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【案例解析】裝配式鋼結構+BIM技術在高層住宅中的應用（多圖詳解）

2021/12/25

yidianzixun

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導讀

裝配式鋼結構作為裝配式建築三大結構體系之一，具有抗震性能好、建築品質高、製作簡單、施工快、綠色、環保等優點。本文結合某實際工程，詳述裝配式鋼結構在高層住宅建築中的應用優勢。

項目概況

該項目位於深圳市南山區，由住宅、公寓、還遷住宅、養老酒店等8棟高層建築組成，佔地6.7萬平方米，計容建面33.7萬平方米。

▲ 地塊總體規劃示意圖

根據建築使用性能、平立面的規整性與建築高度，本案選取8棟建築中具有代表性的4號建築進行研究。其結構高度179.6m，結構高寬比10.1，地上55層，層高3.1m(避難層4.0m)。平面尺寸投影尺寸23.1m×42.1m，其中標準層面積約710㎡，每層6戶(3種戶型)，地上總面積約4萬㎡。

深圳南山區抗震設防烈度7度(0.1g)，設計地震分組為第一組，場地類別Ⅱ類，場地特徵周期Tg=0.35s。10年一遇風荷載0.45kN/㎡，50年一遇風荷載0.75kN/㎡，100年一遇風荷載0.9kN/㎡。

▼ 註：本文圖片較大，可雙擊圖片，放大后查看。

▲ 4號建築平面圖

▲ 4號建築立面圖

結構體系

由於本項目結構高寬比達到10.1，且水平風荷載大，導致結構設計難度很大。針對這類高層住宅建築，傳統做法是採用混凝土結構，通過增大構件截面、設置剪力牆等方法來增加結構剛度，以滿足結構安全性與舒適性的需求。但是傳統做法對建築品質有較大影響，且施工工期較長，無法實現建築工業化的目標。

為解決以上難點，同濟設計團隊突破傳統設計方法的限制，採用裝配式鋼結構進行設計，以滿足業主高標準的要求。

鋼結構方案的結構體系構成：CFT柱型鋼框架+支撐+黏滯阻尼牆。支撐布置於公共交通區域與建築隔牆的位置，黏滯阻尼牆布置於結構的中上部，共72片。

▲ 鋼結構方案結構體系組成

▲ 鋼結構方案結構平面布置

▲ 黏滯阻尼牆構造圖

▲ 某項目黏滯阻尼牆安裝示意圖

相比於傳統混凝土結構，本項目採用鋼結構體系具有多個方面的優勢。

由於採用消能減震鋼框架-支撐結構體系，上部結構重量約降低34%，這有助於：（1）降低基礎造價(約25%)；（2）降低地震作用，提高結構的抗震性能。

建築品質

由於住宅類建築對建築使用功能要求高，通過採用鋼結構體系，有效地提升了建築品質。

（1）建築牆厚可由700mm降低到450mm(降低36%)，建築使用面積增加。

▲ 混凝土方案標準層（裝修后牆厚700mm）

▲ 鋼結構方案標準層（裝修后牆厚450mm）

（2）支撐布置於公共交通區域的隔牆位置，室內戶型可任意分割(大空間可變戶型)，同時保證外立面視覺通透性。

▲ 交通筒

▲ 結構戶型圖(C1戶型)

▲ 結構戶型圖(C2戶型)

▲ 結構戶型圖(C3戶型)

（3）將鋼管混凝土柱扁長化和採用內部裝修技術，有效解決室內露梁露柱等建築功能問題。

▲ 建築戶型圖(C1戶型)

▲ 建築戶型圖(C2戶型)

▲ 建築戶型圖(C3戶型)

抗風舒適度

本項目所在地區10年一遇風荷載達到0.45kN/㎡，且結構高寬比較大，結構風振下的舒適度問題需要重點關注。

若採用混凝土結構，需通過增大結構構件截面尺寸或增加剪力牆，提高結構剛度，改善結構的風振舒適度，但是會進一步增強結構的地震作用，這種方法不夠經濟，且效率低。

針對本項目的特點，提出採用鋼結構體系，在滿足結構基本剛度（層間位移角、剪重比、剛重比等）的前提下，通過有效地布置黏滯阻尼牆，充分發揮耗能減振（震）作用，可有效控制結構的風振加速度，同時降低結構的地震作用。

通過對比兩種方案，鋼結構方案的舒適性優於傳統混凝土方案。

施工工期與預售期

（1）施工工期

鋼結構大部分構件在工廠生產，運往現場后整體組裝，施工工期短。根據調研結果，鋼結構建築地上主體結構標準層施工速度約為4天。混凝土結構受施工過程中各因素的制約，工期較長，一般地上主體結構標準層施工速度約為6天。

本項目地上55層，如採用混凝土結構，需要工期約為330天；如採用鋼結構，需要工期約為220天，可節約施工工期110天（約3.7個月）。施工周期縮短，有助於實現原定項目進度要求。

（2）商品房預售期

根據深圳市相關政策，對於商品房的預售期，混凝土結構施工到2/3樓層可售賣，鋼結構施工到1/3樓層可售賣。

對於本項目來說，與混凝土結構相比，鋼結構的預售期可提前146天（約5個月）。房屋預售期提前，有助於業主提前資金回籠，緩解資金壓力。

BIM技術展示

在方案設計階段引入BIM技術，配合結構體系、三板體系、衛生間與陽台等選型工作，為實現鋼結構建築的結構系統、外圍護系統、內裝系統、設備與管線系統集成一體化設計提供信息化支撐。藉助BIM技術，整合鋼結構體系與建築功能之間的關係，優化結構體系與結構布置；選取合適的內外牆體系，細化建築節點構造，實現建築功能高標準的要求。