新型复合蜂巢板在钢结构住宅中的应用

王晓斌，凌静，杨冬升，汪继超，腾虎

（1.贵州师范大学 材料与建筑工程学院，贵州 贵阳 550001；2.贵州超亚纳米科技有限公司，贵州 贵阳 550008；3.深圳市物业国际建筑设计有限公司贵州分公司，贵州 贵阳 550007）

0 引言

随着社会的发展，相对于目前的住宅结构体系以砌体结构及现浇钢筋混凝土结构为主，装配式建筑是目前建筑行业转型发展的重要趋势[1-4]，它对建筑工业化的发展有举足轻重的作用。能够提高工业化生产效率并节约能源，对绿色建筑的发展亦有促进作用，并且能提高房屋安全可靠度[5]。与传统施工工艺相比，装配式建筑采用的是绿色施工，更能符合目前国家提倡节地、节能、节材等环境保护要求，能降低对环境的一些负面影响，减少材料浪费，遵循可持续发展的原则。而且，装配式建筑可以将全部工序拆成1个或者多个，并能按顺序地在工厂完成，从而能够减少现场的工程机械种类及数量，充分利用工序的停闲时间，实现交叉作业的最大化，提高生产效率，为绿色施工提供保障。

国家在城市规划建设管理工作中提出了若干条意见，其中一条即为：大力推广“装配式建筑”。装配建筑在上部结构可实现设计的标准化制作、工厂按照一定的模数统一化生产、现场根据总装配图整体装配施工。装配式住宅建筑目前一般用在结构墙板，墙板自承重，特别适用于农村住宅建设。因为这样能实现房屋生产的标准化、系列化、批量化，建造成本相对于之前的各家各户单栋房屋自行生产会有所降低。更重要的是，统一化生产可使房屋质量更有保障，对将来新农村大规模建设的拆迁重建能节约大量资源。由于房屋本身是规模化的，代建公司可以在建设地点处理好地基、基础，然后把构件从工厂运送到现场重新组装起来，费用相对较低。因此，装配式住宅建筑建设过程始于高效的现代工厂流水线技术。预制组件被运到现场并进行积木式结构架设。工作时间不会因为传统混凝土的固化时间或材料缺失而延迟，建筑时间可大幅度提前。本文主要介绍一种复合蜂巢板的装配式住宅，并对其中一层主要材料及费用进行分析。

1 工程概况

本工程试点项目位于贵阳市小河区，以其中一栋3层的住宅工程为例，本栋住宅总建筑面积为238.54 m2，无地下室，地上一层住宅层高3.3 m，二层、三层住宅层高均为3.0 m，采用的是坡屋面，建筑高度为11.10 m，工程耐火等级二级，屋面防水等级二级，设计使用年限50年，建筑及结构三维模型如图1所示。

图1 建筑及结构三维模型

2 结构体系及建筑主要材料

本工程采用装配式钢框架结构，项目所在地为6度抗震设防，抗震设防类别为丙类，钢框架抗震等级根据建筑抗震设计规范按非抗震设防考虑。装配式钢结构体系主要包括钢框架结构体系、围护体系，围护体系主要采用外墙板、内墙板，分别是：外墙采用60 mm复合蜂巢板+120 mm泡沫混凝土+60 mm复合蜂巢板，泡沫混凝土体积密度为200 kg/m3，内墙采用120mm厚复合蜂巢板。复合蜂巢板截面形状如图2所示，复合蜂巢板材的性能参数见表1。

图2 复合蜂巢板截面形状及尺寸

表1 复合蜂巢板材的性能参数

根据复合蜂巢板物理性能参数实测的性能参数来看，GB 50016—2014《建筑设计防火规范》中要求：耐火等级为三级非承重外墙、疏散走道两侧隔墙及房间隔墙应采用非燃烧体，其耐火极限其耐火极限均不应低于0.5 h，本工程的墙板为自承重结构，材料的耐火极限符合消防要求。传热系数及材料的抗弯破坏荷载等均符合GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》、GB/T 50152—2012《混凝土结构试验方法标准》所规定的要求。本次试点项目，复合蜂巢板仅用在结构墙板，墙板自承重。后期待制定相关标准、规范及主体结构的计算软件研发后，最终将实现无钢框架结构的复合蜂巢板完全装配式建筑。

