装配式钢结构学校建筑工期的优化.pdf

158420238BuildingConstruction-STRUCTUREONSIRUCTION结施构装配式钢结构学校建筑工期的优化于宗让陈杰韩国定陕西建工机械施工集团有限公司陕西西安710032摘要：结合工程实际，对装配式钢结构学校建筑的特点进行了总结，并对装配式钢结构学校建筑的工期优化措施进行了研究，提出了装配式钢结构学校建筑应用的可行建议，以期为类似工程提供参考。关键词：装配式钢结构；学校建筑；工期优化；施工工艺中图分类号：TU758文献标志码：A文章编号：1 0 0 4-1 0 0 1(2 0 2 3)0 8-1 5 8 4-0 3DOl:10.14144/ki.jzsg.2023.08.025OptimizationofConstructionPeriodforPrefabricated Steel StructureSchool BuildingsYU ZongrangCHENJie HANGuodingSCEGC Mechanized Construction Group Co.,Ltd.,Xian 710032,Shaanxi,ChinaAbstract:Based on engineering practice,the characteristics of prefabricated steel structure school buildings aresummarized,and the optimization measures for the construction period of prefabricated steel structure school buildingsare studied.The feasible suggestions for the application of prefabricated steel structure school buildings are proposed.Itis expected to provide reference for similar projects.Keywords:prefabricated steel structure;school buildings;optimization of construction period;construction technology信息化和数字化是当今世界各个行业发展的必然趋势，随着施工技术的快速发展和建筑产业的转型升级，传统的劳动密集型建筑生产方式逐渐被淘汰，取而代之的是以绿色发展为理念，并结合现代科学技术，实现工业化生产的装配式结构。而自2 0 1 5 年以来，我国也多次出台装配式建筑规划相关政策，并指出要大力发展钢结构和装配式建筑，提高建筑工程标准和质量。装配式钢结构学校建筑是指以钢结构为主体结构的学校建筑，通过工厂下料加工钢构件，以及在施工现场进行拼接和组装而成。这种学校建筑具有结构强度高、材料延性好、荷载自重轻、加工和建造过程工业化程度高等优点。与传统混凝土结构相比，钢结构学校建筑通过装配化施工，可大量减少现场混凝土用量、施工用水量以及建筑木材量，大大减少建筑垃圾及污水排放，同时钢结构又是可重复利用的绿色环保材料，因此采用以装配式钢结构为主体的学校建筑，符合推广绿色建筑的发展方向 2 。1项目概况陕西西咸新区北营学校项目占地面积约4 5 5 6 8 m，作者简介：于宗让（1 9 7 4 一），男，硕士，高级工程师。通信地址：陕西省西安市新城区金花北路4 0 6 号1 3 楼(710032)。电子邮箱：1 6 8 2 9 0 3 6 8 6 8 1 6 收稿日期：2 0 2 3-0 5-2 7总建筑面积6 0 2 9 2 m。