为积极配合中国工程院“实施《国家标准化发展纲要》若干重大问题研究”项目——“团体标准支撑高质量发展研究”课题调研,协会向各分支机构和各有关单位发出《关于征集协会标准实施应用案例的紧急通知》(建标协函〔2024〕47号),各分支机构和有关单位高度重视、积极响应,迅速组织开展协会标准案例总结编写工作,并按要求及时报送给协会。协会从已收到的数百份中国工程建设标准化协会标准实施案例中,精选了技术水平高、创新性强,在促进科技创新与科技成果转化、引领行业发展等方面,经济效益、社会效益、生态效益显著的代表性协会标准,汇总编纂了《中国工程建设标准化协会标准实施应用案例》,呈送给中国工程院、国家市场监督管理总局调研组。入选案例,既有工程建设新技术、新材料、新设备推广使用的标准项目,也有工程建设领域的前瞻性、先导性技术理论和科研成果推广应用等方面的案例,标准项目涵盖了建筑工程、市政工程、公路工程、铁路工程、信息通信工程等领域,涉及“双碳”、绿色建筑、绿色建材、振震双控、检测、防水、城市交通、村镇建设、项目管理等方面的工程标准、标准图集等。
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《钢管混凝土束组合结构技术标准》实施应用
一、编制背景
(一)编制背景
根据中国工程建设标准化协会《关于印发<2017年第二批工程建设协会标准制订、修订计划>的通知》(建标协字[2017]031号)文件要求,由杭萧钢构股份有限公司会同有关设计、研究和教学单位等组成标准编制组,在杭萧钢构股份有限公司相关企业标准的基础上,进一步总结经验并结合相关单位技术力量,经过广泛调研、不断修改后编制而成。
(二)编制目的和意义
钢管混凝土束结构体系是由钢管混凝土束剪力墙结构构件作为承受竖向和水平荷载构件,与各种类型钢梁,以及焊接式钢筋桁架楼承板或装配式钢筋桁架楼承板等构成的结构体系。该体系标准化、工业化程度高,可有力提高住宅建筑工业化水平,响应国家对于装配式建筑发展要求;加工制作简单,有利于企业转型升级;承载能力强,抗震性能好;建筑适应性好,可增加有效建筑使用面积;降低建筑模板用量,节能环保,降低建筑人工成本;兼具钢结构的工业化与混凝土结构的灵活性和居住适用性的综合优势,是装配式居住建筑的优选结构体系。经国家科技成果鉴定认为钢管混凝土束结构体系研究成果具有显著创新性,总体达到国际先进水平。
二、技术内容
三、创新性
《标准》首次创造性提出了钢管混凝土束剪力墙结构,该剪力墙是由若干U型钢和矩形钢管拼装组成具有多个竖向空腔的结构单元,形成钢管束;在钢管束中填充混凝土以形成钢管混凝土束剪力墙构件。可灵活形成L形、T形、十字形等形式,满足了建筑体型布置和住宅户型多样化的设计需求,解决了装配式钢结构住宅凸梁凸柱的问题,提高了空间利用率和得房率;钢管混凝土束剪力墙标准化设计、标准化采购、标准化制作;提出了侧板式和端板式的钢管混凝土束剪力墙与钢梁的连接技术;解决了薄壁构件与钢梁的连接问题、钢梁宽度与钢管束宽度不协调问题,简化了现场安装和定位程序,提升了钢管混凝土束组合结构房屋的装配化施工。将钢管混凝土束剪力墙构件应用到各种结构体系中,并与装配式钢筋桁架楼承板、工字型钢梁、矩形钢管混凝土柱等钢结构构件组合,解决了钢管混凝土束剪力墙与混凝土楼板的连接技术难题,形成新型组合体系:钢管混凝土束剪力墙结构新体系、框架-钢管混凝土束剪力墙结构新体系等。
四、实施效果
(一)应用推广情况
1、典型应用案例
(1)萧政储出(2020)36号地块项目
该项目位于杭州市萧山区奥体中心,项目共有5栋高层住宅楼和一栋幼儿园,总建筑面积约82824.69m2,其中1#、3#、5#楼为高层钢结构住宅建筑,地下2层,1#楼地上25层,首层层高为4.51m,顶层层高为3.05m,标准层层高为2.95m,建筑高度为75.8m;3#、5#楼地上26层,首层层高为4.61m,顶层层高为3.05m,标准层层高为2.95m,建筑高度为78.25m。
该项目原设计为钢板组合墙结构,后通过合理的结构布置和计算,改为钢管混凝土束组合结构,最大限度地满足了建筑功能使用要求,结构安全经济;同时构件采用全工厂化预制生产,现场装配率高,施工速度快,建设周期短。楼板采用装配式钢筋桁架楼承板,墙板采用蒸压加气混凝土砌块。钢管混凝土束组合结构剪力墙,形式有一字型、L型、T型等;墙体厚度分布情况为:基础至1层为180mm,2~10层为150mm,10层以上为130mm。
