《装配式钢结构住宅技术标准》内容及技术发展
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【摘要】本文围绕《装配式钢结构住宅技术标准》，总结了装配式钢结构住宅的发展现状，阐述了标准中结构部分的编制内容，对钢结构住宅工程项目出现的造价高、防火、保温、隔声、漏水等建筑性能差问题，认为可以通过四大系统集成设计加以解决，并提出了一些比较成熟的做法。
【关键词】钢结构住宅;装配式;钢结构;标准
1.钢结构建筑的发展现状
近年来中央和地方关于装配式建筑的相关政策密集出台，发展装配式建筑已上升为国家战略，在国家顶层设计和产业政策的有力推动下，装配式钢结构建筑作为装配式建筑的重要体系，将迎来新的发展机遇和挑战。党的十九大报告中提出，“形成绿色发展方式和生活方式，为人民创造良好生产生活环境”。2013年1月1日，国务院办公厅发布的《绿色建筑行动方案》，在重点任务中明确提出推动建筑工业化，推广适合工业化生产的预制装配式混凝土、钢结构等建筑体系，提高建筑工业化技术集成水平，支持集设计、生产、施工于一体的工业化基地建设，开展工业化建筑示范试点。2014年5月4日，住建部发布《关于开展建筑改革发展试点工作的通知》，将建筑产业列入建筑改革发展试点工作。2014年7月1日，住建部发布《关于推进建筑业发展和改革的若干意见》，促进建筑业发展方式转变，推动建筑产业现代化。2016年2月21日，国务院发布《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》，指出力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%。2016年9月30日，国务院发布《关于大力发展装配式建筑的指导意见》指出要因地制宜发展装配式混凝土结构、钢结构和现代木结构等装配式建筑。2017年2月24日，国务院办公厅发布《国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见》，指出坚持标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用，推动建造方式创新，大力发展装配式混凝土和钢结构建筑，创新建筑方式。
为了确保国家政策的落实，各省市也积极制定了各项配套政策。目前，全国已有30多个省市出台了装配式建筑专门的指导意见和相关配套措施，不少地方更是对装配式钢结构的发展提出了明确要求。2017年2月22日，北京市政府发布《北京市人民政府办公厅关于加快发展装配式建筑的实施意见》，指出鼓励学校、医院、体育馆、商场、写字楼等新建公共建筑优先采用钢结构建筑，其中政府投资的单体地上建筑面积1万m2（含）以上的新建公共建筑应采用钢结构建筑。河北省发布的《河北省人民政府关于推进住宅产业现代化的指导意见》中指出，在2020年底以前，对新开工建设的城镇钢结构商品住宅和农村居民自建钢结构住房项目，由项目所在地政府按照100元/m2予以补贴;采用钢结构方式建设的商品住房项目，在办理规划审批手续时，其外墙预制部分建筑面积（不超过规划总建筑面积的3%）可不计入成交地块的容积率核算。
近几年，我国装配式钢结构住宅得到了快速的发展，形成了钢框架类（含异形柱、钢板剪力墙）（图1）、钢墙体类（图2）、部分组合结构（图3）三大类体系，各有优势和不足，在一定程度上满足了中国人的使用要求。但同灵活空间、易装配、性能好、品质高的国外钢结构住宅相比，我国钢结构住宅在建筑性能、发挥钢结构优势方面还有进一步提升的空间。
2.标准解读
2.1 主要涉及的标准
目前，涉及到钢结构住宅的标准有如下几部：
（1）行业标准《高层民用钢结构建筑技术规程》JGJ99-2015，简称（“高钢规”）;
（2）国家标准《装配式钢结构建筑技术标准》GB/T 51232-2016，简称（“钢建标”）;
（3）国家标准《装配式建筑评价标准》 GB/T 51129-2017 ;
