新型復合蜂巢板在鋼結構住宅中的應用

王曉斌，凌靜，楊冬升，汪繼超，騰虎

（1.貴州師范大學 材料與建筑工程學院，貴州 貴陽 550001；2.貴州超亞納米科技有限公司，貴州 貴陽 550008；3.深圳市物業國際建筑設計有限公司貴州分公司，貴州 貴陽 550007）

0 引言

隨著社會的發展，相對于目前的住宅結構體系以砌體結構及現澆鋼筋混凝土結構為主，裝配式建筑是目前建筑行業轉型發展的重要趨勢[1-4]，它對建筑工業化的發展有舉足輕重的作用。能夠提高工業化生產效率并節約能源，對綠色建筑的發展亦有促進作用，并且能提高房屋安全可靠度[5]。與傳統施工工藝相比，裝配式建筑采用的是綠色施工，更能符合目前國家提倡節地、節能、節材等環境保護要求，能降低對環境的一些負面影響，減少材料浪費，遵循可持續發展的原則。而且，裝配式建筑可以將全部工序拆成1個或者多個，并能按順序地在工廠完成，從而能夠減少現場的工程機械種類及數量，充分利用工序的停閑時間，實現交叉作業的最大化，提高生產效率，為綠色施工提供保障。

國家在城市規劃建設管理工作中提出了若干條意見，其中一條即為：大力推廣“裝配式建筑”。裝配建筑在上部結構可實現設計的標準化制作、工廠按照一定的模數統一化生產、現場根據總裝配圖整體裝配施工。裝配式住宅建筑目前一般用在結構墻板，墻板自承重，特別適用于農村住宅建設。因為這樣能實現房屋生產的標準化、系列化、批量化，建造成本相對于之前的各家各戶單棟房屋自行生產會有所降低。更重要的是，統一化生產可使房屋質量更有保障，對將來新農村大規模建設的拆遷重建能節約大量資源。由于房屋本身是規?；?，代建公司可以在建設地點處理好地基、基礎，然后把構件從工廠運送到現場重新組裝起來，費用相對較低。因此，裝配式住宅建筑建設過程始于高效的現代工廠流水線技術。預制組件被運到現場并進行積木式結構架設。工作時間不會因為傳統混凝土的固化時間或材料缺失而延遲，建筑時間可大幅度提前。本文主要介紹一種復合蜂巢板的裝配式住宅，并對其中一層主要材料及費用進行分析。

1 工程概況

本工程試點項目位于貴陽市小河區，以其中一棟3層的住宅工程為例，本棟住宅總建筑面積為238.54 m2，無地下室，地上一層住宅層高3.3 m，二層、三層住宅層高均為3.0 m，采用的是坡屋面，建筑高度為11.10 m，工程耐火等級二級，屋面防水等級二級，設計使用年限50年，建筑及結構三維模型如圖1所示。

圖1 建筑及結構三維模型

2 結構體系及建筑主要材料

本工程采用裝配式鋼框架結構，項目所在地為6度抗震設防，抗震設防類別為丙類，鋼框架抗震等級根據建筑抗震設計規范按非抗震設防考慮。裝配式鋼結構體系主要包括鋼框架結構體系、圍護體系，圍護體系主要采用外墻板、內墻板，分別是：外墻采用60 mm復合蜂巢板+120 mm泡沫混凝土+60 mm復合蜂巢板，泡沫混凝土體積密度為200 kg/m3，內墻采用120mm厚復合蜂巢板。復合蜂巢板截面形狀如圖2所示，復合蜂巢板材的性能參數見表1。

圖2 復合蜂巢板截面形狀及尺寸

表1 復合蜂巢板材的性能參數

根據復合蜂巢板物理性能參數實測的性能參數來看，GB 50016—2014《建筑設計防火規范》中要求：耐火等級為三級非承重外墻、疏散走道兩側隔墻及房間隔墻應采用非燃燒體，其耐火極限其耐火極限均不應低于0.5 h，本工程的墻板為自承重結構，材料的耐火極限符合消防要求。傳熱系數及材料的抗彎破壞荷載等均符合GB 50176—2016《民用建筑熱工設計規范》、GB/T 50152—2012《混凝土結構試驗方法標準》所規定的要求。本次試點項目，復合蜂巢板僅用在結構墻板，墻板自承重。后期待制定相關標準、規范及主體結構的計算軟件研發后，最終將實現無鋼框架結構的復合蜂巢板完全裝配式建筑。

