學(xué)校經(jīng)常會(huì)采用裝配式建筑的形式建造。學(xué)校建筑屬于重點(diǎn)設(shè)防類，抗震要求高于住宅，在重慶、珠海、山東等地均出臺(tái)了有關(guān)新建學(xué)校建筑采用裝配式技術(shù)設(shè)計(jì)和建設(shè)的強(qiáng)制規(guī)定。學(xué)校建筑采用裝配式，在施工進(jìn)度、質(zhì)量控制、節(jié)能環(huán)保、安全性能等方面有顯著優(yōu)勢(shì)。我們參與了幾十所學(xué)校的設(shè)計(jì)、裝配式顧問等工作，本文以青島澳門路小學(xué)為例，介紹學(xué)校建筑裝配式設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)難點(diǎn)解析以及BIM的應(yīng)用。

1. 項(xiàng)目概況

青島澳門路小學(xué)地屬青島市市中心核心區(qū)域，毗鄰AAAAA級(jí)旅游景區(qū)，建筑面積21303.8m²，地上4層，地下2層，抗震設(shè)防7度，抗震等級(jí)三級(jí)。建設(shè)內(nèi)容包括18班小學(xué)教學(xué)樓、地面活動(dòng)場地及地下停車庫等。項(xiàng)目結(jié)構(gòu)形式為鋼框架結(jié)構(gòu)，裝配率達(dá)到74%，為青島市首個(gè)鋼結(jié)構(gòu)裝配式學(xué)校。

圖3 施工過程圖

2. 建筑工業(yè)化

2.1. 本項(xiàng)目裝配式建筑技術(shù)應(yīng)用基本要求

1. 主體結(jié)構(gòu)部分的評(píng)價(jià)分值不低于20分；
2. 圍護(hù)墻和內(nèi)隔墻部分的評(píng)價(jià)分值不低于10分；
3. 采用全裝修；
4. 裝配率不低于50％；
5. 主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件中預(yù)制部件的應(yīng)用比例不低于35％；
6. 教學(xué)樓地上無廚房，評(píng)價(jià)總分分母為95。

2.2. 裝配式設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)是天然的裝配式。針對(duì)以上基本要求，本項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)除地下室外墻及樓板外均采用鋼結(jié)構(gòu)。在地下室采用鋼結(jié)構(gòu)，在青島尚屬首次。

其中，教學(xué)樓中對(duì)于255顆框架柱全部采用工廠預(yù)制，預(yù)制柱比例為100%；水平構(gòu)件為預(yù)制樓承板+預(yù)制樓梯+預(yù)制梁，預(yù)制比例為100%；外墻全部采用裝配式CF蒸壓瓷粉加氣混凝土墻板，內(nèi)隔墻全部采用100mm/200mm厚度的ALC蒸壓加氣混凝土墻板，均滿足非承重圍護(hù)墻非砌筑。項(xiàng)目樓板采用鋼筋桁架樓承板，重量輕，免支模，方便施工且提升施工質(zhì)量，減少了傳統(tǒng)施工的污染。

常規(guī)設(shè)計(jì)鋼立柱一般在地下采用混凝土外包柱腳，造成立柱在地下室截面過大，影響停車位效率。該項(xiàng)目地下室則采用鋼結(jié)構(gòu)，較小的鋼柱截面可以實(shí)現(xiàn)較大的停車空間，增加停車位數(shù)量，可節(jié)省造價(jià)、加快工期。

2.3. 設(shè)計(jì)難點(diǎn)解析

• 風(fēng)雨操場屋面

風(fēng)雨操場長33.2m，跨度21.1m，操場屋頂荷載較大，除鋼筋混凝土屋面外有還有1.1米的覆土，地面還有消防車荷載?？蚣芸拐鸬燃?jí)提高一級(jí)，經(jīng)計(jì)算框架梁柱截面較大，無法滿足凈高要求。經(jīng)過對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化，將柱距由9米改為4.5米后，框架柱由1400x1000減小為1000x600、框架梁由2300x500減小為1800x500，從而滿足凈高要求，使用感受更好。

 圖6 風(fēng)雨操場屋面

• 南側(cè)教學(xué)樓主入口

南側(cè)教學(xué)樓主入口為學(xué)校主入口，中間二層挑空，跨度18米，要求不增加落地柱且滿足舒適度要求。經(jīng)設(shè)計(jì)師優(yōu)化，最終結(jié)構(gòu)在三層樓面布置轉(zhuǎn)換梁，梁截面1000x400，梁跨中立柱（柱截面400x16），四層樓面及屋面均按9米跨設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)大跨度無柱效果。

