京津冀地区装配式钢结构住宅部品部件及接口标准化研究_张晓琳.pdf

1022023 No.4住区/Community Design化管理等方面均处于全国领先水平。当前存在的主要问题为：市场供求关系失衡，住宅产业化覆盖面不足、预制率偏低，部分政策未能有效实施与落地，节能环保与科技进步等方面有待提升，亟须建立信息化体系等。近年来，从实际推广效果看，我国装配式建筑标准化设计总体仍处于较低水平。无论是设计院还是生产企业，普遍缺乏基于制造、装配的设计理念，施工图方案设计阶段往往仅满足预制率和装配率要求，较少从预制构件生产制造和装配施工的角度综合考虑方案的合理性。在预制构件深化设计阶段，对不合理的拆分方案往往无能为力1。1.2 预制构件生产企业布局有关研究人员对2020年京津冀地区装配式混凝土预制构件厂开展布局优化研究2，针对京津冀地区装配式混凝土预制构件供大于求、生产预制构件企业总体水平较低等现状，基于GIS平台，考虑运输成本、供需求容量限制，构建京津冀地区混凝土预制构件厂布局优化模型，并求得最优解。依据2020年4月北京市住房和城乡建设委员会发布的北京装配式建筑部品生产企业排产信息，京津冀地区为北京市供应装配式建筑预制构件企业26家，生产基地39个，设计产能418万m3，其中北京市产能占比23.4%，京外产能占比76.6%，北京市的预制构件供应已主要由天津市和河北省企业完成。为实现京津冀地区装配式建筑产业“因地制宜，协同发展”，首先要根据实际情况，清晰划分3个区域各自的经济职能，防止产业转移对接出现梗阻甚至无序的现象，以形成平衡且有利于内涵集约发展的经济联动格局；其次，要根据合理的运输半径、各地区住宅产业化的需求量及住宅产业化上下游产业链发展现状，在满足需求的基础上避免产能过剩；三是在政府职能转变方面，三地均应摒弃高成本与低效率的治理模式，同时完善落实京津冀地区预制构件行业协议责任机制，清理并废除妨碍区域形成统一预制构件市场和公平竞争的各种规定和做法，切实做到平等互补、相辅相成。张晓琳中国建筑设计研究院有限公司国家住宅与居住环境工程技术研究中心工程师京津冀地区装配式钢结构住宅部品部件及接口标准化研究Standardization of Prefabricated Steel Structure Residence Part and Interface in Beijing-Tianjin-Hebei Urban Agglomeration张晓琳 ZHANG Xiaolin摘要京津冀地区在住宅产业化试点建设、政策支持力度等方面处于全国领先水平，同时存在市场供求关系失衡、标准化体系不完善等不足。在住房和城乡建设部“1+3”标准化设计和生产体系基础上，通过产业现状分析、工程调研、标准化设计技术研究、产业链协同管理研究，形成京津冀地区装配式钢结构住宅结构部件（梁板柱）、设备管线及装配式装修部品、接口的优选规格选型，推动既满足用户高品质使用需求、便于工厂规模化生产，又利于现场高效化装配的标准化技术、规模化产品应用，为促进装配式钢结构住宅项目综合成本节约、建造精度提高、建成品质提升提供可行的技术路径。关键词装配式；钢结构；住宅；标准化AbstractBeijing-Tianjin-Hebei Urban Agglomeration is leading the country in terms of residence industrialization pilot construction and policy support.However,there are also market supply and demand imbalance,stan-dardization system incomplete and other deficiencies.Based on“1+3”standardized design and production system of Ministry of Housing and Urban-Rural