論大力發(fā)展和應用裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的必要性

王海明/WANG Hai-ming

(中建二局第三建筑工程有限公司，北京 100070)

住建部發(fā)布的2020 年全國裝配式建筑發(fā)展報告顯示，近年來裝配式建筑呈現(xiàn)良好發(fā)展態(tài)勢，在促進建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、推動城鄉(xiāng)建設領域綠色發(fā)展和高質(zhì)量發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。2020年，全國新開工裝配式建筑共計6.3 億m2，較2019 年增長50%，占新建建筑面積的比例約為20.5%，完成了《“十三五”裝配式建筑行動方案》確定的到2020 年達到15%以上的工作目標。

從結(jié)構(gòu)形式看，新開工裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑4.3 億m2，較2019 年增長59.3%，占新開工裝配式建筑的比例為68.3%；裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑1.9 億m2，較2019 年增長46%，占新開工裝配式建筑的比例為30.2%。其中，新開工裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅1206 萬m2，較2019 年增長33%。裝配式鋼結(jié)構(gòu)集成模塊建筑得到快速推廣，為新冠肺炎疫情防控發(fā)揮了重要作用。

1 發(fā)展裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的相關政策支持

2016 年2 月，中共中央、國務院在《關于進一步加強城市規(guī)劃建設管理工作的若干意見》提出大力推廣裝配式建筑，縮短建造工期，提升工程質(zhì)量。積極穩(wěn)妥推廣鋼結(jié)構(gòu)建筑。

2016 年9 月，國務院辦公廳發(fā)布《關于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見》，要求按照適用、經(jīng)濟、安全、綠色、美觀的要求，推動建造方式創(chuàng)新，大力發(fā)展裝配式混凝土建筑和鋼結(jié)構(gòu)建筑，不斷提高裝配式建筑在新建建筑中的比例。堅持標準化設計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理、智能化應用，提高技術水平和工程質(zhì)量，促進建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

2019 年6 月，住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布了《裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑技術標準》[1]，在鋼結(jié)構(gòu)住宅的集成設計，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設計，外圍護系統(tǒng)設計，設備與管線系統(tǒng)設計，內(nèi)裝系統(tǒng)設計，部品部件生產(chǎn)、施工安裝與質(zhì)量驗收，使用、維護與管理等方面做了細致的規(guī)范。

2020 年9 月，住房和城鄉(xiāng)建設部等部門發(fā)布《關于加快新型建筑工業(yè)化發(fā)展的若干意見》，指出大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)建筑，鼓勵醫(yī)院、學校等公共建筑優(yōu)先采用鋼結(jié)構(gòu)，積極推進鋼結(jié)構(gòu)住宅和農(nóng)房建設。完善鋼結(jié)構(gòu)建筑防火、防腐等性能與技術措施，加大熱軋H 型鋼、耐候鋼和耐火鋼應用，推動鋼結(jié)構(gòu)建筑關鍵技術和相關產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展。

2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)勢

2.1 技術優(yōu)勢

鋼結(jié)構(gòu)建筑具有諸多混凝土無法比擬的技術優(yōu)勢，如良好的抗震性能、自重輕、施工速度快、工業(yè)化程度高、構(gòu)件預制率高等優(yōu)點，具有天然的裝配優(yōu)勢。同等體量的建筑采用鋼結(jié)構(gòu)比采用混凝土結(jié)構(gòu)自重輕30%～50%，這也大大降低了基礎工程的造價。鋼結(jié)構(gòu)延性高，經(jīng)過有效的結(jié)構(gòu)設計，可以大大提高結(jié)構(gòu)的變形能力，使得其抗震能力大大提高。鋼結(jié)構(gòu)還特別適用于超高層、大跨度、大懸挑、復雜造型等混凝土結(jié)構(gòu)無法解決的結(jié)構(gòu)形式，其應用范圍要大大高于混凝土結(jié)構(gòu)。

