钢结构住宅的装配化内装部品设计研究

孙亿海 王李颗 周 鹏 章国超 余德蔚

1 钢结构住宅配套内装部品

钢结构住宅配套内装部品的组成如图1所示。

图1 钢结构住宅配套内装部品组成（来源：作者自绘）

1.1 水平部品

水平部品主要指以住宅楼板为依托设计建造的地板部品和吊顶部品，其中地板部品主要包括架空地板部品与集成楼面系统。架空地板部品是将支撑构件设置在结构楼板上，并在其上铺设衬板和地板面层，从而形成架空层。架空地板部品通过支撑构件连接楼板与地板，不需要抹灰找平，可在工厂统一制造垫块及地板承压条等构件，现场直接组装，省时省力。集成楼面系统是在工厂预先制作好楼面结构、管线设备以及装饰部品，现场直接安装铺设。集成楼面系统具有较高的预制率和装配率，采用的是全螺栓柔性连接，无脚手架施工、无模板，节省了人工和工期。吊顶部品是室内天花板的一种装饰，如图2所示。轻钢龙骨吊顶是装配式干法施工的类型之一，具有较高的装配化程度，其结构简单明了，无需任何配件，后期维护快捷方便[1]。

图2 吊顶（来源：作者自绘）

1.2 竖向部品

钢结构住宅中经常采用如轻钢龙骨石膏板等轻质隔墙。与普通隔墙相比，轻质隔墙具有装配化程度高、防火隔声性能优良、施工精度高以及施工速度快特点，同时还降低了施工材料的损耗率。装配式钢结构住宅的骨架隔墙大多是非承重墙，主要由钢结构主梁或桁架承受荷载[2]。因此，可以根据需求随时拆除和变化内隔墙，使得住宅平面更加灵活多样。架空墙面是指将树脂螺栓或轻钢龙骨设置在室内一侧，外部贴石膏板材料。与普通墙体相比，架空墙面的空间内部可以设置设备管线，避免了传统装修中的开墙布线。另外，架空墙面施工中不需要找平，不受天气影响，具有良好的保温隔热效果。

1.3 模块化部品

基于钢结构住宅的特点，模块化设计具有较高的适宜性，可以采用模块化整体厨房和整体卫浴，以更好地协调厨卫部品之间的关系，加强厨卫部品的设计效果。模块化整体厨房根据住宅户型和使用需求来设计方案，根据设计标准在工厂预制厨房所有部品部件，包括橱柜、灶具和抽油烟机等，然后统一运输到施工现场进行安装。与传统厨房设计相比，模块化整体厨房可以对厨房各类部品进行整合化处理，使平面布局更加合理高效，且具有维护方便、施工效率高以及成本低等特点。模块化整体卫浴的生产安装流程与整体厨房大同小异。与传统卫浴设计相比，模块化整体卫浴可以做到干湿分离，避免卫浴各功能之间的相互影响，且部品模块化、集成化程度较高，质量较好。

2 钢结构住宅装配化内装设计

1.4 集成化部品

钢结构住宅中给排水系统、地暖系统、新风系统和电气与照明系统等各种设备及管线的设计和排布至关重要，与住宅各项功能的发挥息息相关，也影响后期使用的舒适度。给排水系统设计中，要在楼板上面或便于维修的地方设置集中接头，以便实现集中给水。为避免走管时发生交叉或漏水，集中接头到出口的配管要做到一对一设置[3]。给水管道要采用高质量的塑料管，以便于拐角处自由弯曲。地暖系统设计中，可以采用水电暖和电地暖。装配化地暖是在预制好的衬板中规整、有序地敷设好地暖管道，具有安装便捷、安全环保、升温迅速以及节省空间等特点。新风系统常用的类型主要有全热交换式新风系统、双向流中央式新风系统和单向流中央式新风系统3种，通过设置新风系统，可以调节室内温湿度，清除室内有害气体，有利于身体健康。

2.1 基于装配化内装的钢结构住宅标准化设计

2.1.1 柱网尺寸的标准化设计

钢结构住宅平面功能和空间效果受柱网尺寸的限定和影响。在结构柱网设计过程中，要充分结合住宅平面空间，协调好柱网与住宅平面设计之间的关系，充分发挥钢结构在标准设计中的优势。钢结构住宅柱网尺寸选择受到的影响较多，除平面关系外，还要考虑工程造价、使用功能、建筑布局和造型等。由于我国钢结构住宅起步较晚，关于柱网尺寸尚无明确标准。但是通过对在建和已建钢结构住宅项目的研究可以发现，柱网尺寸一般为3～12 m，以5～8 m为主。根据钢结构住宅特点及相关因素，最佳的柱网开间为6～7.8 m[4]。

2.1.2 内装部品的标准化设计

钢结构住宅属于装配式建筑，在具体设计和建造过程中，要依照国家要求的建筑模数标准进行。但是由于钢结构住宅配套部品并没有实现标准化生产，无法保证住宅设计与建造整体达到工业化标准。为了解决这一问题，钢结构住宅配套内装部品需要运用模数协调原理，合理选择配套部品，协调好住宅空间、柱网以及内部部品三者之间的关系，以便部品安装过程中能够迅速定位，降低施工难度。

