装配式建筑在军民融合工程中的应用分析_郭振勇.pdf

HOUSING AND REAL ESTATE住宅与房地产45文/Article 郭振勇 靳 鹏装配式建筑在军民融合工程中的应用分析摘要：装配式建筑是近年发展最快的一种施工项目，且越来越常见，是建筑业的变革与创新的主要方向。相比于传统建筑施工，装配式建筑施工更加安全高效，对建筑质量有更高要求。基于此，文章结合某地区军民融合项目，对装配式建筑在军民融合项目中的具体应用进行深入研究，以此为大力推广装配式建筑做技术准备。关键词：装配式结构；建筑项目；综合管廊；军民融合项目；高寒高海拔地区2019 年，军委后勤保障部就全军军事设施建设项目推广应用装配式建筑作出部署，提出要充分发挥国家建筑行业技术和产业优势，推进军事设施建设技术和管理模式革新，提高军事设施建设综合保障能力，推进军事设施建设转型发展。文章以某地区军民融合项目为例，发包清单中的项目遍布漫长的边境线，所在地理位置的地质条件特殊，有高原、高寒、高海拔的“三高”特点，自然环境恶劣，昼夜温差大、多风干燥；在高原地区进行工程建设时，全年可用时间不足 8 个月，施工时间短促，难以提高施工质量，管理成本不易控制；高原施工时的技术设备少，基于气候的原因，设备损耗大，维修保养成本高。装配式建筑具有施工速度快、受天气影响小的特点，应用装配式建筑的这些优势，可以弥补高原等偏远地区营房施工难的问题。1 装配式建筑概述目前的装配式建筑可以分为装配式主体结构和装配式内装部品两大部分，其中装配式主体结构包括装配式钢结构、装配式预制混凝土结构和装配式木结构三种主要的结构技术体系。建筑钢结构天然就是符合装配式建筑特点的结构形式。钢结构建筑的结构构件完全是在工厂完成加工，后在现场拼装，由此完成结构施工。装配式钢结构比钢筋混凝土结构建筑的环境污染少、抗震能力强、更有利于工业化等特点。目前在我国大陆地区广泛采用的钢结构建筑结构主要有：钢-混凝土混合结构、大跨度空间结构、门式刚架结构、钢结构厂房排架结构和轻型冷弯薄壁型钢结构等。此项目主要应用的钢结构体系有门式刚架轻型房屋钢结构体系、多层钢框架结构体系、大跨空间网格结构、叠箱模块式集成房屋体系等。2 装配式建筑在军民融合建设中的具体应用笔者所在单位承建的多个整体建设项目，除个别项目外，均位于 3000m 以上的高寒高海拔地区。军事工程和高原环境施工难点较多，结合装配式建筑装配率不低于 40%，装配式建筑面积不低于 20%的要求，基于设计团队对钢结构装配式的研究成果，某地区军民融合项目的车库、物资库、修理工间均采用门式刚架钢结构装配式建筑，食堂、宿舍、办公楼采用钢框架结构，文体中心、综合训练馆、加油站等采用大跨空间网格结构。2.1 门式刚架装配式结构门式刚架轻钢结构是采用根据构件受力大小而变截面的工字形梁、柱组成框架在平面内受力，框架在平面外以支撑、檩条和墙梁等相连接受力的结构体系。因其住宅与房地产HOUSING AND REAL ESTATE46THEORY RESEARCH理论 研究能够有效利用材料，构件尺寸小、重量轻、工业化程度高，可以在工厂批量生产，工地连接采用高强度螺栓连接，因而施工简便迅速、土建施工量小、施工周期短、质量易于控制。门式刚架结构为平面结构体系，由边柱与斜梁采用刚接（或近似刚接）方式组成，一般情况下，柱底宜为铰接，尤其是在软土地基上建造厂房时。当有较大吊车、局部夹层或檐口高度较高时，则宜为刚接；中柱与斜梁可以刚接（或近似刚接）也可铰接，承载有吊车的中柱与屋面梁应采用刚接。垂直于门式刚架的方向应布置屋面的横向水平支撑和柱间支撑，构成桁架式结构体系，与平面门式刚架共同组成空间稳定结构体系。支撑体系宜采用交叉支撑较为经济，当柱间支撑不能采用交叉支撑时，可采用梁-柱组成门式支撑。库房一般为车库或物资库，采用门式刚架结构，柱间支撑采用门式支撑或交叉支撑，屋面采用圆钢交叉支撑。墙面采用简支单 C 或双 C 墙梁，大门洞、门梁、门柱采用薄壁冷弯矩形钢管，屋面采用连续 Z 型檩条。大门洞众多，初设概算切勿遗漏门梁门柱工程量，此部分用钢量能占到整个墙面檩条的 50%以上。设计过程中，需向给排水专业确认库房是否设置消防喷淋系统，向暖通专业确认是否有管线需要檩条吊挂。2.2 钢框架装配式结构钢框架结构，可分为无支撑框架和有支撑框架两种形式。无支撑框架指沿纵横两个方向均由框架作为承担竖向荷载和抵抗水平抗侧力的主要构件组成的结构体系，框架的梁柱一般采用刚性连接。有支撑框架一般是指框架作为承担竖向荷载构件，支撑作为抵抗水平抗侧力构件的结构体系。无支撑框架一般适用于 6 层以下结构，有支撑框架一般适用于 7 12 层结构。此工程建设项目一般不超过 5 层，故采用无支撑的纯框架体系。装配式钢框架结构的预制构件主要包括钢梁、钢柱、外墙、内墙、楼梯等，楼板采用的是开口板、闭口板或钢筋桁架楼承组合板，除了混凝土楼屋面板面层需现场湿作业，其余均为干作业，装配化程度高。