装配式钢结构住宅在大型房产项目中的应用实操与思考

发表于:2019-11-27 18:36:43    来源:铁木辛柯

       各位领导、各位嘉宾下午好!我今天给大家汇报的题目是装配式钢结构住宅在大型房产项目中的应用实操与思考。

       钢结构住宅在国内的应用已有20余年的历史了。基于我国历年钢产量情况以及国内建筑行业的发展进程,钢结构虽然在公共建筑中得到广泛的应用,尤其在超高层、大型空间结构中得到广泛的关注,但在住宅中的应用一直处于初级发展阶段。近20年钢结构中的工程应用,多集中在政府支持的经适房、人才房、保障房等项目中,一些企业自主研发的产品也在多在自己开发的项目中应用,汶川地震后在川滇地区有一些抗震救灾安置等项目中应用钢结构住宅。这些应用范围比较有限,大多项目是一幢楼在尝试,偶有一些面积较大的项目,也是钢结构企业在全程主导,房地产企业、设计院等参与的不多。

近20年国内钢结构住宅的一些应用案例

       钢结构住宅在大型房产项目中的应用,是近几年的事情。2016年5月,绿地在四川峨眉雲中花嶺项目中建设了16幢高层旅游度假地产项目,采用钢结构住宅体系,建筑面积7.5万平方;2016年6月,绿城在杭州柳岸晓风项目中应用3幢26层高层住宅,建筑高度80米,1个月完成13层;之后,绿城又在桂语江南3幢23层住宅、凤起潮鸣住宅项目中应用钢结构,开创了房地产开发商在高端地产项目中应用钢结构住宅的先河。

绿地·雲中花嶺项目

绿城·柳岸晓风项目

绿城·桂语江南项目

绿城·凤起潮鸣项目

蓝城·郡安里别墅项目

2017年10月,蓝城在德清莫干山郡安里别墅项目中应用钢结构住宅,方便山地建筑的施工;2018年3月,龙湖地产在紫金上城(紫荆天街)项目中应用钢结构住宅,总建筑面积18万平方米,由5幢公寓住宅与2幢商业组成,公寓建筑高度96米;2018年3月,杭州首开东城金茂府项目中,在3幢高层住宅项目中应用钢结构;2018年9月,杭房在大江东悦东方项目中,3幢94米高层住宅采用钢结构建造;2018年10月,东航置业金叶苑3#地块项目约8万平米住宅应用钢结构;2019年9月,复星旅文FOLIDAY太仓南站地块34万平方米钢结构住宅开始钢结构的安装施工,2019年11月,海南绿城陵水清水湾9万平方米钢结构住宅项目钢结构进场安装。

龙湖·紫金上城(紫荆天街)项目

东城首开金茂府

杭房·悦东方项目

东航置业·金叶苑项目

复星旅文·FOLIDAY太仓南站地块项目

绿城·陵水清水湾(香樟苑、紫荆苑)项目

       可以看出,钢结构住宅在房产商尤其是大型房企的项目中应用越来越多,而且单个项目中,钢结构的应用面积越来越大。开始是一幢、两幢的尝试,越来越多的项目是整个小区全部采用钢结构的建造方式。

       大型房产项目选用钢结构住宅,主要原因是十八大党中央提出了生态文明建设的战略部署,国家近些年在大力推广装配式建筑以及工业化的建造方式。从各地出台的政策可以看出,在土地出让环节就明确了装配率的指标,房企在拿地过程中需要考虑装配式的建造方式。装配率在20%的时候,房企可以采用预制混凝土的建造方式,当装配率达到50%时,经过比选,钢结构住宅的施工速度快、结构安全度高、抗震性能好、装配率高等优势越来越明显,成了大型房企住宅项目的首选。


各地出台的土地出让政策要求

       在大型房企的钢结构住宅项目应用过程中,铁木辛柯有幸参与了多数项目的设计、全过程咨询等工作,对钢结构住宅在房产项目中的实际操作流程有较为清晰的了解,本次报告按项目的实施顺序,分为项目前期建设单位的关注点、设计阶段的主要问题、施工阶段的主要控制点、目前存在的问题及未来发展的思考等四部分内容,简要介绍钢结构住宅在大型房企项目中应用的实际操作及注意要点。