其中，一期小学部建筑总面积共3 2 7 1 3 m，地下部分面积1 2 0 8 8 m，地上建筑面积20625m，由2 栋主教学楼、1 栋实验楼、2 栋连廊、1 栋合用报告厅、1 栋风雨操场等单体建筑组成，建筑高度为17.85m。二期初中部地下建筑面积7 3 9 1 m，地上建筑面积2 0 1 9 6 m，由2 栋主教学楼、1 栋实验楼、1 栋综合办公楼、1 栋艺术楼及1 栋连廊等单体建筑组成，地下1 层，地上5层，建筑高度为2 1.9 5 m。一、二期所有单体均采用钢框架结构，钢结构总量约6 0 0 0 t，楼板主要采用免支模压型钢板及钢筋桁架楼承板，围护结构主要采用ALC加气混凝土条板；建筑抗震设防烈度为8 度，抗震等级为二级，耐火等级为地下一级地上二级。项目总平面如图1 所示。1能源路1一一初中A栋教学1小学D栋教学楼18层住丰随班楼学前广场连廊合用6层住宅初中B栋教学楼报告厅小学E栋教学楼6层住宅初中实验楼学实验楼连廊6层住宅艺术楼拿用风操场雨操场-路6层住宅TE层住宅合用教师办公楼+一6层住宅1图1北营学校总平面示意建筑施工第4 5 卷第8 期1585于宗让、陈杰、韩国定：装配式钢结构学校建筑工期的优化2钢结构学校建筑特点国家标准 3 对中小学校建设面积指标、班额人数和教室布置作出了详细规定。其中普通教室最后一排课桌的后沿与前方黑板的水平距离应符合小学不宜大于8 m，中学不宜大于9 m的要求。基于相应设计规范要求，北营学校项目普通教室尺寸为长9 m，宽8 m，小学部普通教室设置4 5 个座位，中学部普通教室设置5 0 个座位，如图2 所示。因此，针对学校类建筑，采用装配式钢结构模数化的生产和建造方式，更利于实现建筑设计的标准化和尺寸的统一化。走廊教室串陆出教室串串教室出串教室串教室脂脂出教室韩脂皆出口900090009000900090009000图2北营学校普通教室平面示意对于中小学校园建筑，结构形式基本采用的是框架结构，且框架柱的截面大多为矩形截面。尺寸根据楼层和荷载不同，若采用混凝土结构，则一般在5 0 0 mm500mm至800mm800mm之间；而由于钢结构强度高、延性好、自重轻等优势，因此截面尺寸可缩小在3 0 0 mm300mm至450mm450mm之间。柱子截面尺寸的减小可增加学校建筑室内实际使用面积。学校建筑属于抗震重点设防类别，采用钢框架结构抗震性能更好。并且由于其质量轻、延性好的特点，地震作用可减少2 0%3 0%，同时灾后容易修复 4 。此外，学校建筑设计中的大门（图3）、大跨度连廊、风雨操场、报告厅等主体结构，采用钢结构能够更好地实现大跨度，且相比混凝土结构，在工期上不需要考虑大跨度混凝土模板支撑架的搭设及养护龄期。初中部48300图3北营学校初中部大门立面示意3钢结构学校建筑工期优化措施近年来城市快速发展导致学位压力严峻，对于工程体量较大的学校应急民生工程，如何优化项目管理模式及工艺，提高施工效率，是目前待解决的问题。西咸新区北营学校项目通过EPC总承包管理模式，有效克服了设计、采购、施工相互制约和脱节的矛盾，使施工设计、前期投资、物资准备等全链条同时进行。施工工艺上采用装配式主体钢结构及装配式围护结构墙板，建筑装配率达到76%，现场和工厂同时施工，大大减少现场建设时间。3.1EPC总承包管理2016年住房城乡建设部出台的关于进一步推进工程总承包发展的若干意见 5 中明确提出：大力推进工程总承包，有利于提升项目可行性研究和初步设计深度，实现设计、采购、施工等各阶段工作的深度融合，进而提高工程建设水平。EPC总承包管理模式可根据现场经验倒推设计做法，有效减少前期设计过程中的图纸问题，也减少了施工过程中的协调。