De-velopment,industry status,engineering,standardized design technology and industrial chain collaborative management are researched.And then,the optimal specification selection of prefabricated steel structure residence structural components(beam,plate and column),equipment pipeline,prefabricated deco-ration parts and interfaces in Beijing-Tianjin-Hebei Urban Agglomeration are obtained,which promote the large-scale application of standardized technolo-gies and products that meet the needs of high-quality use,facilitate large-scale production in factories and efficient on-site assembly,so as to provides a feasi-ble technical path for promoting comprehensive cost saving,construction accuracy improvement and con-struction quality improvement of prefabricated steel structure residential projects.Keywordsprefabricated;steel structure;residence;standardiza-tion0 引言目前，我国装配式建筑技术体系与产品发展日益成熟，相关标准规范也在持续完善，示范城市、产业基地、试点示范工程项目充分发挥了示范引领作用。但对标发达国家，我国装配式建筑的发展仍存在部分亟待解决的问题，其中标准化水平较低是突出问题。由于设计环节缺乏标准化和模数化理念指导，导致实际应用中不同规格尺寸的构件多，模具用量大，通用化生产水平低，生产、堆放、运输、安装等环节管理相对困难，生产效率低，模具摊销成本和人工成本高，未能发挥装配式建筑优势。为实现装配式建筑高质量绿色发展，京津冀地区相关产业需深入协同，如推进京津冀装配式建筑规划布局、政策法规、管理模式和技术标准统一，实现部品部件生产运输的统一管理，形成规模化、上下游高度集成的装配式建筑产业链等。本文基于住房和城乡建设部发布的装配式混凝土结构住宅主要构件尺寸指南住宅装配化装修主要部品部件尺寸指南钢结构住宅主要构件尺寸指南及装配式住宅设计选型标准，通过产业现状分析、实际工程调研、标准化设计技术及全产业链协同管理研究，形成京津冀地区装配式钢结构住宅部品部件及接口的优选规格选型。1 京津冀地区装配式住宅产业现状分析1.1 总体发展情况据住房和城乡建设部标准定额司统计数据，2021年，全国装配式预制混凝土、钢结构、木结构等相关构配件生产企业数量、生产线数量、设计产能、实际应用产能较2020年均有所提升。其中，装配式混凝土预制构件设计产能达2.4亿m3，较2020年提升16.5%，产能利用率为51.1%；装配式钢结构构件设计产能达7231万t，产能利用率为58.2%。京津冀地区预制构件生产企业在住宅产业化试点建设、政策支持力度、技术体系研发、生产线设备、环保意识与措施、企业信息1032023 No.42 京津冀地区装配式钢结构住宅项目调研本文对北京市2个装配式钢结构住宅项目部品部件的标准化情况进行调研。2.1 项目概况项目1包括4栋916层装配式钢结构住宅，总建筑面积31685.49m2。