（4）行业标准《装配式住宅建筑设计规程》JGJ/T 398-2017;
（5）行业标准《装配式钢结构住宅技术标准》JGJ/T 469-2019，简称（“钢住标”）;
（6）行业标准《钢结构住宅型钢标准》（编制中）等等。
国家标准《装配式钢结构建筑技术标准》（GB/T 51232-2016），自2017年6月1日起正式实施。该标准是以工业化建造方式为基础，实现装配式钢结构的结构系统、外围护系统、设备与管线系统、内装系统等四大系统一体化，以及策划、设计、生产与施工一体化的过程。该标准的意义在于，明确装配式建筑的概念、内涵及顶层设计;首次构建装配式建筑的四大建筑集成系统;提出装配式建筑的系统集成设计;将建筑当做完整产品进行统筹设计;强调了装配式建筑全生命期可持续的品质技术等。
行业标准《装配式钢结构住宅技术标准》JGJ/T 469-2019，在前部标准编制完成3年后，编制的一部针对装配式钢结构住宅的技术标准。和前部标准相比，伴随着这几年钢结构住宅技术的飞速发展，它范围更明确、针对性更强、编制基础更扎实，比较详细给出了装配式钢结构住宅的具体要求，例如在建筑主体的适用范围、外围护系统、推荐的结构体系、位移要求、楼板要求等又有一些新的规定。
2.2 《装配式钢结构住宅技术标准》结构部分主要内容
下面，重点就《钢住标》结构部分的内容做一个解读。
（1）适用范围。《钢建标》：本标准适用于抗震设防烈度为6度到9度的装配式钢结构建筑的設计、生产运输、施工安装、质量验收与使用维护。《钢住标》：本标准适用于抗震设防烈度为6至9度、房屋高度不超过100m、主体结构采用钢结构的装配式多、高层住宅建筑的设计、生产、施工安装、质量验收、使用维护与管理。《钢住标》主要针对多高层钢结构住宅，所以范围更加清晰和明确，由于我国主要钢结构工程实践均在100m以下，所以本标准高度范围不超过100m。
（2）材料与构件类型。《钢建标》：5.2.2……有条件时，可采用耐候钢、耐火钢、高强钢等高性能钢材。《钢住标》：5.1.4 钢材的性能应符合现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017和《建筑抗震设计规范》GB 50011中的规定，宜选用高性能钢材。5.4. 2 结构构件不宜采用现场人工浇筑的型钢混凝土部（构）件。当采用钢管混凝土柱时，设计时应采取保证混凝土浇筑密实的措施。5.4.1 装配式钢结构住宅建筑的主要钢结构部（构）件系统应采用型钢部（构）件。当采用冷弯方、矩形钢管部（构）件时，宜进行热处理。钢结构住宅中，钢结构造价占比将近50%，降低钢结构造价，一个有效途径是更多的采用钢厂直接生产出来的型钢构件，《钢住标》更强调采用型钢构件。当前型钢构件规格不能完全满足钢结构住宅的需要，因此，相关部门正在组织编写《钢结构住宅型钢标准》，希望能缓解这个问题。 （3）推荐的结构类型。《钢建标》与《高钢规》相同：5.2.5装配式钢结构建筑可根据建筑功能、建筑高度以及抗震设防烈度等条件选择下列结构体系：1钢框架结构;2 钢框架-支撑结构;3钢框架-延性墙板结构;4筒体结构;5巨型结构;6 交错桁架结构;7门式刚架结构;8低层冷弯薄壁型钢结构。当有可靠依据，通过相关论证，也可采用其他结构体系，包括新型构件和节点。《钢住标》：5.2.1 装配式钢结构住宅建筑的结构体系可选用钢框架结构、钢框架-支撑结构、钢框架-延性墙板结构、钢框架-剪力墙结构或框筒结构等体系。《钢住标》主要针对钢结构住宅，推荐了适合住宅的结构体系，目前应用也比较多。
（4）楼板。《钢住标》5.2.5 楼盖结构可采用装配整体式楼板，也可采用免支模现浇楼板。当房屋高度不超过50m且抗震设防烈度不超过7度时，可采用无现浇层的预制装配式楼板。此次调整与《评价标准》表述相对应。
