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施工技術
裝配式鋼結構幼兒園的案例分析
信息來源： 中建科技有限公司深圳分公司 信息提供日期：2019-06-19 瀏覽：3661
裝配式鋼結構幼兒園的案例分析
廖欠明 李亞軍 陳賡
（中建科技有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000）
摘要：以某裝配式鋼結構幼兒園項目為例，與傳統現澆混凝土結構進行對比，從工期、質量、使用功能、節能環保、主材消耗等方面對裝配式鋼結構體系進行了分析，為進一步發展預制裝配式建筑提供了有價值的參考信息。
關鍵詞：裝配式；鋼結構；混凝土；BIM技術
近年來，國家多次出臺鼓勵推廣裝配式建筑的相關政策。裝配式鋼結構建筑結構體系受力明確，工業化程度高，質量較有保證；同時，由于鋼結構構件小，更能有效提高建筑使用空間。隨著勞動力成本不斷提高、熟練勞動力和技術工人越來越短缺，發展裝配式建筑是未來建筑行業的必然趨勢。
1.項目概況：
本項目是裝配式鋼結構幼兒園，共3層，總建筑面積5354m2，建筑高度12.2m，建筑抗震設防烈度為 7 度。主體結構采用鋼框架結構體系，樓板除衛生間部分采用現澆樓板外，其余均采用倒T型預應力混凝土疊合板和鋼筋混凝土疊合板，外墻采用預制外墻板與鋼結構主體連接（詳見圖1、圖2），內隔墻采用ALC加氣混凝土條板，結構裝配率達到93%。
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圖1：幼兒園首層平面圖 |
圖2：幼兒園三維效果圖 |
2.裝配式鋼結構建筑的優勢
2.1工期管理
①工期管理方面。項目在施工前期精心編制了項目實施策劃書，對項目進度計劃進行合理安排，并運用BIM技術建模，對項目場地布置、碰撞檢查、施工模擬等方面進行模擬分析，排查出了各專業設計圖紙上存在的問題（詳見圖3），并針對問題通過修改設計、調整施工順序等措施制定了解決方案，有效的減少了設計變更、返工、窩工等情況的發生。項目結合進度計劃統計出每個施工階段需運至施工現場的預制構件種類及數量，便于項目合理配置機械、人員等關鍵資源，確保了項目可以按進度計劃順利的實施，較傳統施工方式，結合BIM技術的裝配式鋼結構建筑更加便于施工工期的管理與控制。
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多處管線交錯碰撞 |
樓梯間位置鋼梁牛腿集中，影響其他構件安裝 |
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圖3：BIM模型構件碰撞檢查圖
②由于本項目采用了大量的鋼柱、鋼梁、預制外墻掛板等預制構件，工業化程度高，現場濕作業工作量少，受氣候條件等外界影響小。此外，采用了構件預埋件連接法、外墻免抹灰施工工藝等先進的施工方法，施工方面機械化程度高，制定好科學的管理流程后，可以快速、高效的推進施工作業進程（詳見圖4）。項目施工進度為約15天一層，傳統的現澆鋼筋混凝土結構也約15天左右一層，二者施工進度相當。但現澆鋼筋混凝土結構澆筑完后，還需拆除建筑模板、拆除支撐體系、外腳手架等，還需再費一些時日，同時還造成很多建筑垃圾需要清理、外運等，現場的安全文明施工較差，尤其是對于大城市而言，建筑垃圾的處理會變得越來越困難。
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圖4：預制構件安裝流程圖 |
2.2質量控制
項目的鋼結構、PC預制構件由構件廠負責生產加工，預制構件由車間熟練工人操縱大型專業設備進行生產，有的還采用機器人自動化生產，成品質量更易保證；此外，混凝土的養護具有相對標準的溫度及濕度，可靠性更有保證。構件的制作采用鋼模板制作，其表面平整度、垂直度等質量品質更容易得到保證，構件的外形尺寸更加準確（詳見圖5）。工廠按照科學的管理制度和規范的標準體系，對構件出廠前的質量進行嚴格把關，確保每一個出廠的構件都達到設計施工的要求。高質量的預制構件加上現場規范的施工，裝配式建筑很大程度的改善了墻體開裂、滲漏等傳統混凝土結構的質量通病，提升了建筑的整體安全等級。
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圖5：預制構件工廠加工圖 |
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2.3使用功能