2.2 產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件是由各種型材組成，工業(yè)化程度高、加工精度高，現(xiàn)場組裝主要采用高強螺栓連接，能確保施工的精度，為一體化外圍護墻、內(nèi)隔墻、裝飾裝修提供了方便。裝配式鋼結(jié)構(gòu)的大力發(fā)展有利于推進供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，推動鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)向工業(yè)化、規(guī)?；藴驶l(fā)展，有效降低裝配式鋼結(jié)構(gòu)的造價，提升品質(zhì)。

對于裝配式鋼結(jié)構(gòu)來說，現(xiàn)場主要采用高強螺栓連接，現(xiàn)場焊接工程量少，有效縮短了施工工期，同時降低了對工人技術水平的要求，也降低了不良天氣帶來的無法施工的影響。

據(jù)統(tǒng)計，截至2019 年底，我國鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件生產(chǎn)線2548 條，設計產(chǎn)能5423 萬噸。為裝配式鋼結(jié)構(gòu)的大面積推廣提供了有利的供應鏈保障。

2.3 裝配優(yōu)勢

住房和城鄉(xiāng)建設部2017 年12 月發(fā)布了《裝配式建筑評價標準》[2]，規(guī)范規(guī)定裝配率指在單體建筑室外地坪以上的主體結(jié)構(gòu)、圍護墻和內(nèi)隔墻、裝修和設備管線等采用預制部品部件的綜合比例。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。裝配率為60%～75%時，評價為A 級裝配式建筑；裝配率為76%～90%時，評價為AA 級裝配式建筑；裝配率為91%及以上時，評價為AAA級裝配式建筑。

表1 所示為裝配式建筑中主體結(jié)構(gòu)的評分標準，主體結(jié)構(gòu)Q1 的總分為50 分。在混凝土裝配式建筑中，主要得分項為梁、板、樓梯等平面構(gòu)件，豎向受力構(gòu)件一般以現(xiàn)澆為主，所以Q1 的得分一般不超過20 分。而在鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑中，現(xiàn)場無濕作業(yè)，所有平面構(gòu)件和豎向構(gòu)件均為預制式，所以鋼結(jié)構(gòu)Q1的得分可以達到滿分50分，這也充分體現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)裝配式的優(yōu)勢所在，鋼結(jié)構(gòu)建筑具備先天的裝配優(yōu)勢。

表1 裝配式建筑主體結(jié)構(gòu)評分標準[2]

2.4 工期優(yōu)勢

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中有少量現(xiàn)場焊接，但一般以現(xiàn)場螺栓連接為主，且現(xiàn)場無濕作業(yè)，施工工期相比傳統(tǒng)工期有較大優(yōu)勢，傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土住宅一般5～7 天施工一層，而裝配式鋼結(jié)構(gòu)完全可以做到3 天一層，工期約為傳統(tǒng)混凝土的一半，這樣的工期優(yōu)勢對于總包的施工工期來說會大大減少管理成本，對于業(yè)主來說提前交房大大縮短融資成本。

2.5 綠色環(huán)保優(yōu)勢

裝配式鋼結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件多為鋼材，屬于綠色環(huán)保建材，在回收和二次利用方面相比混凝土有著不可比擬的綠色環(huán)保優(yōu)勢。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的鋼柱、鋼梁、鋼支撐、連接節(jié)點、螺栓等大部分均為在工廠加工完成，所有構(gòu)件運抵現(xiàn)場后依據(jù)設計圖紙進行現(xiàn)場連接、裝配。由于沒有現(xiàn)場混凝土的澆筑、振搗，能夠有效降低施工現(xiàn)場的噪聲污染、粉塵污染，環(huán)保節(jié)能優(yōu)勢明顯。