在管理过程中，对各专业设计的错漏碰缺及时归集整理，出现问题时责任明确，且承包方更容易对整个工程进行把控，减少了由于沟通或信息差造成的设计变更或返工，可有效缩短建设工期，有效地实现建设项目的进度、成本和质量控制。3.2装配式钢框架结构学校类建筑属于重点民生工程，采用钢结构相较于传统混凝土结构抗震性能更加优越。一般中小学建筑高度属于多层建筑，适应的钢结构体系主要有2 种：纯框架体系及钢框架十内灌混凝土，部分设计中有型钢混凝土框架结构。西咸新区北营学校项目所有单体均采用装配式钢框架结构（部分钢柱内灌C35混凝土）。运用Tekla软件对主体钢结构进行深化设计，然后采用工厂化加工，现场化装配的方式施工。每栋教学楼主体钢结构安装工期2 0 d，其中钢柱吊装4 d，钢梁安装8 d，钢结构焊接6 d，钢梁安装过程中进行楼板穿插施工，每层楼板压型钢板铺设及钢筋绑扎工期为2 d，平均每栋教学楼单体主体结构施工周期相较于传统混凝土建筑可减少约1/3。连接方式上，一节柱与二节柱之间采用对接焊缝连接，框架梁柱主节点采用栓焊连接，主梁及次梁采用高强螺栓连接。针对报告厅及风雨操场等单体建筑，首层采用钢框架结构，二层大会议室或运动场采用门钢结构或网架结构，既可实现大跨度及大空间，又能优化工期，加快现场建造速度。3.3可拆卸钢筋桁架楼承板、压型钢板随着装配式钢结构的快速发展，传统现浇混凝土楼板施工跟不上钢结构拼装速度。同时现浇板的施工仍需大量模板和脚手架，偏离钢结构建筑现场绿色文明施工的管理要求。因此学校类钢结构建筑楼板可选择无支架搭设的压型钢板或可拆卸钢筋桁架楼承板。西咸新区规划建设品质标准中明确班级活动室和寝室净层高不得低于3.0 m，教室净层高不得小于3.2 m。根据教室的使用功能及净层高要求选择楼板类型，北营学校项目采用压型钢板组合楼板及钢筋桁架组合楼板，但前者需做吊顶处理，后者则免吊顶施工，可避免因吊顶问题影响建筑净高。这2 种楼板在工厂预制成品，现场免模板支架安装，且与主体钢结构结合施工便捷，可实现立体交叉作业，大大缩短施工周期。钢梁安装过程中进行穿插楼承板的裁切及铺设。楼承板与钢梁采用焊钉连接，并依据板跨及梁宽选择焊钉尺寸和焊接的排数。楼承板铺设完成后对外围进行封边，最后进行钢筋绑扎、楼板线管预埋及混凝土浇筑。158620238Building Construction于宗让、陈杰、韩国定：装配式钢结构学校建筑工期的优化3.4ALC蒸压加气混凝土墙板随着“墙改”的实施，我国近3 0 年来，已从实心黏土砖向空心砖及其他各种轻质、多功能新型墙体材料转变，这些新材料也更能适应钢结构主体(6 。北营学校项目围护结构外墙体采用ALC蒸压加气混凝土墙板。ALC蒸压加气混凝土墙板具有高强轻质、保温隔热、耐火抗震、隔声吸声等特点。采用机械化安装可大大减少人力、物力投入，并且这种材料具有免抹灰特性，可有效缩短建设工期 7 。从建筑节能角度出发，由于ALC墙板的保温隔热功能，可采用经设计验算满足节能要求厚度的墙体，再由工厂定制加工生产，减少现场外立面保温施工工序，进而提高工程建设速度。北营学校项目ALC板材采用轻质墙板安装机机械安装。先对楼板基层进行清理放线，然后使用安装机将楼内板材水平运输至相应安装位置。ALC墙板安装前，在已拼装完成的板材侧面板缝处竖向涂抹专用黏结剂。黏结剂涂抹好后，调整墙板安装角度，使之与前一块板材形成拼接。将墙板安装至指定位置后，采用机械侧面挤压墙板，至板缝处砂浆呈挤出状态，墙板底部采用锥形木楔支撑，然后将底部管卡射钉打入建筑楼板中，顶部采用U形卡固定，最后松开机械臂撤走墙板安装机械，并对底部缝隙用专用砂浆填补，待砂浆结硬后抽走木楔。