一、项目前期建设单位的关注点

       在项目的土地出让阶段,政府已经规定了项目的工业化建造要求。这个时期建设单位就会对项目的具体实施方式做针对性的调查研究,会综合比选采用什么样的建造方式。铁木辛柯接待过国内大多数知名房产建设单位,也了解到建设单位对钢结构住宅的关注点在哪里。一般情况下,建设单位首先会调研钢结构住宅到底应用的怎么样?主要从以下几个方面了解:

一是钢结构住宅的应用效果。

       建设单位比较关注钢结构住宅建成后的实际效果,从外墙、内装、抗裂、防水防渗漏、保温、隔声、凸梁凸柱、舒适度等,建设单位会全方面的与现浇混凝土建筑进行对比,看钢结构住宅的成型效果到底有哪些不一样。一般都是去已经建好的住宅或正在施工的住宅现场去实地考察调研,去看问题、找不同。


       二是详细了解钢结构住宅的技术现状和目前存在的问题。

       建设单位会详细的了解钢结构住宅的组成、特点、优势与缺点等,了解钢结构住宅的设计技术、加工技术、施工技术等,了解结构体系的选择、部品部件的选择、防腐防火做法、结构抗震安全性、结构侧移与舒适度、钢结构的防腐防火、钢结构的耐久性与后期维护等问题,详细了解技术发展现状、成熟度和目前存在的问题,为项目的技术决策做准备。

       三是详细了解钢结构住宅实施的工期与综合成本。

       建设单位最关注的是经济效益问题。大型房企开发项目的资金成本都不低,需要控制项目的开发工期。如果采用钢结构住宅,则设计工期、加工制作工期、施工安装工期是建设单位重点关注的,还会详细了解影响建设工期的因素有哪些,哪些是可控的,哪些是不可控的。

       钢结构住宅的综合成本是建设单位最关注的问题。钢结构的材料用量与单方造价、配套楼板墙板的价格、不同施工工艺的措施费差异、其他为了满足装配率而增加的价格等,都是建设单位重点关注的问题。一般建设单位会拿现浇混凝土住宅、装配式混凝土住宅和装配式钢结构住宅一起比较,比较相同装配率情况下的价格差异,为项目实施做决策。

       具体到实际要实施的项目,建设单位一般会分如下几步来实施:

       首先是选定钢结构住宅用什么产品。选定结构体系用什么、配套的楼板墙板用什么、防腐防火怎么做以及各类节点怎么处理。

       其次是选定价格预期。一般装配式钢结构住宅的价格比现浇混凝土的要高一些,建设单位有一定的心理预期,会根据价格差别选择产品的档次定位。这决定了产品的材料、建筑构造和施工方式的差异。在这个过程中,会测算装配率是否满足要求,会决定楼板、墙板、装配式装修等新技术新产品的应用范围,会考虑产品采购的价格和运输成本等。房企项目有个特点,在满足装配率的情况下,尽量采用技术成熟、价格透明的传统材料与产品。

       最后是选定设计和顾问单位。建设单位一般都有固定合作的设计单位,在项目初期土地出让阶段,合作设计单位已经参与项目的规划、方案设计等工作,一般情况下,项目的全程设计与出图最终由早期确定的设计单位完成。具体到钢结构住宅,一般的设计单位没有相应的技术储备和实施经验,建设单位需要找一家钢结构住宅顾问单位,来负责与钢结构相关的设计、技术咨询与施工配合。

二、设计阶段的主要问题

       在项目的设计阶段,主要是设计单位和顾问咨询单位配合建设单位完成项目的整体设计。需要重点关注的问题有几个方面。

       一是项目各专业的设计和配合。

       建筑专业在满足建筑各项指标的前提下,主要从户型的标准化、与钢结构专业的构件布置协调以及钢结构与建筑的各类节点处理来配合项目设计工作的开展。结构专业主要配合建筑户型布局来配置结构构件,同时要满足结构的各项受力性能指标、结构构件的无凸梁凸柱建筑适应性选择以及便于采购的构件标准化归并等工作,还要处理钢结构住宅中结构与建筑、设备装修等专业的节点配合,这是钢结构住宅能否达到预期效果的关键。设备、装修的配合与传统设计并无太大区别,主要配合钢结构的管线穿越、装修细节的钉挂连接、施工方案细节等,保证在施工中对钢结构防腐防火等的成品保护,避免破坏。