 圖7 學(xué)校主入口

3. BIM應(yīng)用

BIM（Building Information Modeling）可以幫助實(shí)現(xiàn)建筑信息的集成，從建筑的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行直至建筑全壽命周期的終結(jié)，各種信息始終整合于一個(gè)三維模型信息數(shù)據(jù)庫中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、施工單位、設(shè)施運(yùn)營部門和業(yè)主等各方人員可以基于BIM進(jìn)行協(xié)同工作。BIM全過程的參與為項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工的順利完成起到很大的推進(jìn)作用。

• 構(gòu)建完成各專業(yè)BIM信息整體模型，包括建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣等；
• 經(jīng)碰撞檢測(cè)并優(yōu)化，構(gòu)建符合生產(chǎn)和施工要求的預(yù)制構(gòu)件（或部品部件）三維模型，模型中應(yīng)包含鋼筋（鋼構(gòu)件）、埋件、機(jī)電預(yù)埋、預(yù)留孔洞等完整設(shè)計(jì)信息；提供預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)圖紙；
• 通過使用 BIM 模型導(dǎo)入到CFD有限元分析模擬軟件 ANSYS Fluent中，進(jìn)行對(duì)室內(nèi)空調(diào)設(shè)計(jì)、室外風(fēng)環(huán)境的模擬計(jì)算。通過模擬，根據(jù)室內(nèi)最優(yōu)的體感風(fēng)速、體感溫度分布及壓力感受；
• 通過使用 BIM 模型結(jié)合照明模擬軟件 DIALux evo 進(jìn)行室內(nèi)照度模擬，進(jìn)行燈具布置及選型優(yōu)化，滿足使用要求的前提下減少能源消耗。

4. 對(duì)學(xué)校建筑裝配式的思考

由于教室有比較典型的特征，柱網(wǎng)布置較為統(tǒng)一規(guī)整，所以方便做成裝配式。采用鋼結(jié)構(gòu)裝配式，造價(jià)合理，施工速度快，適應(yīng)學(xué)校對(duì)快工期的要求。我們?cè)谶^去的幾年中，完成了幾十所學(xué)校結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配式顧問、BIM模型搭建的工作，并針對(duì)學(xué)校建筑，推出了全裝配式教學(xué)樓解決方案—“智教”體系，采用全螺栓裝配式鋼結(jié)構(gòu)超級(jí)框架體系，結(jié)合PH免撐板、至捷梯、至潔墻等構(gòu)配件，實(shí)現(xiàn)了比傳統(tǒng)建筑更低的造價(jià)、更優(yōu)的質(zhì)量和更短的工期。

圖14 上海金茂學(xué)校

泰大創(chuàng)新共享研究院簡介：

共享研究院由上海泰大于2023年創(chuàng)立，旨在將上海泰大多年的研究成果和領(lǐng)先的技術(shù)開放給鋼結(jié)構(gòu)/預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)和施工企業(yè)、總承包企業(yè)共享，助力施工企業(yè)快速獲得技術(shù)競爭力，并為中國降低建筑建造階段碳排放做出貢獻(xiàn)。一家研發(fā)，百家共享，大幅降低研發(fā)成本，最大化技術(shù)所創(chuàng)造的價(jià)值。共享研究院除了為建筑企業(yè)提供創(chuàng)新部品部件和體系的技術(shù)支持，還提供包括投標(biāo)協(xié)助、項(xiàng)目降本增潤、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化在內(nèi)的諸多技術(shù)服務(wù)。在協(xié)助會(huì)員單位投標(biāo)過程中，保持了極高的項(xiàng)目中標(biāo)概率。

上海泰大多年研發(fā)積累了大量鋼結(jié)構(gòu)及裝配式技術(shù)，包括從立柱、主梁、次梁、樓板、樓梯到外墻的全系列創(chuàng)新裝配式部品技術(shù)，從單層、低層、多層到高層的全系列創(chuàng)新裝配式結(jié)構(gòu)體系，可用于農(nóng)村別墅、辦公樓、宿舍樓、工業(yè)上樓、物流倉庫、醫(yī)院、學(xué)校、全民健身中心等應(yīng)用場景，相比傳統(tǒng)技術(shù)節(jié)省用鋼量30%左右，具有顯著成本優(yōu)勢(shì)。

泰大創(chuàng)新技術(shù) + 本地企業(yè)項(xiàng)目資源 → 合作共贏！

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