主体结构采用“钢管混凝土框架+组合钢板剪力墙或阻尼器”结构体系。楼盖采用钢筋桁架楼承板或预制混凝土叠合楼板，外墙采用预制混凝土外墙挂板、蒸压加气混凝土条板。项目2总建筑面积8.3万m2，最大层数24层。项目建筑系统采用标准化套型，模块化厨房、卫生间及交通核；结构系统采用“钢管混凝土框架+防屈曲钢板剪力墙”“组合钢板剪力墙+钢筋桁架楼承板”；围护系统采用“蒸压轻质砂加气混凝土条板+保温装饰一体板、轻骨料轻质混凝土板、陶粒复合板（浮石板）”；设备管线系统为工业化预制机电系统；内装系统为SI内装体系。2.2 钢柱项目1采用Q345B方钢管柱与圆钢管柱，共5种截面尺寸，包括45045016、45045036、40040025、40040020、40020。项目2钢柱采用Q345C耐候钢，均为方钢管柱，共7种截面尺寸，包括40040025、40040020、40040016、40040014、40040010、40040012、40040030。2.3 钢梁在项目1中，钢梁采用Q345B热轧H型钢，共38种截面尺寸，包括HN400200813、HN5002001016、HN6002001117、HN7003001324等。在项目2中，钢梁采用Q345C耐候H型钢，共20种截面尺寸，包括HM294200812、H4004001225、H5002001020、H6002001225、H7803001620等。2.4 楼板与墙板在项目1中，预制装配式混凝土外挂墙板尺寸为2900mm3100mm150mm（高宽厚）（见图1）；蒸压轻质加气混凝土墙板高度根据楼层高度设置，宽度均为600mm，厚度均为150mm（见图2）；钢筋桁架楼承板宽度均为600mm。在项目2中，钢筋桁架楼承板规格型号包括TD1-70、TD3-90、TD3-120、TD3-130、TD5-170共5种。3 标准化设计3.1 模数协调我国住宅产业发展的最终目标是实现通用住宅体系化，积极推行定型化生产、系列化配套、社会化供应的部件发展模式，模数协调是最根本的技术工作。模数网格法是我国常用的定位法，其采用尺寸线布置平面网格，分为单轴线定位法和双轴线定位法。单轴线定位法主要考虑结构构件的标准化、定型化生产与组装，缺点是空间净尺寸不符合模数，不同建筑材料的构件尺寸不同；双轴线定位法主要考虑室内空间，空间尺寸符合模数，但会由于结构形式、跨度不同，出现搁置长度变化、结构构件通用性降低等问题。建筑构件和模数网格线的关系通常可分为两种：中心线定位法，其模数网格线通过构件的中心确定，此种做法便于确定承重体系构件框架柱的准确位置；界面定位法，其模数网格线与构件的界面重合，使构件处于两条轴线之间，墙板间的净空符合模数网要求，即“净模”定位。钢结构住宅主要采用框架柱承重，轻质填充墙体填充的工业化住宅类型，为使结构柱与围护墙体最大程度地满足标准化设计要求，减少构件规格，应采用中心线与界面混合的定位方法取得经济高效的结果。具体模数数列选择如下。1）结构主体平面设计 考虑目前我国工厂生产的钢结构构件定尺长度及住宅设计习惯使用的3nM或6nM水平扩大模数数列，模数体系的水平扩大模数数列可采用“3aM+2bM”，要求ab，以3M为主，2M为辅。模数网格协调方面，结构主体采用中心线定位法。2）外围护结构平面设计 外围护墙板的规格尺寸是决定水平扩大模数数列时需重点考虑的内容。目前工业化生产的墙板材料宽度多为600mm，因此，钢结构住宅采用的扩大模数数列可适应目前我国工厂化生产的外围护墙板规格尺寸。钢结构住宅的围护体系要根据施工工艺、建筑构造、墙体的不同位置等进行定位。3）结构主体立面设计 钢结构住宅层高通常采用nM的基本模数，以100mm的层高差递增。因为工厂生产的外围护材料高度较为灵活，因此1M基本模数并不会影响外围护墙板的设计与施工。对于立面，饰面材料生产一般均可满足设计师的需求，立面饰面材料的尺寸划分不受限制。垂直方向上将nM作为竖向扩大模数数列。