装配式钢结构在中小学建筑中的结构标准化设计探析

装配式钢结构在中小学建筑中的结构标准化设计探析

曹霄

中机第一设计研究院有限公司山西分公司 山西省太原市 030009

摘要：装配式钢结构建筑具有模块化、标准化的特点，适应工业化需求，且抗震性能优越、施工周期短、钢材可回收。但目前我国主要的结构形式是钢筋混凝土结构，采用装配式钢结构的比例较小。装配式钢结构作为建筑产业化中重要部分，在主体结构工业化建造中并未完全发挥其优势。

关键词：装配式钢结构；中小学建筑；结构标准化设计

引言

装配式建筑是一种绿色建筑，它具有“五化”特征：设计标准化、生产工业化、施工装配化、装修一体化和管理信息化。而模块化钢结构建筑是一种新型装配式建筑，装配整体能力强，模块在工厂进行预制并完成内装，在施工现场通过连接件将各模块装配成完整的建筑物，可实现快速建造、智能建造和绿色建造的新型建造模式。其特殊建造形式，既符合国家政策及发展趋势，又可满足全预制学校快速建造模式的需求。

1装配式轻钢结构体系概述

绿色装配式钢结构建筑的含义绿色装配式钢结构建筑指的是基于绿色发展理念下，将钢结构实现在设计上标准化、生产上工业化、施工装配化、装修上一体化、管理信息化以及应用智能化，同时还可以支持进行部件标准化[3]。装配式钢结构的发展符合绿色环保的要求，对节约能源、降低污染，推动产业结构调整及提高建筑效果具有重要的作用。

2中小学建筑中的结构标准化设计优势

中小学建筑具有使用空间大小标准化、交通空间宽度模数化的特点。中小学建筑采用装配式钢结构进行标准化设计具有以下优势：①建筑空间可变灵活化，采用标准大开间柱网布置，使建筑平面分割灵活，可根据不同用途改变布局；②建筑、结构部件、部品系列化和模块化，规范工程建造标准，有利于提高建筑产品的品质；③施工高效化，装配式钢结构优势在于设计生产一体化，预制构件工厂加工，在缩短现场施工时间的同时，能更好地预测工期，具有较好的综合经济效益。在使用的过程中，钢结构技术广泛应用于装配式建筑乃至整个建筑业中，从应用过程的稳定性来看，能大大降低外界因素对工程问题的影响，除此之外，装配式钢结构技术也保证了施工过程中材料的质量和性能优势得到发挥。

3装配式钢结构在中小学建筑中的结构标准化设计

3.1装配式模块化建筑设计

在学校建筑模块化设计中，充分利用模块化钢结构建筑的标准化程度高、设计与装配效率高等特点和优势。模块化建筑尺度适中、组合灵活，可满足教学建筑中教室、办公室、会议室和多媒体功能室等空间标准化需求。为了使模块工厂化快速生产和制造，节约成本、提高效率，应尽量使用基本参数相同的模块。但这就可能会造成模块化建筑造型的单调和平淡，可通过巧妙、富有创造性的模块化组合形式及多样、美观的外立面进行改观。学校建筑中的模块体系尺寸规格：11390mm（L）×4480mm（W）×3600mm（H）、8080mm（L）×4480mm（W）×3600mm（H）和8980mm（L）×4030mm（W）×3600mm（H）。单体模块高度为3600mm，模块由主体框架结构、波纹板墙板、吊顶板、门窗、设备管线、内部装修等组合而成三维空间体。除此之外还应保证选择的钢结构材料是合适的，在此条件下，才能将半成品加工成成品，这一步骤需要通过组装来实现，间隙连接需通过焊接工艺来实现，最后进行校核。

3.2支撑体系

框架-支撑体系主要以框架结构为支撑结构，然后在其中增加斜向支撑进行形成支撑结构体系。不同的支撑形式，体系名称不同，常见的框架—支撑体系主要有两种，一种是钢框架—中心支撑体系，另一种是钢框架—偏心支撑体系，其中钢框架—偏心支撑体系已成为高层钢结构的一种重要形式。

3.3梁柱节点设计

梁柱节点设计首先要满足结构的承载能力及使用功能的要求，其次考虑其经济性。钢柱形式主要有矩形钢管柱、H型钢柱，O形钢管柱，目前工程中主要使用的是矩形钢管柱、H型钢管柱。由于中小学建筑两个方向跨度均比较大，为保证两个方向刚度接近，一般选择矩形钢管柱，必要时腔内可灌注混凝土来减小钢柱截面，能更有效利用建筑空间，且施工方便。钢梁主要有热轧H型钢、焊接H型钢、T型钢、蜂窝钢梁等，根据跨度并考虑经济性，主梁采用焊接H型钢，次梁可选用热轧H型钢。短梁拼接的节点位于梁跨受力较小处，符合强柱弱梁，强节点弱构件的要求，受力合理，施工速度快，施工操作空间大，方便施工。