3 發(fā)展的制約因素及解決措施

3.1 傳統(tǒng)體制問題

建筑行業(yè)最大的問題是體制問題導致的設計與施工割裂。設計不為施工著想，施工不為設計考慮。解決上述設計和施工割裂的問題的措施就是要通過整合，使科技創(chuàng)新貫穿建筑業(yè)各個環(huán)節(jié)，打造完整的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)。裝配式建筑很重要的一個環(huán)節(jié)，就是設計一定要考慮施工階段的安裝問題，要盡可能簡化施工環(huán)節(jié)，鋼結(jié)構(gòu)天生就符合裝配式邏輯，現(xiàn)場施工對產(chǎn)業(yè)工人的技術要求僅限于現(xiàn)場焊接和螺栓連接工藝水準。而現(xiàn)階段的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)對施工的環(huán)節(jié)要求較高，如對梁柱節(jié)點的處理等關鍵技術對產(chǎn)業(yè)工人的要求很高，如何能夠有效保障施工質(zhì)量并無有效的檢驗措施。節(jié)點質(zhì)量不能保證就與傳統(tǒng)抗震設計理念——“強節(jié)點、弱構(gòu)件”相違背，導致地震來了首先在節(jié)點薄弱部位破壞。所以鋼結(jié)構(gòu)是裝配式建筑的發(fā)展方向，具有廣闊的前景。

3.2 傳統(tǒng)觀念問題

鋼結(jié)構(gòu)住宅在歐美、澳大利亞、日本等發(fā)達國家和地區(qū)已經(jīng)非常成熟和完善，相關的產(chǎn)業(yè)鏈也很完善，但對國內(nèi)民眾來說認可度并不高。國內(nèi)民眾的固有思維里，認為只有混凝土造的房子才厚重、結(jié)實、牢靠。習慣也可以慢慢轉(zhuǎn)變，從民眾重視環(huán)保理念著手，輔以政策層面支持，逐步轉(zhuǎn)變思維。為此，國家也做了統(tǒng)一部署，住房城鄉(xiāng)建設部陸續(xù)批復浙江、山東、四川、湖南、江西、河南、青海等七省開展鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建設試點，試點方案各具特色，目標明確，任務具體，聚焦于鋼結(jié)構(gòu)住宅建設、完善鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)鏈、培育行業(yè)主體、加強行業(yè)監(jiān)管和質(zhì)量標準體系建設等，立足于裝配式鋼結(jié)構(gòu)長遠發(fā)展。

提高裝配式鋼結(jié)構(gòu)的社會認知度和認可度，讓更多的行業(yè)主體積極轉(zhuǎn)型，為人民群眾建設品質(zhì)優(yōu)良、性能優(yōu)越的建筑產(chǎn)品，著力營造各方關注和支持裝配式建筑發(fā)展的良好氛圍。

3.3 建造成本問題

現(xiàn)階段的鋼結(jié)構(gòu)建造成本高于混凝土的建造成本，主要是因為鋼材的直接材料費高，其次是制作加工成本高，鋼構(gòu)件標準化后就可以做自動化生產(chǎn)線，標準化后施工工人也少了，加工成本就降低了，施工成本又可以大大降低。所以現(xiàn)階段成本高的主原因是這一產(chǎn)業(yè)鏈還沒有完全成熟，無法做到成本最低。

鋼結(jié)構(gòu)因為自身重量要遠低于混凝土結(jié)構(gòu)，基礎費用會明顯降低，工期優(yōu)勢也會大大降低管理成本和融資成本。裝配式建筑內(nèi)在邏輯是產(chǎn)業(yè)工業(yè)化、現(xiàn)代化，大規(guī)模工業(yè)化流水線生產(chǎn)，會使得成本大大降低，所以整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級一定是成本降低、質(zhì)量提升、效率提高。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展亟需標準化，加強鋼材加工企業(yè)與設計院、總包單位的協(xié)同作業(yè)，做到信息共享，推進標準化構(gòu)件在設計、生產(chǎn)、施工環(huán)節(jié)的應用，以工廠化、標準化、規(guī)模化生產(chǎn)替代定制化、個性化作坊式加工，這是裝配式鋼結(jié)構(gòu)降低成本的重要因素。