4）室内装修平面设计 目前，墙地砖、吊顶板等建材的长、宽普遍以300mm为起始，要避免或减少材料切割，同时考虑各功能空间净尺寸及相关国家、行业标准，室内平面设计的扩大模数数列可采用“3aM+2bM”，以3M为主，2M为辅，宜采用界面定位法和双轴线定位系统。3.2 全专业协同的标准化设计全专业协同的标准化设计可总结为标准化模块与标准化功能空间、标准化套型、标准化套型平面组合3个层级。住宅套型指标体系包括规划中的配建位置及适用楼栋形式、不同楼栋形式的建筑高度控制、楼栋总户数控制方法与电梯服务户数、套型设计指标。标准套型可按照“单居套型、小套型、中套型和大套型”4种类型核定标准化设计的技术经济指标，北京市公共租赁住房标准设计图集给出4类共11种标准套型，并从百余种标准套型组合方案中优选21种标准套型组合平面示例，如图3，4所示。在设计策略方面，建筑设计重点考虑自然通风、自然采光等；在结构设计方面，主要考虑大开间结构体系，增加套型变化的可能性等；在精细化设计及装修标准方面，应注重适应性，即套型设计需使空间具有分隔灵活性和改造可预制装配式混凝土外挂墙板蒸压轻质加气混凝土墙板12211042023 No.4板厚度、方（矩）形钢管壁厚可根据工程实际情况灵活调整。5.1.3 板1）叠合板预底板宽度宜取1200，1500，1800mm。2）叠合板厚度常用尺寸为130，140，150，160mm。3）叠合板主受力钢筋直径812mm、间距100，150，200mm；分布钢筋直径8mm，间距150，200mm；板边构造钢筋直径8mm；钢筋桁架主筋直径812mm；钢筋桁架腹杆钢筋直径6mm，间距200mm。5.2 设备管线与装配化装修部品5.2.1 装配式隔墙装配式隔墙优先尺寸、龙骨隔墙系统加固板优先尺寸及安装高度、装配式隔墙系统水电点位常用配置及安装高度符合住宅装配化装修主要部品部件尺寸指南有关规定。5.2.2 装配式地面采暖架空地面系统、非采暖架空地面系统优先尺寸符合住宅装配化装修主要部品部件尺寸指南有关规定。5.2.3 装配式吊顶系统1）石膏板吊顶优先尺寸 长2400，2700，3000mm，宽1200mm，厚9，12mm。2）金属板吊顶优先尺寸 金属单板长能性，结构设计应满足平面布局可灵活调整的需要，设备设施应便于维护、局部改造。例如无障碍改造应充分考虑老年人、残疾人的使用需求，其中卫生间、厨房空间需考虑轮椅的回转半径、安装扶手、消除高差、厨房灶具宜采用电灶。4 全产业链协同管理2021年11月，河北省住房和城乡建设厅印发河北省新型建筑工业化“十四五”规划（冀建节科20214号），科学谋划产业布局，适应京津冀协同发展纵深推进和雄安新区大规模建设新发展阶段，综合考虑部品部件运输和服务半径，引导产能合理布局，全面统筹科学谋划新型建筑工业化产业布局。王凯等3提出可将标准化过程嵌入装配式建筑绿色供应链供应关系网络，系统引导节点企业统一战略目标、提升资源合理配置、促使节能环保工作协调有序开展。江婷4认为装配式建筑供应链协同动力的影响程度排序为：利益导向政府助力建造特性市场推动资源驱动产业拉动。5 种类精简的部品部件及接口规格选型在住房和城乡建设部“1+3”标准化设计和生产体系基础上，结合本文对京津冀地区装配式钢结构住宅产业布局分析、工程调研、标准化设计研究等结论，给出京津冀地区装配式钢结构住宅部品部件及接口的优选规格选型。5.1 结构部件5.1.1 梁1）框架梁轴线长度为3300，3600，3900，4200，4500，4800mm；非框架梁轴线长度为2700，3000，3300，3600mm。2）框架梁常用热轧H型钢梁截面尺寸为H300150815、H300200815、H400200813、H4002001023、H4502001023、H5003001224、H6003001226；非框架梁常用热轧H型钢梁截面尺寸：H25015069、H30015069、H35015069、H400200821。其中热轧H型钢的翼缘和腹板厚度可根据工程实际情况灵活调整。5.1.2 柱柱常用的热轧H型钢截面尺寸如下：H3003001015、H3503501219、H4004001321、H4504501321。