装配式钢结构+BIM技术在高层住宅中的应用

导读装配式钢结构作为装配式建筑三大结构体系之一，具有抗震性能好、建筑品质高、制作简单、施工快、绿色、环保等优点。本文结合某实际工程，详述装配式钢结构在高层住宅建筑中的应用优势。项目概况该项目位于深圳市南山区，由住宅、公寓、还迁住宅、养老酒店等8栋高层建筑组成，占地6.7万平方米，计容建面33.7万平方米。 ▲ 地块总体规划示意图根据建筑使用性能、平立面的规整性与建筑高度，本案选取8栋建筑中具有代表性的4号建筑进行研究。其结构高度179.6m，结构高宽比10.1，地上55层，层高3.1m(避难层4.0m)。平面尺寸投影尺寸23.1m×42.1m，其中标准层面积约710㎡，每层6户(3种户型)，地上总面积约4万㎡。

导读

装配式钢结构作为装配式建筑三大结构体系之一，具有抗震性能好、建筑品质高、制作简单、施工快、绿色、环保等优点。本文结合某实际工程，详述装配式钢结构在高层住宅建筑中的应用优势。

项目概况

该项目位于深圳市南山区，由住宅、公寓、还迁住宅、养老酒店等8栋高层建筑组成，占地6.7万平方米，计容建面33.7万平方米。

▲ 地块总体规划示意图

根据建筑使用性能、平立面的规整性与建筑高度，本案选取8栋建筑中具有代表性的4号建筑进行研究。其结构高度179.6m，结构高宽比10.1，地上55层，层高3.1m(避难层4.0m)。平面尺寸投影尺寸23.1m×42.1m，其中标准层面积约710㎡，每层6户(3种户型)，地上总面积约4万㎡。

深圳南山区抗震设防烈度7度(0.1g)，设计地震分组为第一组，场地类别Ⅱ类，场地特征周期Tg=0.35s。10年一遇风荷载0.45kN/㎡，50年一遇风荷载0.75kN/㎡，100年一遇风荷载0.9kN/㎡。

▲ 4号建筑平面图

▲ 4号建筑立面图

结构体系

由于本项目结构高宽比达到10.1，且水平风荷载大，导致结构设计难度很大。针对这类高层住宅建筑，传统做法是采用混凝土结构，通过增大构件截面、设置剪力墙等方法来增加结构刚度，以满足结构安全性与舒适性的需求。但是传统做法对建筑品质有较大影响，且施工工期较长，无法实现建筑工业化的目标。

为解决以上难点，同济设计团队突破传统设计方法的限制，采用装配式钢结构进行设计，以满足业主高标准的要求。

钢结构方案的结构体系构成：CFT柱型钢框架+支撑+黏滞阻尼墙。支撑布置于公共交通区域与建筑隔墙的位置，黏滞阻尼墙布置于结构的中上部，共72片。

▲ 钢结构方案结构体系组成

▲ 钢结构方案结构平面布置

▲ 黏滞阻尼墙构造图

▲ 某项目黏滞阻尼墙安装示意图

采用钢结构设计的优点

相比于传统混凝土结构，本项目采用钢结构体系具有多个方面的优势。

结构抗震性能

由于采用消能减震钢框架-支撑结构体系，上部结构重量约降低34%，这有助于：（1）降低基础造价(约25%)；（2）降低地震作用，提高结构的抗震性能。

建筑品质

由于住宅类建筑对建筑使用功能要求高，通过采用钢结构体系，有效地提升了建筑品质。

（1）建筑墙厚可由700mm降低到450mm(降低36%)，建筑使用面积增加。

▲ 混凝土方案标准层（装修后墙厚700mm）

▲ 钢结构方案标准层（装修后墙厚450mm）

（2）支撑布置于公共交通区域的隔墙位置，室内户型可任意分割(大空间可变户型)，同时保证外立面视觉通透性。

▲ 交通筒

▲ 结构户型图(C1户型)

▲ 结构户型图(C2户型)

▲ 结构户型图(C3户型)

（3）将钢管混凝土柱扁长化和采用内部装修技术，有效解决室内露梁露柱等建筑功能问题。

▲ 建筑户型图(C1户型)

▲ 建筑户型图(C2户型)

▲ 建筑户型图(C3户型)

抗风舒适度

本项目所在地区10年一遇风荷载达到0.45kN/㎡，且结构高宽比较大，结构风振下的舒适度问题需要重点关注。

若采用混凝土结构，需通过增大结构构件截面尺寸或增加剪力墙，提高结构刚度，改善结构的风振舒适度，但是会进一步增强结构的地震作用，这种方法不够经济，且效率低。

针对本项目的特点，提出采用钢结构体系，在满足结构基本刚度（层间位移角、剪重比、刚重比等）的前提下，通过有效地布置黏滞阻尼墙，充分发挥耗能减振（震）作用，可有效控制结构的风振加速度，同时降低结构的地震作用。

通过对比两种方案，钢结构方案的舒适性优于传统混凝土方案。

施工工期与预售期

（1）施工工期

钢结构大部分构件在工厂生产，运往现场后整体组装，施工工期短。根据调研结果，钢结构建筑地上主体结构标准层施工速度约为4天。混凝土结构受施工过程中各因素的制约，工期较长，一般地上主体结构标准层施工速度约为6天。

本项目地上55层，如采用混凝土结构，需要工期约为330天；如采用钢结构，需要工期约为220天，可节约施工工期110天（约3.7个月）。施工周期缩短，有助于实现原定项目进度要求。

（2）商品房预售期

根据深圳市相关政策，对于商品房的预售期，混凝土结构施工到2/3楼层可售卖，钢结构施工到1/3楼层可售卖。

对于本项目来说，与混凝土结构相比，钢结构的预售期可提前146天（约5个月）。房屋预售期提前，有助于业主提前资金回笼，缓解资金压力。

BIM技术展示

在方案设计阶段引入BIM技术，配合结构体系、三板体系、卫生间与阳台等选型工作，为实现钢结构建筑的结构系统、外围护系统、内装系统、设备与管线系统集成一体化设计提供信息化支撑。借助BIM技术，整合钢结构体系与建筑功能之间的关系，优化结构体系与结构布置；选取合适的内外墙体系，细化建筑节点构造，实现建筑功能高标准的要求。