①鋼結構相較于傳統混凝土結構重量輕、施工工藝成熟，現場只需采用高強螺栓與焊接組合的連接方式，安裝簡便迅速。在同等條件下，鋼梁的截面尺寸較小，以本項目GKL1為例（詳見圖6、圖7），其跨度為8.1m，截面高度為400mm，若采用混凝土梁，按設計規范要求，其梁高約為跨度的1/12，經計算，所需混凝土梁高度約為675mm。通過對比可以看出GKL1比混凝土梁截面高度減少了275mm，在同等層高的條件下，采用鋼結構梁可以有效提高室內凈高，提升了室內的有效使用空間，增強了建筑的使用舒適度性。若相同凈高條件下，層高可以做到更低。此外，由于鋼結構具有良好的延性和可靠性，在地震、臺風等極端情況下，裝配式鋼結構幼兒園可作為良好的緊急避難場所，為周邊居民提供良好的臨時庇護場所。
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圖6：二層梁平面布置圖（局部） |
圖7：鋼梁構件表 |
2.4節能環保
我國建筑不僅能耗高，且能源利用效率低，單位建筑能耗比要高于同等氣候條件下發達國家。實行建筑節能，降低建筑能耗，減少環境污染，是國家實施節能戰略的重要方面。本項目從鋼結構框架、預制樓板、預制外墻三個方面介紹了裝配式鋼結構建筑在節能環保方面的優勢。
①框架：主體結構采用鋼框架結構體系（詳見圖8），鋼材用量經過精細的核算，工廠根據計算結果合理下料制作，減少了材料的浪費，且產生的建筑垃圾少。此外，鋼結構材料具有可拆裝、可循環、可回收等優點，在垃圾二次倒運、清理、最終垃圾的處理上節省了成本，有利于大氣、水資源和土壤的保護，符合綠色建筑發展的要求。
②樓板：本項目大量的使用了倒T型預應力混凝土疊合板，走廊區域采用鋼筋混凝土疊合板等預制板。其中倒T型預應力混凝土疊合板無需使用支撐，減少了施工現場腳手架和木模板的使用量，不僅節約了成本且減少了鋼材和木材的消耗。
③墻板：建筑外墻為PC預制外墻掛板（詳見圖9），通過提前預埋構件的方式實現與主體框架的有效連接，內隔墻均為ALC加氣混凝土條板，安裝簡單施工方面。相較于傳統的施工方式，裝配式鋼結構施工現場濕作業少，噪音、煙塵、水資源污染等也遠遠小于傳統建筑施工現場。
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圖8：幼兒園鋼框架現場施工圖 |
圖9：外墻掛板構件圖 |
2.5主材消耗
項目就傳統混凝土結構與裝配式鋼結構在主體結構施工階段的主材消耗方面進行了數據分析。傳統混凝土結構主材主要考慮墻柱、梁板、樓梯等部位混凝土及鋼筋的使用量；裝配式鋼結構主材考慮梁、柱、樓梯等構件的鋼材用量以及預制疊合板及現澆部分的混凝土及鋼筋用量。通過對數據的整理分析，得出兩種結構形式在主材消耗方面的差異（詳見表1）。
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表1：主材消耗對比分析 |
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鋼筋混凝土結構 |
鋼含量為結構42-80kg/m2 |
混凝土含量為0.24-0.37m3/m2 |
備 注 |
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裝配式鋼結構 |
鋼含量為 86.77kg/m2 |
混凝土含量為0.14m3/m2 |
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注：鋼筋混凝土結構數據參考其它幼兒園主材數據，具體項目會有所不同。 |
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從表1可以看出，在主材消耗方面，裝配式鋼結構的結構比傳統混凝土結構用鋼量有所增加，混凝土用量減少。由于近期鋼材價格較高，加工和安裝費用高，就結構造價而言，混凝土結構更具有優勢。
3.結語：本文結合具體的裝配式鋼結構幼兒園項目實例，總結出裝配式鋼結構在工期進度的管理、建筑質量的控制、節能環保、建筑使用功能的提升等方面具有一定優勢，尤其是在同等層高條件下，鋼結構的空間優勢尤為明顯，為行業內裝配式建筑的發展提供具有價值參考的信息。但現階段由于PC預制構件的制作成本相對較高，裝配式鋼結構在用鋼量方面較高，成本比混凝土結構有所增加，但隨著PC構件工廠產能的不斷提升、建筑工人勞動力成本的日益增加以及環保壓力的持續加大等因素，發展裝配式建筑必將成為未來建筑的大趨勢。
4.參考文獻：
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