       二是项目的论证和评审。

       项目论证与评审分两块内容,首先是与政府主管部门的预沟通,确定各项评价指标的细则计算方法,比如装配率、预制率等指标,不同的地区详细实施细则不一样。项目中采用了新技术、新材料,如果超出了现有的规范规程,也应与主管部门预先沟通,比如新型防火装饰一体化材料的应用。新技术的应用要与验收部门预先沟通好,避免项目实施完成无法验收。


装配式建筑技术实施方案

        其次是项目的论证与评审。包括装配式住宅的汇报与评审和超规范新技术研究的汇报与评审两方面。前者是一些地方的法规要求,实施装配式建筑必须要有个实施方案,论证通过后方可实施,比如海南省。设计与顾问单位要配合建设单位完成此项内容。后者是在项目中应用了超出现有规范的新技术,需要组织专家来评审和论证,也由设计和顾问单位配合建设单位完成。

项目专家论证会

        三是施工图审查与出图。常规项目的施工图审查按既有流程走完即可,涉及到一些新技术应用,施工图审查单位无规范可依。需要设计和顾问单位先做好超规范的新技术研究资料准备,资料应充分可靠,与审图人员解释沟通。一般有项目论证的,论证会可以邀请审图专家一起与会,后期沟通解释的工作会比较顺利。在实际工程实施过程中,有时候需要与建设单位、专家组、施工图审查单位的多次反馈与沟通,这些工作由设计与顾问单位配合完成。

三、施工阶段的主要控制点

        在项目的施工阶段,主要是施工总承包单位、专业分包单位协助建设单位完成项目的施工。在这个过程中,设计单位和顾问咨询单位主要提供技术服务工作。施工中的主要控制点有几个方面。

        首先,设计和顾问单位需要对建设单位进行详细的交底。因为涉及到一些常规施工单位不熟悉的技术内容,顾问单位可以向建设单位建议如何选择施工单位。

        对于总承包单位,要求具备钢结构住宅总包经验;项目组人员齐备,主要技术人员具备钢结构住宅实施经验;能够有效管理并协调钢构分包、墙体分包等单位的施工;对整个项目(包括分包单位)的施工质量切实负责;对土建及各个分包工作的交叉作业能够有效协调;能切实落实隐蔽工程的实施流程。

        对于钢结构分包单位,要求构件深化设计、加工、安装、防腐和防火、质保由一家单位完成;分包的主体具备钢结构住宅成功实施经验;项目组人员齐备,具备钢结构住宅实施经验;具备小截面构件、加劲钢板剪力墙的加工工艺、设备;加工能力(特别是工期)能够满足项目进度要求;制作、安装精度(尤其是水平度和垂直度)等能够达到规范要求,满足墙体砌筑及精装要求;防火做法除满足耐火极限要求外,能够提供与墙体做法配套的解决方案及产品;能够在工厂预先设置钢构件上各类连接件、拉结筋、开孔加强等,不在现场施焊(设计要求的现场连接节点除外)。

        对于墙体分包单位,要求具备提供墙体连接构造解决方案的能力和经验;对条板及砌块的做法,具备住宅项目实施经验;掌握墙体连接节点中配套产品的性能要求及施工工艺;现场施工工人、班组负责、项目组织等各个层次的人员稳定;能够严格执行产品含水率控制要求、砌筑工艺、挂网抹灰工艺等。

        一般情况下,建设单位只招标一家总承包施工单位,各专业分包都是由总承包单位来自行招标。有些建设单位,对总包和分包分开单独招标,这样涉及到总包和分包的工作界面划分问题,一般建设单位不是很清楚,可能会影响到招标。顾问咨询单位可以给建设单位提供一些建议。总包与分包的施工界面建议划分如下:

