[分享]装配式创新竞赛|震后快恢复全装配节能房屋

装配式创新竞赛|震后快速恢复的全装配节能房屋

2019年12月17日，由唐山市政府、中国钢结构协会主办的2019“唐山阔旺杯”全国钢结构装配式建筑设计创新竞赛，在唐山南湖国际会展中心隆重举行。本次竞赛以“绿色设计•生态小镇”为主题，旨在通过加强设计理念与钢结构建筑的融合互动，提高区域制造业的供给能力，推动唐山市工业提质增效，转型发展。中国钢结构协会对参赛项目的申报材料进行了初评，最终产生了来自全国20余个单位的14个作品参加决赛。

钢结构公众号将对部分获奖作品进行报道，本期为大家介绍的是荣获2019“唐山阔旺杯”全国钢结构装配式建筑设计创新竞赛一等奖，来自山东大学代表队的作品——“震后快速恢复的全装配节能房屋”。

 一.方案概况及创新点设计 

项目基本情况及设计体系组成

紧扣“绿色设计·生态小镇”的主题，充分发挥钢结构建筑和装配式建筑的优势，实现结构在地震作用下损伤可控快速修复。

方案体系的关键技术

方案体系的关键技术——可更换耗能角钢屈曲约束支撑

屈曲约束支撑组装过程

新型BRB

优  势

• 避免芯板焊接构造，延长芯板疲劳寿命。
• 全钢构造，加快支撑制作速度。
• 屈曲约束构件拆卸简便，震后芯板可检查。 
• 震后屈曲约束构件重复使用，仅更换起耗能作用芯板。 
• 新型BRB耗能和承载能力稳定，延性高达25以上。

方案体系的关键技术——三明治式复合外墙板

GFRP桁架连接件

立模生产

承载力试验

优  势

• 自保温体系，与建筑同寿命。
• 使用GFRP连接件，保温性能优异。
• 立模生产，占地减少1/3，效率可提高5倍。
• 带肋混凝土板降低自重。
• 完全断桥，无冷桥效应 。
• 完全组合，抗弯刚度大.

方案体系的关键技术——含暗梁的轻质复合内墙板

优  势

• 保温隔音 
• 整体性强 
• 循环可拆 
• 简单轻质

山东大学示范项目安装现场 

方案体系的关键技术 

PEC梁柱 

优  势

• 承载力高； 
• ·抗火、防锈能力强； 
• ·构件实现预制化、装配化。 

波纹钢腹板预应力混凝土叠合板

优  点

• 整体性好，承载力高，无需支撑； 
• 预应力筋提高抗开裂承载力； 
• 方便管线布置； 
• 自重小，加工工序简单。

 二、建筑方案设计 

简洁：纯洁、宁静的简单结构，将室内外空间和体积完全融合在一起。 

现代：具有现代设计风格的住宅，旨在用“实用+现代”的建筑语言落实唐山建设 “生态小镇”的初心。 

高效：住宅通过被动策略降低体型系数，同时减少并模数化建筑构件，使得样板住宅高效、低能耗且易于装配化生产。 

室外空间组织 

1）南面阳台并拓宽落地窗处挑板; 

2）底层架空入口提高门廊实用价值; 

3）体现整体性，空间统一性;

4）达到建筑综合一体化设计效果; 

5）低能耗，符合创造生态小镇。

室内空间组织

1）空间上相互连接营造连续的整体；

2）室内高度可根据功能需求的不同而变化可形成高低错落的特色空间。

功能设计

1）首先考虑视线和日照，将客厅和卧室放在南部，功能最大效率化； 

2）设计遵循工业标准化，房间尺寸符合标准模数，施工进程快； 

3）节省材料，大型机械使用少，“绿色设计”贯穿建造的整个过程。 

                        一层                                           二层                                       三层

建筑立面图

结构、保温、装饰一体化;

个性化定制丰富建筑立面;

打造专属于唐山的特色小镇。

1~6轴立面图

A~E轴立面图 

6~1轴立面图

E~A轴立面图

剖面图

 三、结构方案设计 

柱及支撑布置图 

柱截面图

梁布置图

连接节点

含可更换耗能角钢元件的屈曲约束支撑

支撑与梁连接构造

快速更换芯板 

有限元分析模型的建立

1)使用结构有限元软件MIDAS/Gen 2019版进行结构模拟分析，该版本中加入了《钢结构设计标准 GB50017-2017》，满足本项目设计要求;

2)本项目各层楼板按实际情况均设为刚性楼板，用于计算结构的振型、层间位移、结构内力，并按照规范进行强度和稳定性校核;

3)按照《建筑结构荷载规范GB50009-2012》进行荷载组合。

有限元模型

振型结果

第一阶振型以X向振动为主，第二阶振型以Y向振动为主，第三阶振型以绕Z轴扭转为主。

模型前6阶振型对应周期（s）

位移结果（最不利组合荷载） 

均满足《建筑抗震设计规范 GB50011-2010》中层间位移角1/250的要求。

X向荷载组合工况弹性层间位移

Y向荷载组合工况弹性层间位移

 

应力结果（最不利组合荷载）

结构构件最大应力为228MPa，各构件最大应力比均小于0.85，满足经济性和安全性要求。

有限元模型应力分布图

钢结构应力比验算结果

 四、围护体系设计与构造 

三明治式复合外墙板概况

一层外墙平面布置图

轻质复合内墙板的布置

一层墙体平面布置图

保温复合屋面板与VMS模块化智能系统窗

屋面板截面图

屋面板的连接节点构造图

屋面板平面布置图 

VMS模块化智能系统窗

优  势

• 模块化设计，安装快捷方便；
• 窗体具有较好的强度、保温性、耐热性和抗腐蚀性；
• 环保性能优于传统铝合金门窗；
• 智能控制系统，可根据天气情况调节天窗的开闭；
• 遮阳系统，具有隔热、遮阳和调光的功能

楼梯

踏步板、踢面板、平台板与楼梯焊接，梯梁上设出浆孔和灌浆孔，用以填充自密实混凝土。楼梯与建筑主体通过高强螺栓连接。

优  势

• 制作简单、安装快捷、成本低，且较普通预制楼梯自重降低4/5。

五、建筑节能设计与装配率计算 

节能参数设计计算

层数≤3层，体形系数＜0.57，满足《河北省居住建筑节能设计标准（75%）》规范要求。

窗墙面积比

外窗均采用外开隔热性铝合金（5+12A+5+12A+5）中空玻璃门窗，传热系数，根据规范要求东、西、北向（窗墙比＜0.3）传热系数，南向门窗传热系数；均满足《河北省建筑节能门窗工程技术规范》规范要求。

三明治复合墙板传热系数计算

满足《河北省居住建筑节能设计标准（75%）》 的要求。

绿色建筑各类评价得分

根据《绿色建筑评价标准》（GB/T50378-2014），本建筑为三星绿色建筑。

装配率计算

根据《装配式建筑评价标准》(GB/T 51129-2017) 中对装配率计算的要求，装配率为100.00%，符合AAA级装配式建筑标准。

 六、装饰装修设计 

管线分离

七、成本分析与推广价值

建筑、结构、施工、节能等方面均具有良好推广价值； 

功能上互相匹配，设计上相得益彰。