鋼結(jié)構(gòu)在裝配式建筑中的實(shí)際運(yùn)用價(jià)值研究

童亮

（中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海 200090）

0 引言

人類消耗資源的速度加快，建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會是未來發(fā)展的大趨勢。作為傳統(tǒng)的資源高消耗型的建筑行業(yè)，更是急切地需要探索出一種新的生產(chǎn)和發(fā)展方式。在這個(gè)過程中，裝配式建筑走入人們的視野。裝配式建筑指把傳統(tǒng)建造方式中的大量需要在工地進(jìn)行的工作，預(yù)先在工廠中完成，加工建造房屋需要的樓板、樓梯和陽臺等配件，將這些配件運(yùn)送到施工現(xiàn)場，通過可靠的方式進(jìn)行連接，快速完成施工。

裝配式建筑按照建筑材料的不同，可以分為混凝土裝配式、木結(jié)構(gòu)裝配式和鋼結(jié)構(gòu)裝配式三種[1]。木結(jié)構(gòu)裝配式建筑在我國存在了很長的時(shí)間，古代宮殿和寺廟就是典型的木結(jié)構(gòu)裝配式建筑，其采用木材質(zhì)制造房梁、柱等構(gòu)件，并用榫卯連接。但因?yàn)槟静亩倘焙湍突鹦阅懿畹热秉c(diǎn)，其逐漸被鋼結(jié)構(gòu)和混凝土所取代。按照使用用途的不同，鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑可以分為輕型鋼結(jié)構(gòu)和重型鋼結(jié)構(gòu)兩種。輕型鋼結(jié)構(gòu)具有施工和維護(hù)方便、自重輕、建設(shè)周期短的特點(diǎn)；重型鋼結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于高層或超高層、大跨度等大型建筑，具有剛度和強(qiáng)度非常大的特點(diǎn)。

1 鋼結(jié)構(gòu)在裝配式建筑中的應(yīng)用及優(yōu)勢

1.1 國內(nèi)的具體應(yīng)用

新年伊始，新冠肺炎在武漢肆虐，病患數(shù)目增長迅速，當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有的醫(yī)院已不能完成收治工作，火山神醫(yī)院和雷神山醫(yī)院在極短的時(shí)間內(nèi)建造完成，其中，雷神山醫(yī)院僅十天時(shí)間就完成了驗(yàn)收，之所以如此快速，很大的原因是采用了鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑。雖然建造時(shí)間短，但其功能非常完善，包括病房、接診室、醫(yī)技房、綜合后勤區(qū)等。為了方便施工，提高效率，按照功能區(qū)的使用要求不同，施工方采用了不同的裝配式建筑模式，其中有代表意義的是采用了模塊鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑[2]。模塊鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑是對技術(shù)要求非常高的先進(jìn)建筑方式，其技術(shù)集成度，施工難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他類型，可以很大程度上提高裝配率指標(biāo)。上海、南京、雄安和深圳都有模塊鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的展示。

1.2 優(yōu)勢

1.2.1 抗震能力強(qiáng)，重量輕

鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的主要施工材料是較輕的材料。例如在建筑承重墻方面，選用的材料是經(jīng)過復(fù)雜的材料力學(xué)計(jì)算，既滿足承重要求，又能使自重盡可能低的薄壁鋼管和高強(qiáng)度角鋼。正是由于使用了自重輕、高強(qiáng)度、塑性和韌性好的材料，才能使房屋在地震中保持穩(wěn)定，才能最大限度發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑抗震能力強(qiáng)的優(yōu)勢。

1.2.2 裝配率高

裝配率指在工業(yè)化建筑中預(yù)制構(gòu)件、建筑部品的數(shù)量（面積）占同類構(gòu)件或部品總數(shù)量（總面積）的比率[3]。按照裝配率的高低，可以將建筑分為A級、AA級、AAA級裝配式建筑。從住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2017年12月12日發(fā)布《裝配式建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，可以得到裝配率的計(jì)算公式：