        1)钢管内混凝土的灌注施工由土建总承包方施工;

        2)楼板如采用钢筋桁架楼承板,楼板、现场附加钢筋、楼板管线铺设、混凝土浇筑由钢结构分包施工;

        3)楼板如采用支模现浇板,模板、现场钢筋、楼板管线铺设、混凝土浇筑由土建施工方施工;

        4)地下室钢柱外包混凝土、钢筋混凝土剪力墙由土建施工方施工;

        5)墙体拉结筋、钢丝网连接钉由钢结构分包施工(钢构件深化设计时考虑);

        6)防腐及防火由钢结构分包施工;

        7)墙体施工由墙体分包单位施工;

        8)H型钢梁腹板处填充,如采用石膏浆料,由钢结构分包施工;如采用加气块填充,由墙体分包单位施工。

        对于项目实施各阶段的详细技术控制点,以及可能存在的问题及应对措施,需要对建设单位和施工单位都做详细的技术交底。

        项目施工阶段第二项重要的技术服务工作,是设计和顾问单位对材料和部品部件的采购向建设单位和施工单位提出建议。

        一是讲清楚产品的技术点和执行的标准,以及采购中需要注意的问题。材料、部品部件主要有钢结构型材、楼承板、墙板、防火材料、其他材料。

        不同的项目、不同的结构体系,钢结构型材有些差别。一般情况下,主要是冷弯成型高频焊接矩形钢管和H型钢梁,对钢管的厂家、产品等级、规格标准、倒角、精度等提出详细的要求,对H型钢的规格,制作方式提出要求,是热轧H型钢、还是高频焊接H型钢,质量等级、精度要求等。项目中用到的楼承板,是钢筋桁架楼承板,还是装配式楼承板,楼承板的规格、零件详细要求等。墙板的材料、密度、强度、质量等级等。虽然图纸上都写明了这些产品的详细要求,但是对于钢结构不熟悉的建设单位和施工单位,给予详细的采购建议,对项目的顺利推进还是有帮助的。

        对于同类产品,不同厂家的产品技术特点和成熟度也不一样,价格也有一定的差别。以装配式钢筋桁架楼承板为例,目前市场上底模板的做法就有钢板、木模板、竹胶板、塑料模板、铝合金模板等多种做法,不同做法的技术控制点、技术成熟度、实施效果、成本价格都有一定的差别,这些也是技术交底的内容。同样的加气混凝土墙板,虽然有国家标准,各厂家也都符合标准,但仍有一定的差异性,采购的时候需要注意各性能指标。

        施工阶段的第三项内容是钢结构加工过程中的主要控制点。钢结构的加工是目前比较成熟的工艺,只要是有资质的加工制作单位,都有成熟的工艺标准和专业工人,质量一般没有问题。

        针对钢结构住宅产品,在设计的时候,有标准化考虑,所用的材料以型材为主,所以与普通钢结构以钢板为主不同,对原材料的检验很重要,看采购到的标准零部件是否满足要求,严格按照产品标准来检验。

        制作工艺和质量控制。钢结构住宅中构件的截面比较小,钢板比较薄,对制作误差比较敏感,需要注意焊接、矫正等工艺的控制,严格控制制作质量,有问题在工厂内解决好,不要遗留到工地上。

        产品检验和标识很重要。一些厂家已经引入了BIM全流程可追溯,检验信息可以通过二维码构件标识在BIM系统中实施核验,也方便现场的产品接收,方便现场堆放和安装。

        成品和发货需要注意的问题是工期进度和齐套,这其实是一个管理问题。实际工程项目中遇到过缺少关键构件的问题,或者只来同一类构件的问题,影响现场的堆放和安装进度。

        钢结构住宅在施工安装中的主要问题,第一重要的就是施工进度的控制,这是建设单位和总包单位都首要关注的问题。施工进度主要三个方面,主体结构、墙体等二次结构、设备与装修。施工单位都会有详细的计划,来控制施工进度,但是钢结构住宅可能有学习成本,有一个从认识到慢慢熟练的过程,前期有磨合期,施工方对此要有预先判断。