（5）结构位移控制。《钢建标》：5.2.8 在风荷载或多遇地震标准值作用下，层间位移角不宜大于1/250（采用钢管混凝土柱时不宜大于1/300）。装配式钢结构住宅在风荷载标准值作用下的层间位移角尚不应大于1/300，屋顶水平位移与建筑高度之比不宜大于1/450。5.2.9 高度不小于80m的装配式钢结构住宅以及高度不小于150m的其他装配式钢结构建筑应进行风振舒适度验算。《高钢规》：3.5.2 在风荷载或多遇地震标准值作用下，按弹性方法计算的楼层层间最大水平位移与层高之比不宜大于1/250。《钢住标》：5.3.1 在风荷载和多遇地震作用下，装配式钢结构住宅的层间位移角不宜大于1/350，且应符合国家现行标准《装配式钢结构建筑技术标准》GB/T 51232和《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99中位移和风振舒适度的有关规定。《钢住标》规定的钢结构住宅位移比其他两部标准都要严格，主要是从钢结构住宅的使用要求出发。
（6）节点。《钢建标》：5.2.13……2梁柱连接可采用带悬臂梁段连接、翼缘焊接腹板栓接或全焊接形式;抗震等级为一、二级时，梁与柱的连接宜采用加强型连接;当有可靠依据时也可采用端板螺栓连接的形式。5.2.17……2装配式钢结构建筑构件的连接可采用螺栓连接，也可采用焊接。《钢住标》：5.4.3 钢框架梁柱节点连接形式宜采用全螺栓连接，也可采用栓焊混合式连接或全焊接连接。钢结构连接节点可以采用栓接连接和焊接连接，无论采用哪种形式，都不影响钢结构的装配性能。但应该看到，从方便性、可靠性来看，栓接比焊接更加方便。因此本标准制定时将栓接连接放到了优先地位。
3.几点技术思考
随着近年不断的探索和实践，钢结构住宅的技术体系越来越完善。但一些已建成的钢结构住宅项目出现了一些问题，包括结构钢量大、梁柱外露、墙体开裂、噪声、漏水等。尽管这些问题不会影响结构的安全性，但会影响建筑的正常使用。通过我们的研究和工程应用，这些问题，都可以通过户型合理设计、围护墙体材料及安装方式的选择、节点构造加强、配套产品研发、内装一体化设计等不断改进和完善。
3.1适合于钢结构的户型
装配式钢结构住宅项目首先要有适合于钢结构的户型。钢结构住宅项目被诟病较多的用钢量大的问题主要是因为户型设计不合理。钢结构住宅与传统的混凝土剪力墙住宅是两种完全不同的结构体系，钢结构住宅是框架结构体系，传统的现浇住宅是剪力墙结构，钢结构住宅的户型设计应与传统混凝土住宅有本质区别。剪力墙结构住宅的墙体既是维护构件又是承重构件，其户型设计以房间开间为单位;而钢结构住宅应充分考虑到框架结构体系特点（图4），以合理的柱跨为单位，柱网尽量统一，且平面外形宜规整，不宜设凸窗。
3.2装配式钢结构住宅构造难点
（1）梁柱外露处理
首先墙板与梁柱的相对位置關系直接决定了梁柱的外露程度，既外围护墙板是采用外挂板、内嵌板还是嵌挂结合型（图5）。选择外挂板则梁柱完全露出在室内，需要协同隔墙位置、收纳系统、内装吊顶来改善这一情况。而内嵌的墙板虽然弱化了梁柱外露的尺寸，但其随动性能，直接影响到墙体会不会产生变形裂缝。且梁柱等部位的冷热桥处理需要协同保温系统、外装饰系统、内装系统共同来解决。
（2）墙体开裂问题，柔性内装
钢结构体系柔性比较大，若选用围护材料刚度大或连接节点未采用柔性处理，都必然导致墙体的开裂。目前最成熟的柔性外围护体系就是幕墙体系（图6）。该体系通过竖向主龙骨、横向龙骨这些较柔性的连接方式，与钢结构体系达到高度匹配。但其造价偏高，通常用于公共建筑。
现在国内更多的钢结构住宅项目，外围护选用的蒸压加气混凝土条板（ALC板）（图7），其安装方式采用勾头螺栓法，增强板材与结构系统的随动性;并根据节能计算，保温体系采用外保温或内保温;配合内装管线分离选用了树脂螺栓形成夹壁空间;内饰面为石膏板加弹性壁纸。通过一系列柔性材料的搭配来避免墙体裂缝。
（3）漏水问题
钢结构住宅漏水部位主要有地上部分的外墙进水;卫生间、管井处水管漏水、地下室外墙渗水。本次研究主要针对地上部分。
外墙进水一方面是墙体裂缝原因，另外就是出挑阳台、露台、设备平台这些楼板伸出外围护的水平构件，外围护墙体被楼板打断，墙板与楼板自然出现接缝。室外雨水通过水平缝渗入造成漏水现象。因此需要从材料和构造两方面做好防水，利用水向低处流的特性做好疏导。