方（矩）形 钢 管 柱 常 用 型 钢 截 面 为25025010、30020010、30030012、40040012、45045014。其中热轧H型钢的翼缘和腹标准套型标准套型组合平面34341052023 No.4600，900，1200mm，宽300，600mm，厚0.6，0.8mm；金属复合板长2400，3000mm，宽1200，1500mm。5.2.4 集成式厨房1）橱柜优先尺寸 地柜台面高度（完成面）900mm，地柜深度600mm，辅助台面高度（完成面）900mm，辅助台面深度600mm，吊柜高度750mm、深度300mm。2）灶具柜外缘与燃气主管道水平距离应不小于300mm，左右外缘至墙面距离应不小于150mm。燃气热水器左右两侧应留200mm以上净空，正面应留600mm以上净空，燃气热水器与燃气灶具的水平净距不小于300mm。3）集成厨房优先组合尺寸 单排型长3000mm，宽1500mm；双排型长2700mm，宽2400mm。L形长2700mm，宽1500mm；U形长2700mm，宽2400mm。高度均不低于2200mm。5.2.5 装配式卫生间淋浴（盆浴）、如厕、洗漱型“三功能”卫生间长2200mm，宽1800mm。集成卫生间同层排水（坐便器后排水）复合石材地面预留安装尺寸不大于150mm。整体卫生间同层排水（坐便器后排水）复合石材防水底盘预留安装尺寸不小于130mm。5.2.6 整体收纳1）玄关收纳部品优先尺寸 鞋柜长900mm，深240mm，高900mm；衣帽柜长1200mm，深600mm，高2400mm；组合柜长1200mm，深600mm，高2400mm。2）起居室收纳部品优先尺寸 功能柜长1800mm，深450mm，高1800mm；书柜长1200mm，深350mm，高1800mm。3）卧室收纳部品优先尺寸 衣柜长1200mm，深600mm，高2400mm。5.3 设备接口空调、净水器、新风机等设备的接口符合住宅装配化装修主要部品部件尺寸指南有关规定。6 结语本文立足京津冀地区装配式住宅产业现状，通过对钢结构住宅项目的调研、标准化设计技术的研究、全产业链协同管理要求的解读，提出梁、板、柱的常用截面尺寸，装配式隔墙、装配式地面、装配式吊顶系统、集成式厨房、装配式卫生间、整体收纳的优先尺寸，以及设备接口的参照规定，为装配式钢结构住宅项目的实施及落地提供科学可行的参考。参考文献杨思忠.京津冀装配式建筑行业现状与发展建议 J.混凝土世界，2021（2）：22-28.代红梅.基于供需关系的京津冀地区装配式混凝土预制构件厂布局优化研究 D.北京：北京建筑大学，2020.王凯，徐瑞良.标准化视阈下装配式建筑绿色供应链运作逻辑研究 J.建筑经济，2020，41（8）：86-92.江婷.装配式建筑供应链协同机理及其绩效评价研究D.南昌：华东交通大学，2021.1234规划策略及10项细化规划路径，以为现代产业园的产城融合规划提供新思路。参考文献欧阳东，李和平，李林，等.产业园区产城融合发展路径与规划策略以中泰(崇左)产业园为例 J.规划师，2014，30（6）：25-31.林晨，墨琳，黄德嘉.老龄化背景下社区和居家适老化改造方法分析 J.城市住宅，2021，28(11)：26-28.2）打造一站式智慧云服务平台，策划智慧生活、智慧产业、智慧休闲、智慧科教和智慧交通五大智慧场景。以智慧交通环串联不同智慧场景，实现云端服务与产业园空间和功能的无缝衔接。3）以开发成本与产城迭代为导向，安排开发时序。近期围绕京九线，以产业与配套生活设施为主；中期联动老城建设生活区，产业园运营组织框架6阜南站产业客厅清水湾TBD京 九 线贺胜路路路路西河河南界老城区淮岗兴黄永方地京九路城大道集路发展服务业和加工园；远期完成产城迭代，发展高附加值企业园及配套设施。先行启动区谋划3大项目、18个项目包，明确开发主体，指导实施。5 结语创新解析产与城的核心关系，从产业、空间和运营着手，提出“一目标、三模式”12(上接第82页）