3.5轻钢龙骨复合墙体轻钢龙骨复合墙板采用镀锌轻钢龙骨作为承重体系，并融合保温装饰一体板技术一次成形。相比传统的混凝土或砌体墙，具有延性好，自重轻，抗震性能好等特点，且工厂化程度高，现场安拆便捷，目前已广泛应用于外墙围护和内墙隔断。现场安装主要采用干法作业，环保节能，有效改善现场施工环境 8 ；北营学校项目教室走廊部分内隔墙体采用轻钢龙骨复合墙体，在安装前将强弱电管线预埋在墙体内，避免传统施工中的墙面开槽，且方便实现强弱电管线分离，减少专业之间工序交叉造成返工。轻钢龙骨复合墙体由沿墙、顶、地龙骨，竖向龙骨，加强龙骨和横撑龙骨以及配件所组成。其装配式化作业的施工步序包含：测量放线，固定沿墙、顶、地龙骨，装配龙骨架、铺贴石膏板以及饰面处理等。4结语我国已有很多学校类建筑采用装配式钢框架结构，并且在一些方面也取得了相应的成果和进展。但目前装配式钢结构建筑还存在诸多问题，主要体现在3 个方面。1）围护体系成熟度低，主体钢结构结构与围护体系不配套，“三板”问题突出，尤其是墙板与钢结构骨架的协调配合，如何避免外墙开裂、渗水等质量通病以及连接节点处的抗震性能如何保证 9。2）构件及部品标准化程度低，同时未能较好拓展应用建筑信息模型技术，尽管建筑信息模型技术可以把装配式建筑的设计、构件的预制及施工组装集合在一起，很好地实现装配式建筑全过程的一体化集成，但对多系统的整合及建筑信息模型技术的普及推广仍需要一定时间。3）目前造价偏高，由于装配式化生产和施工产业链不够成熟，根据大量实际工程案例成本测算，现阶段装配式钢结构学校建筑与传统混凝土建筑的综合成本基本持平。目前国内设计单位大多数较少涉及钢结构学校建筑的设计，对于学校建筑标准化和模数化的设计方法更是不甚了解，仍旧按照传统的方法进行设计，影响了预制装配式钢结构学校建筑的推广。因此，加强从业人员在钢结构设计和施工等方面的业务能力，从而更快更好地促进稳步发展推广装配式钢结构在学校建筑中的应用。通过标准化设计、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，促进现代化学校建筑转型升级。建筑信息模型技术是以三维数字技术为基础，集成建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型。其提供了一种交互式的预制装配式住宅虚拟设计平台，可针对每个预制构件，建立构件信息化系统，为实现钢结构学校类建筑产业化提供智慧建造技术。通过建筑信息模型技术与装配化施工相结合，提升项目建造能力，同时有效降低能耗，节省材料以及优化工期。参考文献1】秦迪,陈进宝.我国装配式钢结构建筑的发展及现状研究 1 .智能城市,2 0 1 7,3(1 1):1 9-2 1.2赤郝际平，孙晓岭,薛强，等.绿色装配式钢结构建筑体系研究与应用.工程力学,2 0 1 7,3 4(1):1-1 3.3】中华人民共和国住房和城乡建设部.中小学校设计规范：GB500992011S.北京：中国建筑工业出版社,2 0 1 2.4刘辉,薛建阳,赵鸿铁,等.混凝土框架-抗震墙与钢框架小高层住宅结构的对比分析 C/中国建筑学会建筑结构分会第九届混凝土结构基本理论和工程应用学术会议论文集，西安：中国建筑学会，2006.5关于进一步推进工程总承包发展的若干意见 .中国勘察设计，2016(6):18-21.6 张张爱林，胡婷婷，刘学春.装配式钢结构住宅配套外墙分类及对比分析 J.工业建筑,2 0 1 4,4 4(8):7-9.7】牛培栋,丁亮,谭斌,等.ALC墙板的施工技术研究 1 .青岛理工大学学报,2 0 1 1,3 2(6):1 2 9-1 3 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