目前适用于钢框架结构且能够达到建筑围护结构保温隔热、防渗隔声要求的板材类墙体主要有 ALC 板、GRC 板、钢丝网架水泥聚苯乙烯夹芯板、无机集料阻燃木塑复合墙板、纤维增强水泥挤出成型中空墙板等。设计中钢框架建筑的平面尽可能采用方形、矩形等对称简单的规则平面，考虑到外墙板设计应少规格、多组合以减少墙板模具的费用，以及钢构件本身的通用性和互换性，建筑户型平面尺寸布置应尽量以统一的建筑模数为基础，形成标准的建筑模块。2.3 大跨空间网格结构装配式结构空间网格结构是将多根杆件按照某种有规律的几何图形，通过螺栓球、焊接球、相贯、钢板等节点连接成的一种网格状的三维杆系结构。分析时，可根据结构形式简化为铰接或刚接的结构计算模型。空间网格结构的外形有平板形、折线形和曲线形。空间网格结构的应用范围非常宽广，包括体育场馆、展览馆、大型商场、火车站房、飞机库、工厂车间、干煤棚、会展中心等各类大、中、小跨度公共建筑和工业建筑；在楼层结构、墙体结构、桥梁结构、装饰建筑和建筑小品中也有所应用。在此工程中，文体用房、机库、加油站、游泳馆等工程中广泛采用空间网格体系中的网架结构。在设计中需要注意，檩条的布置应结合屋面排水方式，次檩的布置方向应平行于屋面的排水方向。屋面主檩与支托的连接建议采用螺栓连接，从而释放温度应力。网架设计中应人为归并杆件截面的种类和球径的种类，便于施工。网架支座的抗剪键不建议采用方管，否则会影响混凝土浇筑的密实性。2.4 箱式模块组合房屋装配式结构箱式模块组合房屋是指具有建筑使用功能的钢结构箱式集成建筑单元，建筑单元各构件在工程预制完成，运输到施工现场后可以采用简单工具人工拼装完成。箱体结构一般采用镀锌薄壁钢构件，墙面和屋面保温采用不燃岩棉保温板，室内装修、电气、淋浴、排风配套设备可以按照需要在加工厂预制完成，现场组装完成。箱式模块组合房屋为采用模块化设计、工厂化制作、打包式运输、现场模块化组装的轻钢模块房屋，该类型房屋适用于层数在 3 层及 3 层以下的民用建筑，适用年限可达 20 年。箱房结构装配率高，重量轻，对基础要求低，可以直接采用现有硬化道路、广场等地方搭建；可快速拆装，HOUSING AND REAL ESTATE住宅与房地产47多次周转，几乎无建筑垃圾，办公、宿舍、餐厅、晾衣间、活动室、会议室、洗浴室、娱乐室任意拼装，具有预制化、灵活性、节能环保等特点。在此工程中，箱式模块组合房屋装配式结构主要应用在应急医院及快速部署野战宿营工程（见图 1、图 2）。的重要基础设施和“生命线”，以实现地下空间的综合利用和资源共享。综合管廊改变了之前各种市政管线各自建设、各自管理的混乱局面。一般管廊覆土较薄，可采用开槽法施工，施工现场湿作业时间长、工作量大、混凝土养护时间长。受工地现场条件限制，时间周期长，且雨天、北方地区冬季无法施工，而大多数地区冬休时间为 12 月至次年 3 月，时间过长。现浇施工需留支模空间，土方量增大，对周边环境破坏力较大，也不利于生态环境的保护，故建议采用装配式混凝土综合管廊。装配式混凝土综合管廊在工厂分节段浇筑成型，保证预制件质量和批量化生产，现场拼装施工可大幅度提高生产效率和降低建设成本，预制管节拼接缝处通过螺栓或预应力钢筋等连接方式进行拼装形成刚性整体。装配式综合管廊由若干预制管节装配而成，每个预制管节由顶板、两侧板和底板围成，其中顶板和侧板预制，底板预制或者现浇，相邻各预制管节拼接缝处设置有防水带，所述顶板和侧板之间通过各自预埋的钢筋结构件及对应钢筋结构件处的混凝土现浇带形成刚性整体。3 结束语装配式建筑技术作为新兴的建造方法，颠覆了原有的现场浇筑施工方式。当前，虽然已有工程项目在具体实施中，结合已有研究成果、生产和施工条件，以钢结构装配式为重点，进行了一定程度的设计实践，但当前装配式建筑的设计、构件加工运输、施工组织、管理等方面均有待提高。因此，相关研究人员应加强装配式建筑技术的深入研究，充分发挥该技术的优势作用，以此推动新军事变革下军事设施建设的长远发展。（作者单位：中铁工程设计咨询集团有限公司）参考文献1 石磊.模块化集装箱式钢结构建筑在军营建设中的应用研究探讨 D.太原:太原理工大学,2017.2 中国建筑标准设计研究院.装配式建筑系列标准应用实施指南:钢结构建筑 M.北京:中国计划出版社,2016:1-6.3 牟连宝.集成箱式房屋设计 M.北京:中国水利水电出版社,2019:1-10.4 严涛,吴委林,周冲,等.装配式综合管廊钢筋环扣连接节点抗弯性能研究 J.建筑结构,2021,51(16):29-34,63.5 程亚茹,郑生钦,刘金花.装配式建筑发展制约因素分析 J.山东建筑大学学报,2021,36(6):54-61.图 1 某野战宿营地工程外观图 2 某野战宿营地工程阳光棚2.5 装配式混凝土综合管廊综合管廊是指在城市道路下面建造一个共享隧道空间，将电力、通信、热力、给水、燃气等多种工程管线集中在一体，实行“统一规划、统一建设、统一管理”，地上附着物为出装口及通风口等设施，是保障城市运行