3.4围护墙板体系

新型围护体系是建立在传统钢结构模式上进行优化和改良的建筑体系。新型围护体系的设计上，强调结构、建筑、内装一体化的理念，使其形成环保、高效、绿色的新型建筑结构和体系。将建筑功能作为主要的核心，以框架作为单元进行主体的建设，建筑的柱网尺寸等尽量统一规格，合理设置户型的设计和功能布局。以钢结构作为基础条件，在实现建筑功能的基础上，对钢结构进行优化布置，可以达到内装布置需要的大空间和实际需求。同时需要对工程的造价进行严格的控制，将施工的难度降低，以此有效地推进建筑行业持续稳定发展。

3.5楼盖体系

在装配式建筑中，钢结构常常被应用于承重。比如某建筑物建设项目施工，对承重板进行了优化选择，不仅考虑到建筑物的自重，还保证符合施工载荷标准值的要求，也就是不得超过1.5kN/m2。展开建筑桁架支撑板的设计工作，设计要点主要集中在使用和施工两个方面：使用环节中计算钢梁正截面承载力，做好对底板支撑钢筋的应力控制、支撑裂缝控制和挠度控制，上述内容应严格按照现行国家标准执行，根据具体规定进行科学计算，并验证计算结果的实际有效性。装配式钢结构建筑中，常用的楼盖体系类型主要有三类，即压型钢板—混凝土组合楼板、钢筋桁架楼承板组合楼板、桁架钢筋混凝土叠合楼板。压型钢板—混凝土组合楼板是通过剪力连接件将压型钢板与混凝土进行组合，形成一种共同受力、协调变形的组合板。组合楼板中的压型钢板除在施工阶段作为模板使用外，在此阶段还兼做组合板中的受力钢筋或部分受钢筋。压型钢板作为模板，节省了大量的模板和支撑，减少了钢筋用量与安装。压型钢板优点轻便于堆放、运输及安装便捷等，缺点主要是压型钢板造价较高，影响整体经济效益，且压型钢板板肋高，整体楼板厚度相对较厚，降低了建筑净高。钢筋桁架楼承板是将楼板中的受力钢筋在工厂内焊接成钢筋桁架，并将钢筋桁架与镀锌钢板焊接成整体，施工时上部浇筑混凝土，形成钢筋桁架混凝土楼板。该板结构受力合理，楼板整体性能优越，板底平整度、楼层净高有保证，钢筋桁架可以为镀锌钢模板提供刚度，使得底板可以作为永久性模板，也可后期拆除，能得到充分利用，缺点是运输和吊装过程易损坏和变形。桁架钢筋混凝土叠合板在预制板内铺设了叠合楼板的底部受力钢筋和桁架钢筋，在施工现场通过后浇混凝土叠合而成的楼板。预制底板可作为施工阶段的永久性模板，桁架钢筋可增加叠合面的抗剪及整体刚度。预制底板工厂加工，机械化程度高，缺点是自重大、运输易折断，运输易受限。综合以上分析，楼盖体系选用钢筋桁架楼承板组合楼板。

结束语

学校采用装配式模块化钢结构建筑模式，通过高度技术集成，实现建筑、结构、设备及装饰高度融合，顺利完成建造并交付使用，建造速度快、建筑产品优质、整体效果美观。学校建筑成功实现多种创新技术的应用，这充分说明装配式模块化钢结构建筑体系的应用价值和发展空间可观。

参考文献

[1]刘志刚.装配式钢结构建筑体系概述与技术要点分析[J].价值工程,2019,38(36):20-22.

[2]刘洋,杨思忠,赵志刚,任成传,岑丽丽,袁啸天.装配式建筑用吊梁耳板设计参数研究[J].低温建筑技术,2019,41(12):59-61.

[3]卢兰萍,黄航月.装配式住宅结构设计与施工研究[J].粉煤灰综合利用,2019(06):72-75.

[4]赵良.装配式混凝土结构类钢结构化施工工艺研究[J].建筑技术开发,2019,46(24):18-19.

[5]刘洋.基于装配式建筑结构设计要点分析[J].门窗,2019(24):160