        第二重要的是样板先行。无论是钢结构,还是楼板、墙板、防火、装修等做法,钢结构住宅对于大多数施工单位来说是陌生的。一般房企的高端项目,对品质要求很高,都会要求样板先行。样板分为普通工艺样板和验证工艺样板,普通工艺样板,各个工序施工前,按照拟定的工艺工法完成样板,合格后在施工班组宣讲,然后才进入大面积施工;验证工艺样板,比如防火涂料及墙体施工前,提前先进行工程样板间的制作并观察一定时间,检验测试合格后再进入大面积施工。

        对于钢结构的施工质量控制,主要关注柱脚、柱内混凝土灌注、焊接、高强螺栓、安装精度等几个方面,这是钢结构施工安装的常规控制点。对于钢结构住宅,需要注意有截面小构件易变形等特点。还需要注意,钢结构住宅对施工精度要求高,因为钢结构住宅房间小,钢构件外侧有防火材料和装饰材料,本来尺寸控制的就比较精细,在施工中一定要精确控制,满足规范的要求,否则较大的误差会对后期二次结构以及装修带来困难。

        楼承板的施工一般专业厂家施工,需要控制与钢结构的进度配合,施工中的塔吊协调,钢结构栓钉焊接,与水电专业的配合以及施工安全措施,避免施工中出现挠度过大、楼板裂缝、保护层不够、堆载坍塌等质量事故。

        钢结构的防火施工一般在二次结构之前完成,根据防火材料的不同,也可能在二次结构完成后施工,与具体的节点设计构造有关。钢结构为了适应住宅的需求,避免凸梁凸柱,对钢梁、钢柱、钢支撑、钢板剪力墙的防火材料选用和节点构造要求,与钢结构公共建筑有明显的不同,比如钢梁、钢板剪力墙填充砌块,钢梁腹板两侧喷满石膏浆料等新做法。防火的施工需要由专业厂家来完成,需要注意原材料检验、施工工艺、成型质量等问题,比如界面剂、拉结筋、挂网等。

        内墙板在很多混凝土建筑中应用也很多,目前市场上有比较成熟的施工队伍和产品厂家,价格也相对可控。施工控制点主要是与钢结构的连接处理;拼缝处的防火、隔声、抗裂处理等。

        外墙面的施工相对要复杂,需要考虑抗风、抗震、节能保温、防水防渗漏、抗裂、隔声等。大型房产项目中,高端产品一般采用**幕墙的方式,可以是石材或铝板幕墙,中档产品一般做岩棉抹灰与涂料。施工中需要控制墙体与钢结构的拼缝处防水防开裂构造做法和施工质量;窗洞周边的防水防冷桥;保温层与外幕墙的做法等,保证外墙的耐久性。

        设备与装修的施工是最后一道内装工序。高端项目会采用装配式装修,普通项目采用传统抹灰、腻子、乳胶漆或墙纸的做法。钢结构住宅项目在施工中主要控制管线设备与钢结构的协调,钢结构防腐防火层的成品保护,墙体开槽埋设管线后的填充密实隔声处理,墙面挂网抹灰防开裂的质量控制等。

四、目前存在的问题及未来发展的思考

        钢结构住宅经过近20年的发展,虽然现阶段在一些大型房产项目中有一定的应用,取得了较好的实施效果,但仍存在的一些可优化的空间。具体表现在如下几个方面:

        1、钢结构住宅的建造技术人员缺乏。建设单位、设计单位、施工单位、监理及检测单位等普遍缺乏专业技术与管理人员;钢结构制作单位、施工安装单位、专业产品厂家等普遍缺乏专业技术工人。目前业内缺乏队伍稳定、技术可靠的建制技术人员团队来保证大型钢结构住宅项目的实施。

        2、材料采购标准化程度低,成本高。虽然在设计阶段已经尽量的对构件进行标准化归并,但仍没有国家级的标准指导构件厂家进行批量标准化生产与仓储,或者有些标准的指导性和约束力不强,在具体项目实施过程中,仍需要按订单制作。由于项目在生产制造过程中的多家分包、材料的小批量分次零散采购,且面向不同的厂家自由采购,使得厂家无法规模化、大批量、标准化的生产,这变相的推高了产品的成本。

