装配式钢结构在绿色住宅设计中的应用

郁春春

（江苏鼎立钢结构工程有限公司，江苏盐城 224000）

装配式钢结构绿色住宅是以钢件构结构系统为建筑物主要支撑体系、结构构件以装配方式进行集成化构造的一种新型住宅建筑，其空间布置具有十分明显的集成性、灵活性等特点，具有便捷性、绿色节能性。

在较发达地区，装配式钢结构绿色住宅建筑在所有住宅建筑中占据极大比例，其体系逐渐系统化、行业化。在国家大力发展装配式建筑的背景下，国内的装配式钢结构绿色住宅的标准化、系统性特性日益凸显，装配式结构绿色住宅建筑取得较大进展。

1 装配式钢结构绿色住宅的发展

装配式建筑将传统建筑的现场工作转移至工厂中进行，在工厂内制造建筑的构件和阳台、楼板等配件，加工完成后运输至建筑施工现场进行装配安装。作为装配式建筑体系的重要组成部分，钢结构正在不断迎接新的发展机遇与挑战。

自2015年，国内多次出台装配式建筑的相关政策，不断推出鼓励措施。

2016年2月，颁布《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》，明确指出要大力建设国家级装配式建筑生产基地，截至2025年，使装配式建筑占新建工程的30%；2018年，国内装配式建筑面积达2.9亿m2，装配式钢结构建筑在装配式建筑中占比达30%，多为公建建筑；2019年3月，中华人民共和国住房和城乡建设部指出，应大力开展装配式钢结构绿色住宅试点建设，推进我国装配式钢结构绿色住宅建设体系的良好与可持续发展。

我国装配式建筑主要分为木结构、钢结构、混凝土三种建筑体系，其中混凝土与钢结构占据主导地位，装配式钢结构约占装配式建筑30%。

截至2018年底，住房部提出十项重点任务，“装配式钢结构建筑”成为建筑业界内的热门话题。在国家政策与方针的推动下，我国在装配式钢结构绿色建筑方面的研究不断深入，提出多批典型试点项目，国家鸟巢体育场、北京大兴国际机场等均是装配式钢结构建筑的典型公建建筑。

装配式钢结构绿色住宅的优势日益凸显，得到国家的大力推动与发展，北京通州台湖装配式钢结构住宅项目、广西柳州莲花城保障性住房、四川省广安站前大道公租房、装配式道孚轻钢结构建房试点项目等均为当地重点装配式钢结构住宅工程示范项目。

四川省装配式道孚轻钢结构建房试点项目如图1所示。

图1 四川省装配式道孚轻钢结构建房试点项目

2 钢结构绿色住宅结构体系

传统钢结构绿色住宅体系主要有钢框架-支撑与纯框架体系，新型钢结构住宅体系主要有钢管束、集装箱结构等多种体系。

12层以下的钢结构住宅一般采用纯钢框架体系。安徽省某保障性住房房屋层数为11层，高度为35m，最大柱距为7.6m。安徽省某保障性住房建筑标准层结构体系布置如图2所示。

图2 安徽省某保障性住房建筑标准层结构体系布置

该结构体系的标准冷弯矩形柱截面为352mm，层间最大位移角为1/352，各项指标均符合国家相关政策与法规的规定。结构体系具有诸多显著优势，如梁柱布置灵活，可提高建筑空间利用率；材料延性好，有利于抗震；构件安装便捷。但结构体系也存在问题，如侧移结构可能无法满足部分地区对住宅建筑抗震性能的要求。

12层以上的钢结构住宅一般采用钢框架-支撑体系。广西柳州某保障性住房房屋层数为25层，高度为76m，最大柱距为7.6m。

广西柳州某保障性住房建筑标准层结构体系布置如图3所示。

图3 广西柳州某保障性住房建筑标准层结构体系布置

该结构体系的标准冷弯矩形柱截面为400mm，层间最大位移角为1/597，各项指标均符合国家相关政策与法规的规定。该结构体系具有诸多显著优势，如抗侧力显著增加、延性良好，缺点为支撑节点连接较为复杂，支撑处墙板施工烦琐。

不同钢结构绿色住宅体系具有不同的优势与缺陷，应在住宅设计中结合当地的实际情况与工程项目的实际需求，选择适当的钢结构住宅体系。

3 装配式钢结构绿色住宅的设计要素与具体设计

3.1 设计要素

（1）节能环保设计要素。

在装配式钢结构绿色住宅的设计要素中，节能环保设计是响应国家绿色建筑号召的重点要素。在装配式钢结构住宅设计中，应合理选择住宅朝向，以南北朝向为宜，有效改善和提高其节能特性。南北朝向房屋的最显著优势是冬暖夏凉，夏季可以尽量减少阳光直射造成的室内温度偏高，冬季可以确保阳光充分照射房间，提高住宅建筑室内温度，减少煤炭、空调等耗能设施的使用频率。合理设计围护结构可以有效提升其热工性能，做到节能减排，通过控制墙体比例，完善建筑围栏地面、门窗、楼梯等结构的热工性能，实现装配式钢结构住宅的节能环保目标。

（2）住宅建筑户型设计要素。

户型设计要素中，应以装配式钢结构绿色住宅的特点入手，采用标准化、模块化的设计方法。设计中充分利用钢结构的空间布置优势，为住宅在生命周期内的可变性提供一定便利性，借助专业技术使边柱偏移、中柱趋于次要空间，打造线条外立面，营造舒适、广阔的室内空间，提升住宅空间利用率与主观舒适感。

3.2 具体设计

（1）标准化设计。

标准化设计主要包含户型模块化设计、厨卫模块化设计、部品和构件标准化设计三个层面。在户型模块化设计方面，依据项目定位与住宅建筑需求，设计有关联又相互独立的户型，通过灵活多变的单元模块满足不同业主的需求；在厨卫模块化设计方面，通过一定的模块设计，使厨卫规格、尺寸与多种户型模块相匹配，特别是厨卫一体化的使用，可以有效缩短工期；在部品和构件标准化设计方面，对其进行精细化设计，减少不规则节点，提高装配式类型的准确性与精密性，实现可更换性，使住宅建筑后期维修更方便，降低维修成本。

（2）一体化装修。

近年来，在BIM等多项技术的加持下，建筑一体化装修得到了认可。在一体化装修方面，需要重点关注内装的一体化设计与一体化施工。在内装一体化设计方面，需要对住宅空间的功能使用提供更详细、精确和人性化的考虑，将家具、厨具、灯具插座等管道工程纳入综合考量范围内，提高设计精度。在内装一体化施工方面，将内装与土木工程同时施工，推动建筑构件的预制加工，为一体化施工提供支撑，降低住户二次装修概率与成本。

4 结语

装配式钢结构绿色住宅的标准化、系统化特性已日益凸显，在政策指导与国家的推动下，取得了良好的发展结果。在装配式钢结构绿色住宅的设计中，需要结合钢结构绿色住宅体系的适用性，选取合适的钢结构住宅体系，遵循节能环保设计与住宅建筑户型设计要素的原则以及绿色建筑的设计与建设标准，进行标准化设计、一体化装修，大力推进装配式钢结构绿色住宅的发展。