部品与建筑之间，要为内部部品制定标准的设计模数，尽可能减少部品的生产种类，使得部品与钢梁、钢柱等建筑主体能够顺利拼装。因此，要选择与建筑配套且通用性较强的内部部品，在设置配套内部部品时，既要结合结构网格，也要结合装修网格。部品与部品之间，要加强接口的标准化设计，统一部品的接口尺寸和规格，接口之间要相互匹配，而且还要方便拆分和维修。部品自身内部，也要遵循标准化设计，尺寸大小、结构设计要统一且相互匹配。以厨房为例，该功能空间较为复杂，且使用率较高，由多种子部品组成，其中橱柜的数量和种类较多（图3）。为了保证子部品之间的装配化效果，需要对橱柜进行优化设计，对于存在缺陷的橱柜，要事先剔除，避免对整个功能空间产生不利影响。

图3 橱柜组成（来源：作者自绘）

2.1.3 住宅平面的标准化设计

装配式钢结构住宅体系中的构件尺寸通常接近房间尺寸，且具有一定的模数标准。如果设计的转角过多或形态轮廓过于复杂，就会增加钢构件的连接节点，增加施工难度。因此在钢结构住宅设计过程中，应设置以正交为主的墙体，简化墙体之间的位置关系，对于相邻房间的内墙角，角度设置应相同。如果形态轮廓需要变化，那么也要为异形区外廓尺寸设置相应的模数标准，并保证能够连接相邻的标准墙板，避免接缝处角度发生变化。总之，要尽可能设计简洁、规整的钢结构住宅平面，确定尺寸时要充分考虑部品构件的模数，以此得到良好的设计效果。

2.2 基于装配化内装的钢结构住宅模块化设计

2.2.1 单元尺寸的模块化设计

不同面积段的装配式钢结构住宅设计，要确定一个适宜的标准模块，通过科学、合理的组合标准模块，形成不同的户型设计。根据我国出台的《建筑模数协调标准》（GB/T 50002-2013）确定单元模块基本尺寸，基于钢结构住宅特点及户型布局要求，初步确定基本模数为300 mm（3M）。为了增强构件的通用性，需围绕基本模数以及模数的极差递增或递减合理设计构件。多高层钢结构住宅设计中，通常采用2种钢柱截面尺寸，一种是300 mm×300 mm，另一种是400 mm×400 mm，最大跨度可达到12 m。综合考虑运输、用钢量等因素，基于模数化设计要求，结构单元尺寸控制在6～9 m为最佳[5]。

2.2.2 住宅功能空间的模块化设计

在住宅功能空间模块化设计过程中，要充分考虑居住者的实际需求，实现个性化与人性化设计。以6 m×9 m的结构模块为例，模数标准设置为600 mm（6M），进行厨房、卫生间、卧室以及起居室等功能空间的设计。在厨房设计过程中，按照功能要求，厨房的多层级模块系统可以分解成两部分基础模块，一是水平基础模块，二是竖向基础模块。各部分模块根据户型要求合理重组，内部部品的规格尺寸和形状按照统一的模数进行控制，以保证装配效果。在卫生间设计过程中，按照功能要求，将卫生间模块系统分解成多个基本要素模块，根据国家相关规范，通过不同的技术手段合理组合各部分模块，以满足实际需求。在卧室设计过程中，要充分考虑功能需求，通常主卧面积要大于次卧。在起居室设计过程中，要充分考虑会客交友、聚会以及视听等功能。上述功能空间，其模块化设计过程均相同。另外，餐厅、阳台以及书房等功能空间，也要采用适宜的模块化设计[6]。

2.2.3 基于装配化内装的钢结构可变性设计

钢结构住宅中的内隔墙、家装以及管线设备等装配化部品能够实现户型平面的多样化、住宅内部空间的可变性，满足居住者不同时期的不同需求。钢结构住宅的可变性设计是指根据实际需求改变户型平面大小、空间分配以及户型种类，其在单元套型内或者几个单元套型之间均可以实现。在具体设计过程中，需要充分考虑以下3个因素。

（1）结构体系。为了能够有更多可改变的空间，要尽可能进行大空间、大跨度的设计，如6～9 m的大开间钢框架体系、跨度可达12 m的交错桁架体系以及住宅内装部品体系。成熟的配套内装是实现钢结构住宅可变性的重要保障，在保证住宅内装部品精度的前提下，需要加强各构件之间的模数配合、构件之间的兼容性以及互换性，以便更好地满足居住者的实际需求。

（2）住宅外轮廓。需要充分考虑外轮廓对内装部品的影响，通常情况下，方正的平面轮廓便于室内隔墙的移动变换，反之则会限制室内空间的变换。在钢结构住宅外轮廓不变的情况下，通过调整轻质隔墙部品能够灵活分配单元使用面积。平直的外墙对于隔墙设置的影响较小，可以在任何位置设置隔墙；但如果外墙凹凸不平，那么可以在墙肢位置设置隔墙。

（3）住宅功能空间。住宅功能空间中的辅助空间包括厨房、卫生间以及储藏室等，一般尺度较小，变换的可能性也不大。因此，可集中布置辅助空间，避免限制卧室、起居室以及书房等主体功能空间的变换。同时，可统一布置设备及管道管线等，既有利于安装，也有利于后期维修。

3 结语

通过对上述内容的研究可以了解到，钢结构住宅属于装配化工程，其本身具有工业化特点，有着较大的设计潜力。但是我国钢结构住宅的发展还不够成熟，在设计过程中仍然存在很多问题。基于此，本文对钢结构住宅的装配化内装部品进行了详细介绍，同时提出了基于装配化内装的钢结构住宅标准化设计、多样化设计以及可变性设计，以此加强内装部品在钢结构住宅设计中的运用，提升钢结构住宅装配化内装的设计效果，满足人们更多的实际需求，齐平促进我国钢结构住宅的不断发展。