3 預制裝配式構件連接

預制裝配式結構的節點詳圖設計是結構設計重要的一個環節[6-7]，由于本項目是試點工程，鋼框架為主要的承重構件，考慮到連接方便，梁、柱截面形式均采用方鋼管。梁柱間連接采取焊縫連接，連接節點如圖3所示，試件的主要參數見表2。

圖3 試點工程梁柱連接節點示意

表2 試件主要參數

鋼框架結構系統中的復合蜂巢板僅起到圍護與分割作用，不作為承重構件，自重全部通過連接節點傳到鋼框架上，復合蜂巢板與主鋼架采用外掛式柔性連接，外墻板的連接件具有足夠的延性和適當的轉動能力，這種連接的優點在于：允許連接部位產生局部的變形，減少了墻板在水平及豎向荷載作用下墻板產生破壞的可能性，能更好地保護墻體并且對主體結構的剛度影響不大。

4 預制裝配式建筑成本分析

一種新型建筑材料應用于一種結構體系時，除了大家關心的結構安全問題，其次就是住宅的造價問題。本試點項目（建筑面積為238.54 m2）的裝配式住宅主要材料費用分析見表3。

表3 裝配式住宅主要材料及費用分析（單層）

從表3數據來看，鋼結構住宅房屋的直接土建工程造價一般略高于傳統住宅房屋[8]，主要原因是鋼材的價格較普通混凝土的成本高、專業的人工成本費也相對較高。但從綜合成本考慮，鋼結構住宅房屋具有一定的經濟效益，主要體現在：

（1）鋼結構各構件基本是在工廠預制、現場安裝，大量的工序由車間加工完成，其中構件的種類主要有：外墻板、內墻板、樓板、屋面板、門窗邊板、樓板等。和傳統建筑施工工序相比，結構的施工周期較短，不需要大量的支模、澆筑混凝土、養護、拆模等工序，現場裝配，現場現澆工序大大減少，施工人員相對減少。

（2）采用建筑、裝修全過程設計、施工，主體結構施工完成后裝修幾乎同步完成，在設計過程中還可以由專門的設計院出多種不同造價成本裝配式住宅方案，供不同需求的人群選擇。

（3）可根據標準化的構件進行設計，各廠家采用相同的技術標準，標準化程度越高，相應的構件成本也會下降，整個裝配式建筑造價成本會降低，從而會越來越被人們所接受。

5 結語

（1）裝配式住宅根據業主方的需求可以區分不同的檔次，由各地住建和土地管理部門統一規劃，結合各地的城市規劃要求及特點，請專門的設計院設計多種不同造價的“裝配式住宅方案”，供不同需求的人群自行選擇，甚至可以成立專門的代建公司來運作。代建公司根據設計圖紙的要求在工廠預先生產好房屋所需構件，在房屋建設地點做好基礎，構件運到現場進行裝配即可。

（2）裝配式鋼結構住宅提倡設計、施工、裝修一體化，在裝修完后直接交付業主方使用，是一種提高建筑業生產效率的有效策略。本項目采用的復合蜂巢板，采用一板到底的創新理念，通過擠出成型實現內外墻一體成型，其強度達到30 MPa以上，同時預留接口實現快速裝配，在傳統建筑市場方面以“一板”替代現有的外墻材料、外墻墻面材料、內墻材料、內墻墻面材料、樓板材料、屋面材料，一板建房。墻板的顏色可根據業主方的需求采用豐富多彩的飾面，是一種性價比較高的外墻板。

（3）與傳統建筑相比，裝配式鋼結構建筑強調標準化設計及工廠化生產的緊密性。本項目在完成建筑設計圖紙后交付工廠進行流水線生產。工廠的生產全部是高度的一體化，產品運輸到現場直接安裝，最大化地縮短建設周期。