全智慧:熊浩怀、李成壮、黄金、

企 业:朱文伟、苏兰忠、顾忠文

指导老师简介

徐皓

毕业院校:德国柏林艺术大学

从事专业:建筑学、城市规划

研究方向:建筑设计及其理论、规划设计、社区营造、开放空间体系规划及设计操作

陶 忠

昆明理工大学

博士/教授/博导

研究方向:结构工程、工程抗震、土木工程安全与防灾

吴克川

代表作品:端部改进型防屈曲支撑抗震性能及其框架结构耗能减震机理研究

余文正

代表作品:隔震结构等效线性化设计方法及应用研究

高永林

博士、副教授、硕导

代表作品:基于木材摩擦机理和嵌压特性的传统木结构典型榫卯节点试验研究及理论分析

张龙飞

代表作品:山地掉层隔震结构倾覆机理及振动台试验研究

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作者: ganggouren

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