        3、建造过程中的多方协调效率低。按照目前的施工承包模式,建设单位招标一家总承包单位施工,总承包单位再将钢结构、楼承板、条板墙体、外墙保温、装修等分包给不同的专业分包单位施工。施工过程中存在多个主体的工序交叉、管理协调困难、工期延误、质量不保证、推诿扯皮等问题,降低了生产的效率。

        4、一些细节处理仍需要研究。目前建筑行业存在的一些公认的难题,仍需要进一步研究。比如填充墙体开裂问题、外墙裂缝渗水问题、外墙保温问题等,在现浇混凝土住宅中也没有很好的解决,钢结构只能采用**幕墙、内部精装修的方式,提高产品的档次,用高品质的做法来弥补低成本产品的不足。这无形中限制了钢结构住宅在大量低成本住宅产品中的应用。

        针对上述存在的优化空间,未来钢结构住宅的发展方向,有如下思考和建议。

        在设计方面,需要进一步从国家标准制定层面,来对钢结构构件、配套部品部件的规格进行标准化,有利于产品的工业化批量生产,提高质量同时降低成本。标准化的同时,也应运行设计单位根据产品定位,对不同的用户需求,采用标准化的部品部件,自由组合出多种个性化选择的定制产品,达到标准化与定制化的有机结合。

        需要由建筑专业为龙头,协同其他专业进行一体化设计。在设计源头打通生产全过程的技术统一协调,有利于其他专业的协同,以及生产制造、施工安装过程中的自动化水平提升。

        信息化技术在设计过程中的应用也是未来的发展方向,可在设计阶段实现在建筑、结构、设备管线、装修、部品部件等一体化设计,将建筑与结构设计一体化进行,有利于避免钢结构住宅的凸梁凸柱问题;将设备管线与装修一体化设计,可提前在结构构件上预留孔洞,实现管线分析;将建筑设计与装修、部品部件一体化设计,可充分考虑钢结构住宅的部品部件规格要求,便于推动部品部件工艺技术的发展,使装修更加合理化。

        在建筑部品的制造方面,人工费用的上涨,人工智能设备的发展,将会促进自动化加工设备的研发,提高加工效率,标准化设计可有效促进这一发展趋势。以柔性制造为目标工厂的智能化制造,在一定程度上降低了制造对标准化的要求,可以摆脱设计导致的智能制造无法实现的问题,同时降低成本。以视觉识别为核心的智能制造体系,将大大降低工人需求数量及焊接技能要求,提升生产效率,满足生产线小型化的前提。在两者皆实现的前提下,集装箱化智能生产线,在项目现场或附件进行生产,未来是可能实现的。

在施工安装技术方面,未来的自动化施工设备应根据装配式钢结构住宅的配套部品部件安装施工需求,分类分项进行开发,达到高质量完成安装施工质量的同时,减少产业化工人的需求,在不断推广的应用过程中不仅可保证装配式钢结构住宅的品质,而且可降低相应的人工成本。

        钢结构住宅是一个完整的建筑系统,适用于工程EPC总承包管理模式,需要施工单位由专业分包商向建筑系统集成商转变,由工程EPC总承包单位完成设计、采购、土建、钢结构、安装、装饰、交付等各环节的施工,有利于各专业协调,减少纠纷,有利于质量、进度、成本的控制。

        在新材料新技术应用方面,耐候耐火钢可以较好的提升钢材的耐腐蚀性能和防火性能,减少防腐蚀涂料和防火材料的用量,节约成本。或者在相同处理工艺的情况下,有更好的耐久性,提高建筑的品质和寿命。耐候耐火钢在钢结构建筑中的应用不多,未来有很好的发展前景。

        新型墙体材料、新型保温材料、新型密封材料、防水材料、防水隔汽膜、防水透气膜等,在被动式建筑、装配式建筑中逐步得到应用。随着技术的成熟、成本的降低,以及国内钢结构住宅的品质逐步提升,新材料的会得到越来越多的工程应用。

        以上是我的一些分享,谢谢大家,请批评指正!


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