露台、开敞阳台在构造上应该适当降板，向外墙外侧排水，并在外墙根部做泛水处理（图8）。
卫生间漏水问题基本也是楼板与墙板接缝处未做反沿处理、未采用同层排水技术及整体卫浴部品造成的。
（4）隔声问题
钢结构住宅的传声分为水平传声和竖向传声。其中，水平传声主要有钢梁传声和分户墙传声。在设计时，要特别注意对钢梁的包裹，在分户墙的部位，要选择双层墙板的错峰拼接技术。垂直传声部分，主要通过钢柱传声，因此，柱也应结合耐火要求做表面包裹。钢结构住宅设计中，电梯的运行会产生震动和噪音。钢构件容易产生固体传声。在户型设计之初就要注意避免井道与居室贴邻，当必须贴邻时，首先应避免钢支撑布置在梯井隔墙，其次要做好隔声处理;另一个噪音来源是卫生间排水，传统的排水管道都在下层户内，若选用同层排水技术，使排水横管在本层户内，可避免冲厕的噪音。 （5）防火构造
钢结构露明钢构件的防火有无机材料包裹、喷涂防火涂料、防火板包封、水喷淋辅助等处理方法。第一种方法湿作业较多，额外增加了荷载。第二种涂料各厂家产品喷涂防火涂料的厚度也各不相同，单纯使用防火板又有业主私自装修破坏的可能，水喷淋系统在住宅里应用造价略高。因此建议防火涂料结合内装防火板处理。
（6）重要尺寸
钢结构住宅的柱子在地上部分是钢柱，到地下部分通常会转换为混凝土柱，正负零以下钢柱插入混凝土柱一段长度，钢柱四周有混凝土保护层，因此地下柱子会加大截面尺寸。因此地上柱子布置（图10）的位置应尽量避免有净空要求的电梯井道、疏散楼梯等位置，当无法避免时，地上钢柱需预留出该空间，保证电梯或楼梯下地下部分疏散宽度不减少。柱子布置在管井位置时，内部管线上下对位也应注意留出柱截面变化量。
4.结论
本文围绕《装配式钢结构住宅技术标准》，总结了装配式钢结构住宅的发展现状，阐述了标准中结构部分的编制内容，并结合笔者在装配式钢结构住宅研究、推广和应用方面做出的一些工作，形成如下结论：
当前，装配式钢结构住宅的建设方兴未艾。国家和地方政府大力推广装配式钢结构的发展，制定了一系列的政策，规定了哪些建筑必须采用装配式钢结构，对装配式钢结构建筑进行政策补贴，鼓励发展钢结构建筑。此外，我国钢结构建筑在民用建筑结构体系占比仅为5%，具有广阔的发展前景。
《装配式钢结构住宅技术标准》编制过程中，结合了近年来我国在钢结构住宅领域的研究成果和工程实践经验，针对钢结构住宅进行了具体的规定。这些规定有些比已有标准更加严格，有些更加明确。《装配式钢结构住宅技术标准》将会在钢结构住宅领域发挥越来越大的指导作用。
一些钢结构住宅工程项目出现的造价高、防火、保温、隔声、漏水等建筑性能差等问题，可以通过四大系统集成设计加以解决，已有一些比较成熟的做法。
参考文献
[1] 王喆，王琼，張红，丁杰，温静，陈雨嘉. 我国装配式钢结构住宅技术现状与发展[J].中国住宅设施. 2019（04）
[2] 周绪红，王宇航.我国钢结构住宅产业化发展的现状、问题与对策[J]. 土木工程学报. 2019（01）
[3] 王琼，王喆，温静，王力，李利民，陈雨嘉.安阳市钢结构住宅2.0集成技术示范[J]. 中国住宅设施. 2017（08）
[4] 王喆，郁银泉，王琼，温静.多高层钢结构住宅集成体系[J]. 中国住宅设施. 2015（04）
[5] 刘华，卢清刚，苗启松，林爱华，邹杨，李源. 沧州市天成装配式钢结构住宅设计[J].建筑结构. 2018（20）
[6] 王琼，王喆，温静，董庆园.国内钢结构住宅外围护体系应用现状[J]. 中国住宅设施. 2015（04）
[7] 胡育科. 钢结构住宅推广的“冷”思考[J].建筑. 2019（14）
（作者单位：中国建筑标准设计研究院有限公司）
【中图分类号】TU202
【文献标识码】A
【文章编号】1671-3362（2020）03-0035-05
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