来源：同济设计TJAD（ID：tjad-news）
介绍
装配式钢结构作为装配式建筑三大结构体系之一，具有抗震性能好、施工质量高、制作简单、施工快捷、绿色环保等优点。 本文结合一个实际项目来详细介绍装配式钢结构在高层住宅建筑中的应用优势。
2016年2月，中共中央、国务院《关于进一步加强城市规划建设管理的若干意见》（中发[2016]6号）提出发展新型建造工法，指出要大力推广装配式建筑积极稳妥推进钢结构建筑。 深圳市积极落实国务院意见。 2016年6月27日，发布《关于加快推广装配式建筑的通知》（深建科技[2016]22号），全面推进深圳市装配式建筑发展。 。
装配式钢结构建筑
传统的建筑施工方法采用现场现浇或焊接工艺。 现场施工条件差，工程质量难以保证，资源浪费严重，产生大量建筑垃圾，不能满足建筑工业化的发展需要。
装配式钢结构建筑的施工方法是在工厂制造建筑的主要构件和部件，然后运输到工地。 经过机械化安装后，形成符合预定功能要求的建筑。 装配式钢结构建筑具有抗震性能好、施工质量高、制作简单、施工快捷、绿色环保等优点。
装配式钢结构建筑在美国、日本、澳大利亚等发达国家已得到广泛应用。 它们可以给社会带来巨大的综合效益，带动其他产业的快速发展。 目前，装配式钢结构建筑在我国尚处于起步阶段，以多层建筑为主。 它们很少用于高层建筑，需要深入研究。
近日，同济设计集团对深圳某高层住宅项目进行了钢结构可行性研究。 本文将以此为例分析装配式钢结构应用于高层住宅的优势。
项目概况
该项目位于深圳市南山区。 由住宅、公寓、动迁住宅、养老酒店等8栋高层建筑组成。 占地面积6.7万平方米，总建筑面积33.7万平方米。
▲地块总体规划示意图
本案例根据建筑性能、平面立面规律性和建筑高度，在8栋建筑中选择了具有代表性的4号建筑进行研究。 其结构高度179.6m，结构长宽比10.1，地上55层，层高3.1m（避难层4.0m）。 平面尺寸及投影尺寸为23.1m×42.1m，其中标准建筑面积约710㎡，每层6户（3种户型），地上总面积约4万㎡。
深圳市南山区抗震设防烈度为7度（0.1g），设计地震为1级，场地类别为II类，场地特征周期Tg=0.35s。 10年一遇风荷载为0.45kN/㎡，50年一遇风荷载为0.75kN/㎡，100年一遇风荷载为0.9kN/㎡。
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▲4号建筑平面图
▲ 4号楼立面图
结构体系
由于本工程结构高宽比达到10.1，水平风荷载较大，结构设计难度很大。 对于此类高层住宅，传统做法是采用混凝土结构，通过增加构件截面、设置剪力墙等方式增加结构刚度，以满足结构安全性和舒适性的需求。 但传统方法对施工质量影响较大且施工周期长，无法实现建筑工业化的目标。
为了解决上述困难，同济设计团队突破传统设计方法的限制，采用装配式钢结构进行设计，满足业主的高标准。
钢结构方案的结构体系由：CFT柱钢框架+支撑+粘性阻尼墙组成。 公共交通区域和建筑隔墙位置设置支撑，结构中上部设置粘性阻尼墙，共72块。
▲ 钢结构方案结构体系组成
▲ 钢结构平面结构布置图
▲ 粘性阻尼墙结构示意图
▲ 某工程粘性阻尼墙安装示意图
采用钢结构设计的优点
与传统混凝土结构相比，本项目采用的钢结构体系具有诸多优点。
结构抗震性能
由于采用消能减震钢框架-支撑结构体系，上部结构重量减轻约34%，有助于：（1）降低地基造价（约25%）； (2)减少地震影响，提高结构的抗震性能。
打造品质
由于住宅建筑对建筑的功能要求较高，钢结构体系的使用有效地提高了建筑的品质。
（1）建筑墙厚可从700mm减至450mm（减少36%），建筑使用面积增加。
▲ 标准层混凝土平面图（装修后墙厚700mm）
▲ 钢结构平面图标准层（装修后墙厚450mm）
（2）支撑公共交通区域布置的隔断墙，室内户型可任意划分（大空间可变户型），同时保证外立面视觉通透性。
▲ 交通管
▲结构户型图（C1户型）
▲ 结构平面图（C2平面图）
▲ 结构平面图（C3平面图）
（3）将钢管混凝土柱扁平拉长，采用内装修技术，有效解决室内外露梁、外露柱等建筑功能问题。
▲ 建筑平面图（C1平面图）
▲ 建筑平面图（C2平面图）
▲ 建筑平面图（C3平面图）
抗风舒适
本项目所在区域10年风荷载为0.45kN/㎡，结构高宽比较大。 结构在风振作用下的舒适性需要特别关注。
若采用混凝土结构，需通过增大结构构件截面尺寸或增设剪力墙等方式来增加结构刚度，提高结构的风振舒适度。 但这种方法会进一步增强结构的抗震效果。 这种方法不经济，效率低。
针对本项目的特点，拟采用钢结构体系。 在满足结构基本刚度（层间位移角、剪重比、刚重比等）的前提下，通过有效布置粘性阻尼墙，可以充分发挥能耗的降低作用。 可以有效控制结构的风振加速度，降低结构的地震效应。
通过对比两种方案，钢结构方案的舒适度优于传统混凝土方案。
施工期和预售期
（一）建设工期
钢结构大部分构件在工厂生产，运到现场后组装成整体，因此施工周期短。 根据调查结果，钢结构建筑地上主体结构标准层施工速度约为4天。 混凝土结构在施工过程中受到多种因素的限制，施工周期长。 一般地上主体结构标准层施工速度为6天左右。
该项目地上55层。 若采用混凝土结构，工期约为330天； 若采用钢结构，工期约为220天，可节省工期110天（约3.7个月）。 缩短的工期有利于实现原工程进度要求。
（二）商品房预售期
根据深圳市相关政策，商品房预售期间高层建筑钢结构，混凝土结构可销售至2/3楼层，钢结构可销售至1/3楼层。
本项目钢结构预售期比混凝土结构可提前146天（约5个月）。 提前房屋预售期，有利于业主提前提取资金，缓解资金压力。
BIM技术展示
在方案设计阶段引入BIM技术，配合结构体系、三板体系、卫生间、阳台等选型，为结构体系、周边防护系统、室内系统、设备及管道的一体化设计提供信息钢结构建筑化学支撑系统。 借助BIM技术，整合钢结构体系与建筑功能的关系，优化结构体系和结构布局； 选择合适的内外墙体系统，细化建筑节点结构高层建筑钢结构，实现建筑功能的高标准要求。
▲ 标准层结构布局BIM模型
▲ 标准楼层布局BIM模型
▲ 压型钢板复合楼板BIM模型
▲ 节点BIM模型详细搭建
▲ 粘性阻尼墙连接结构BIM模型
▲ 浴室BIM模型
▲ 厨房BIM模型
建设地点：深圳市南山区
设计时间：2016.8-2016.11
咨询单位：同济大学建筑设计院（集团）有限公司第二建筑设计院技术开发部
面积：67000平方米
建筑面积：33.7万平方米
项目负责人：丁洁敏
项目经理：吴红雷
建筑设计：索伟达
结构：吴红雷、王诗雨、陈长嘉
BIM：杜明、张耀
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