式中，P為裝配率；

Q1為主體結(jié)構(gòu)指標(biāo)實(shí)際得分值；

Q2為圍護(hù)墻和內(nèi)隔墻指標(biāo)實(shí)際得分值；Q3為裝修和設(shè)備管線指標(biāo)實(shí)際得分值；

Q4為評價(jià)項(xiàng)目中缺少的評價(jià)項(xiàng)分值總和。

在混凝土裝配式建筑中，Q1的得分很小，這主要是因?yàn)樵谑┕み^程中會同時(shí)存在預(yù)制部分和現(xiàn)澆部分，而在鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑種，基本不需要現(xiàn)澆部分，因此Q1的得分很高，這也就使得鋼結(jié)構(gòu)的裝配率高。

1.2.3 綠色環(huán)保

鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的施工材料大部分在工廠加工完成，在施工現(xiàn)場只需將預(yù)制品部件按照要求進(jìn)行連接、裝配即可。這種方式不僅能夠降低施工現(xiàn)場的噪聲、粉塵污染，環(huán)保節(jié)能，也方便后期用戶根據(jù)自己的喜好進(jìn)行改造和維修。由于很多預(yù)制品部件以鋼材作為主要材料，在回收和二次利用方面也非常有優(yōu)勢。

2 鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用于裝配式建筑的現(xiàn)狀

2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑主要起源于歐洲，尤其是在經(jīng)歷了二次世界大戰(zhàn)之后，歐洲滿目瘡痍，更快、更高效的裝配式建筑在那個(gè)時(shí)期得到了很大的發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑在歐洲的發(fā)展也推動了其在全世界范圍內(nèi)的普及。

美國的裝配式建筑的研究始于20世紀(jì)初期，經(jīng)過近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，美國的鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑已經(jīng)非常先進(jìn)[4]，其不僅各部門分工完善，且施工標(biāo)準(zhǔn)一致、效率高，能夠極大縮短項(xiàng)目的時(shí)間。美國的成功進(jìn)一步推動了鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的興盛。

日本由于地震多發(fā)的原因，其對鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他國家。日本鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑始于1868年建設(shè)“鐵橋”，后為了追求抗震性在全國范圍內(nèi)快速推廣開來，時(shí)至今日，日本鋼骨結(jié)構(gòu)動工面積占總面積30%-40%左右，遠(yuǎn)超其他國家。

2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國的鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑發(fā)展與我國的鋼鐵產(chǎn)量密切相關(guān)。20世紀(jì)50年代我國鋼鐵產(chǎn)量不大，因此并不重視發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)式建筑，致使我國的鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑發(fā)展起步比較晚，發(fā)展速度不快，導(dǎo)致了我國現(xiàn)在依然以混凝土結(jié)構(gòu)為主[5]。隨著我國鋼鐵產(chǎn)量滿足甚至超出國民經(jīng)濟(jì)需求，產(chǎn)能過剩，國家認(rèn)識到推廣鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑非常有前景?！蹲》亢统青l(xiāng)建設(shè)部建筑市場監(jiān)管2019年工作要點(diǎn)》中要求開展鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅的建設(shè)試點(diǎn)，推動建立成熟的鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建設(shè)體系。

3 結(jié)語

任何事物都有兩面性。鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑也具有制約其進(jìn)一步推廣和發(fā)展的缺點(diǎn)：

1）成本問題。為了降低工程的成本，許多房地產(chǎn)開發(fā)商在建造高層建筑時(shí)依然采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)形式。

2）缺乏熟練的工人。建筑預(yù)制件的制作、施工現(xiàn)場的裝配、施工一體化實(shí)施都要求受過專業(yè)培訓(xùn)、技術(shù)熟練的工人。這是阻礙我國鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑發(fā)展的一個(gè)重要原因。

3）自身原因。鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑本身因?yàn)椴捎么罅夸摬?，因此對防腐的要求很高，為了使鋼材能夠達(dá)到70年使用要求，需要對鋼材進(jìn)行防腐處理，這導(dǎo)致使用和后期的維修費(fèi)用升高。另外，鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑在防火、隔熱、保溫、隔音等方面也存在一定的問題。

雖然鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑具有以上的缺點(diǎn)，但其施工速度快，抗震性能好、綠色環(huán)保、能夠很好保證施工質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)也是其他的建筑形式所不能取代的。經(jīng)過行業(yè)的不斷推廣和攻堅(jiān)克難，未來鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑一定能夠得到更好的發(fā)展。