3 预制装配式构件连接

预制装配式结构的节点详图设计是结构设计重要的一个环节[6-7]，由于本项目是试点工程，钢框架为主要的承重构件，考虑到连接方便，梁、柱截面形式均采用方钢管。梁柱间连接采取焊缝连接，连接节点如图3所示，试件的主要参数见表2。

图3 试点工程梁柱连接节点示意

表2 试件主要参数

钢框架结构系统中的复合蜂巢板仅起到围护与分割作用，不作为承重构件，自重全部通过连接节点传到钢框架上，复合蜂巢板与主钢架采用外挂式柔性连接，外墙板的连接件具有足够的延性和适当的转动能力，这种连接的优点在于：允许连接部位产生局部的变形，减少了墙板在水平及竖向荷载作用下墙板产生破坏的可能性，能更好地保护墙体并且对主体结构的刚度影响不大。

4 预制装配式建筑成本分析

一种新型建筑材料应用于一种结构体系时，除了大家关心的结构安全问题，其次就是住宅的造价问题。本试点项目（建筑面积为238.54 m2）的装配式住宅主要材料费用分析见表3。

表3 装配式住宅主要材料及费用分析（单层）

从表3数据来看，钢结构住宅房屋的直接土建工程造价一般略高于传统住宅房屋[8]，主要原因是钢材的价格较普通混凝土的成本高、专业的人工成本费也相对较高。但从综合成本考虑，钢结构住宅房屋具有一定的经济效益，主要体现在：

（1）钢结构各构件基本是在工厂预制、现场安装，大量的工序由车间加工完成，其中构件的种类主要有：外墙板、内墙板、楼板、屋面板、门窗边板、楼板等。和传统建筑施工工序相比，结构的施工周期较短，不需要大量的支模、浇筑混凝土、养护、拆模等工序，现场装配，现场现浇工序大大减少，施工人员相对减少。

（2）采用建筑、装修全过程设计、施工，主体结构施工完成后装修几乎同步完成，在设计过程中还可以由专门的设计院出多种不同造价成本装配式住宅方案，供不同需求的人群选择。

（3）可根据标准化的构件进行设计，各厂家采用相同的技术标准，标准化程度越高，相应的构件成本也会下降，整个装配式建筑造价成本会降低，从而会越来越被人们所接受。

5 结语

（1）装配式住宅根据业主方的需求可以区分不同的档次，由各地住建和土地管理部门统一规划，结合各地的城市规划要求及特点，请专门的设计院设计多种不同造价的“装配式住宅方案”，供不同需求的人群自行选择，甚至可以成立专门的代建公司来运作。代建公司根据设计图纸的要求在工厂预先生产好房屋所需构件，在房屋建设地点做好基础，构件运到现场进行装配即可。

（2）装配式钢结构住宅提倡设计、施工、装修一体化，在装修完后直接交付业主方使用，是一种提高建筑业生产效率的有效策略。本项目采用的复合蜂巢板，采用一板到底的创新理念，通过挤出成型实现内外墙一体成型，其强度达到30 MPa以上，同时预留接口实现快速装配，在传统建筑市场方面以“一板”替代现有的外墙材料、外墙墙面材料、内墙材料、内墙墙面材料、楼板材料、屋面材料，一板建房。墙板的颜色可根据业主方的需求采用丰富多彩的饰面，是一种性价比较高的外墙板。

（3）与传统建筑相比，装配式钢结构建筑强调标准化设计及工厂化生产的紧密性。本项目在完成建筑设计图纸后交付工厂进行流水线生产。工厂的生产全部是高度的一体化，产品运输到现场直接安装，最大化地缩短建设周期。