济南顺捷：钢结构住宅体系研究

某工程是一座两层的装配式钢结构住宅样板房，位于武汉市阳逻经济开发区，总建筑面积为132.3 m2，建筑高度为8.8 m，层高为3.6 m。

1.结构体系

1.1 主体结构设计

主体结构体系采用梁通长柱断开的分层装配框架支撑体系，其Tekla分析模型如图2所示。结构体系的框架由方管柱、H型钢梁组成，钢柱在钢梁处截断并密布于梁上或梁下，柱截面能得到有效的减小，柱与梁通过高强螺栓连接，只承受上部结构传来的竖向荷载、；结构体系的支撑由圆管组成，设置在部分柱之间，与柱组成支撑片，用于承受水平荷载，结构体系荷载传递路径如图3所示。

该结构体系的支撑采用工厂全焊接形式的新型装配式支撑片结构，如图4所示，支撑采用圆管，布置在两根柱子之间，呈交叉状。支撑片结构共有12根构件，包含2根方管柱和10根圆钢管，支撑片采用工厂整体预制形成一个部件，既保证了支撑片的质量，又提高了现场装配速度。

该结构体系梁柱节点采用新型连接节点，如图5所示，梁柱连接处，方管柱通过十字柱转换与H型钢上翼缘连接，有效避免了方管柱与H型钢上翼缘直接相连而需要加宽或局部加宽梁翼缘截面，有效减小了节点占用空间，梁截面翼缘宽度可随之减小，该工程所选用钢梁翼缘宽度仅为124 mm。梁柱铰接是螺栓连接比较容易实现的一种方式，不需现场焊接，提高了装配化程度。

该结构体系的部件采用标准化设计、工厂化生产的方式，促进了建筑系统产业化的形成；现场采用全螺栓连接的装配化施工，施工速度更快，进一步缩短了建设周期；梁柱截面尺寸的减小，不仅提高了住房空间，而且还可将梁柱藏于墙内，解决了柱外露影响美观的问题。

1.2 主体结构计算

该工程标准层结构平面布置如图6所示，采用MIDAS/Gen软件对主体结构进行分析，梁、柱采用梁单元进行模拟，支撑采用桁架单元进行模拟。柱在梁处断开，柱两端为铰接；梁通长设置，梁两端为刚接[3]。基本风压取0.35 kN/m2，抗震设防烈度为7度，根据相关规范确定荷载及荷载组合，经反复试算，根据每次试算的结果调整结构的布置及构件尺寸，使结构整体逐步达到设计要求，其计算分析模型如图7所示，经分析后构件截面选取见表1。

1.3 钢结构安装

安装采用柱梁构件逐层顺次安装，有效减少了高空作业，其中装配式支撑片作为一个部件整体安装，在提高安全性的同时大大改善了施工效率，施工安装速度快、工期短、优势明显，安装过程如图8所示。

2.围护体系

围护结构采用蒸压加气混凝土板(ALC板)，其具有良好的保温隔热性能、隔音性能和耐火性能，遇火不产生有害气体，环保健康，ALC板质轻但内配有钢筋[7]，可打钉可挂物，使用安全，还可预制开槽，预埋电线开关。

外墙采用钢结构两边横排外挂100 mm厚ALC板，将梁和柱藏在墙内，外墙共300 mm厚，外墙断面如图9所示；内墙采用竖排内嵌ALC墙板，带支撑的内墙采用新型复合墙板，其构造如图10所示。外挂ALC墙板对主体钢结构的承载力和刚度的提高较小，可近似忽略，而内嵌ACL墙板墙体对于主体钢结构的刚度和承载力贡献较多，在设计中应予以考虑。

ALC板与钢结构的连接和板缝处理按图集06CG01和06CJ05《蒸压轻质砂加气混凝土(AAC)砌块和板材结构构造》[]处理，而外墙板与钢结构采用勾头螺栓新型连接方式，其连接节点如图11所示，钩头螺栓与钢板连接件通过U形槽挂钩连接，避免现场点焊，从而避免了双侧挂板时钩头螺栓与角钢连接件无法焊接的情况，保证了现场施工的可操作性，提高了施工速度和施工质量；而且钩头螺栓与开U形槽的钢板连接件采用物理连接，确保围护结构与主体结构的连接属于柔性连接，从而减少了主体结构受力变形导致的墙板开裂。

3. 楼 板

该工程采用新型空腹密肋楼板，由标准内芯、现浇钢筋混凝土纵肋、现浇钢筋混凝土横肋，彼此构成正交网肋空腹楼盖，可实现不设次梁大跨度布置，如图12、图13所示。该工程单层楼板体积12.3 m3，而混凝土仅用了7.4 m3，减少了混凝土用量。

新型空腹密肋楼板的纵肋的上、下两根钢筋在工厂预制成平面桁架片，现场用专用固定件将楼盖钢筋网快速固定于钢托座之上，然后在托座上放置标准芯块，最后楼板整体现浇混凝土，钢托座充当模板及受力构件，施工完毕可拆除，绿色环保且可循环利用。新型空腹密肋楼板工厂化生产、装配化施工、不需脚手架、不需木模板、大辐减少钢筋绑扎量，具有安装速度快、人工成本低、工期短等优点。

该工程所采用的装配式钢结构住宅体系，其所有的梁、柱、支撑及墙板和屋面板均为工厂预制的部件、部品，而且在分层装配框架支撑结构体系的基础上进行了一些创新，新型的梁柱节点有效减少了

梁截面翼缘宽度，梁和柱都可藏于墙内，解决了凸梁凸柱的问题；装配式支撑片在工厂制作，不仅保证了质量，而且提高了装配速度，进一步缩短了工期；新型空腹密肋楼板，减少了混凝土用量，楼板自重大为降低，同时还能实现不设次梁，大跨度布置，增加了房屋净空高度，工厂预制钢筋桁架片能实现现场快速安装；外墙板采用两边外挂ALC的形式，ALC板生产技术比较成熟，性能优异且取材容易。该体系满足了设计标准化、生产工厂化、现场装配化的工业产品要求。

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