该项目为精装修项目,2020年10月开工,2021年7月主体结构验收,2022年12月底项目竣工验收。
该项目为亚运村重点项目,钢管混凝土束组合结构的应用,充分发挥了钢结构建筑施工速度快的优势,降低了大量的成本,取得了良好的经济效益,得到了业主的好评。
(2)万郡·大都城住宅小区(三期、四期)
该项目建设地点位于内蒙古包头市青山区,抗震设防烈度:8度(0.2g),基本风压0.6kN/m2,严寒地区。三期16#~21#共6栋高层钢管混凝土束组合结构住宅楼,地下2层,地上30~34层,最大建筑高度99.95m,总建筑面积约18.53万m2;四期22#~27#楼共6栋高层钢管混凝土束组合结构住宅楼,地下2层,地上28~34层,最大建筑高度98.9m,总建筑面积约24.57万m2。
该项目地震作用大,通过竖向构件的合理布置,在满足抗侧刚度要求的前提之下,实现了户内少墙、竖向构件与混凝土结构相比大幅减少的效果,同时墙体厚度较薄(最小厚度为130mm),增大了建筑使用面积;竖向构件全部采用钢管混凝土束墙,没有采用钢框架柱,解决了传统钢结构凸柱凸梁现象,室内空间整齐;建筑长度73.4m,宽度15.1m,长宽比接近5,为典型的板式住宅楼,纵向未设置结构分缝,保障住宅居住的舒适度和品质。
三期、四期项目除主体结构采用钢管混凝土束组合结构体系外,楼屋面板采用装配式钢筋桁架楼承板,内墙采用EPS混凝土轻钢龙骨复合墙体,外墙采用纤维增强水泥板轻钢龙骨岩棉外保温系统。该项目获得国家三星级绿色建筑设计标识,获得中国钢结构金奖。
(二)效果情况
1.经济效益
(1)成本分析:钢管混凝土束组合结构体系住宅与传统钢筋混凝土剪力墙结构体系住宅造价成本差异主要体现在主体的建安成本和工期成本上。以万郡·大都城三期26#楼地上28层的住宅为例,钢管混凝土束组合结构体系住宅:钢结构用钢量约85kg/m2、楼承板用量约1.0kg/m2、钢筋用量约13kg/m2、混凝土含量约0.2m3/m2、砌筑含量约0.1m3/m2、装配式轻质隔墙含量约0.4m3/m2。外墙采用CCA板保温干挂系统,以及公共装修、水电工程、防水工程等。相同情况采用混凝土剪力墙结构体系住宅:钢筋用量约65kg/m2、混凝土含量0.4m3/m2、砌筑含量约0.12m3/m2、外墙采用涂料保温外墙,其它部分内容基本相同。考虑钢结构工期缩短等因素带来财务成本等间接费用的降低以及绿色装配式建筑所获得的奖励,采用钢管混凝土束组合结构体系与采用传统的钢筋混凝土结构相比,综合成本基本持平。
(2)用工分析:钢构件通过机械化、智能化设备,在工厂制作完成,到现场只需进行装配化施工。钢筋桁架楼承板的钢筋由工厂制作完成,现场只需绑扎部分钢筋,减少了大量的支模、钢筋绑扎等工作。以万郡·大都城三期26#楼地上28层的住宅为例,综合工期,钢结构地上主体结构总人工数约3600人工,而同样的混凝土结构总人工数接近10000人工,此部分总人工数节省1/2~2/3。
(3)用时分析:钢构件提前在工厂加工,标准化、流水化作业生产,再运抵现场安装,相比混凝土结构减少了大量的钢筋绑扎、支模、混凝土浇筑、养护的时间。楼板采用钢筋桁架楼承板,现场不需要支木模,可同时多层浇筑混凝土,实现立体交叉作业。因此装配式钢结构住宅在施工工期上有比较大的优势。以万郡·大都城三期26#楼地上28层的钢管混凝土束组合结构体系住宅为例,钢结构地上主体工期约3个月,而类似的混凝土结构住宅地上主体工期一般约需6个月。高层钢结构通常平均3~4天一层,混凝土结构一般平均6~7天一层,钢结构的工期一般可比混凝土结构节约1/2~1/3左右。这大大降低了施工管理费用、设备费用,加快了资金回笼,减少了财务成本,综合效益非常可观。
2.技术效益
钢管混凝土束组合结构体系在全国多地区的多个项目上得到应用,钢管混凝土束组合构件的设计方法和加工制作工艺达到国际领先水平。钢管束构件工厂生产标准化、模数化、加工机械自动化,利于构件精度控制,标准化成品出厂,便于现场安装,施工质量更有保障。
3.社会效益
钢管混凝土束组合结构体系充分发挥了装配式钢结构建筑设计标准化、生产工厂化、施工装配化等突出的优点,并极大地提高资源利用率,并有空间利用率高、施工速度快,建设周期短、建设投资省、易改造、可回收、绿色环保等优势,是工业化绿色建筑产品,完全符合可持续发展战略目标,对促进我国从工程建设大国向工程建设强国的转变具有重要的社会意义。
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