住建部2020 年7 月發(fā)布的《鋼結(jié)構(gòu)住宅主要構(gòu)件尺寸指南》[3]，宗旨就是將標準化理念貫穿于鋼結(jié)構(gòu)設計、制作、施工、運營維護全過程，引導型鋼生產(chǎn)企業(yè)與設計單位、施工企業(yè)就構(gòu)件常用截面形式、尺寸和長度等進行協(xié)調(diào)統(tǒng)一，推進構(gòu)件標準化，提高設計和施工效率，進一步推進鋼結(jié)構(gòu)住宅的品質(zhì)、效能和經(jīng)濟效益的提升，節(jié)約成本。未來裝配式鋼結(jié)構(gòu)的成本優(yōu)勢會顯現(xiàn)出來。

3.4 相關技術問題

鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑本身因為以鋼材為主，各種受力構(gòu)件、非受力構(gòu)件對防火、防腐、防銹的要求均需滿足規(guī)范及日常使用。由于防火、防腐材料自身有使用年限要求，這導致在正常使用周期內(nèi)的維護費用有所提高。這就要求我們需不斷完善相關產(chǎn)業(yè)鏈的技術攻關，使之與裝配式鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展和推廣相配套，確保少增加或不增加后期使用和維護費用。

3.5 配套人才問題

制約裝配式鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的人才因素是現(xiàn)階段必須解決的問題，傳統(tǒng)設計院的設計任務量80%以上都是混凝土的，這就導致了市場上從事鋼結(jié)構(gòu)設計的人才偏少。同樣，鋼結(jié)構(gòu)施工的人才也偏少，少數(shù)的鋼結(jié)構(gòu)安裝公司把控著現(xiàn)有的鋼結(jié)構(gòu)施工體量。加快制定相關標準和培養(yǎng)適應裝配式鋼結(jié)構(gòu)從設計、制造、施工全產(chǎn)業(yè)鏈的新型技術人才、管理人才勢在必行，新型技術人才和管理人才同樣是推廣裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的關鍵一步[4]。

4 未來發(fā)展及應用前景展望

建筑產(chǎn)品的工業(yè)化、規(guī)模化、標準化生產(chǎn)是我國建筑業(yè)做大做強的必由之路，這就要求我們必須不斷研發(fā)新材料、新工藝、新技術、新體系、新理念，打破傳統(tǒng)壁壘，加大研發(fā)力度，做好政策扶持。我認為，未來裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展及應用可以重點從以下五方面著手。

1）從國家層面加快建設鋼結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)基地，打破機制壁壘，多部門、多領域協(xié)同推進，做好政策和稅收扶持，制定工業(yè)化裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)化相關配套政策、制度及管理措施。國家要進行政策推廣、宣貫，宣貫不是簡單講裝配式鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，而是要宣貫整個行業(yè)的發(fā)展邏輯，指明裝配建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向就是鋼結(jié)構(gòu)。

2）從國家層面健全建筑法律法規(guī)和標準規(guī)范體系，加快補充和修訂相關標準規(guī)范，設計及建設標準與國際接軌，為做到走出去服務“一帶一路”沿線國家做好準備。

3）加大研發(fā)投入力度，鼓勵建造方式創(chuàng)新，科研機構(gòu)、高校研發(fā)并落地智慧建造技術，通過設計、生產(chǎn)、施工、裝修、信息化管理、智能化應用，形成一個完整的產(chǎn)業(yè)鏈，促進建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

4）逐步擴大鋼結(jié)構(gòu)體系在各類建筑中的應用，并重點向廣大的住宅市場推進，研發(fā)適用于不同類型、不同業(yè)態(tài)的鋼結(jié)構(gòu)新體系。

5）秉持綠色發(fā)展理念，推行綠色設計、綠色加工、綠色建造、綠色使用，使鋼結(jié)構(gòu)建筑從規(guī)劃設計、加工制作、安裝施工、使用維護都能滿足綠色化、信息化要求。

現(xiàn)階段，我國已經(jīng)面臨由建筑產(chǎn)業(yè)大國向建筑產(chǎn)業(yè)強國轉(zhuǎn)變的重大課題，裝配式鋼結(jié)構(gòu)將承載建筑產(chǎn)業(yè)變革的中堅力量和排頭兵。