綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系研究與應(yīng)用

曹祥山

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)建筑領(lǐng)域的發(fā)展也取得了巨大的飛躍。在取得飛速發(fā)展的同時(shí)，如何化解鋼材產(chǎn)能過剩，推進(jìn)和研發(fā)綠色、高效鋼結(jié)構(gòu)建筑體系，是目前所需研究的課題。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑作為新興的綠色、環(huán)保、高效的建筑體系，目前在建筑行業(yè)上得到了越來(lái)越多的應(yīng)用與發(fā)展。我國(guó)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展上，正在從傳統(tǒng)的建筑施工形式上向著現(xiàn)代化工業(yè)化集成化的新型建筑體系轉(zhuǎn)變。此形勢(shì)下，預(yù)制混凝土的新型結(jié)構(gòu)、新型維護(hù)系統(tǒng)等建筑體系改變了傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)形式，全裝配式鋼框架的模塊化建筑體系采用新型的功能單元以及基本元件的設(shè)計(jì)理念，貫穿在構(gòu)建裝配一體化的生產(chǎn)中，新型的鋼結(jié)構(gòu)體系，廣泛應(yīng)用在建筑領(lǐng)域中。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；裝配式；體系創(chuàng)新；工業(yè)化；模塊化；

一、綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)及產(chǎn)業(yè)政策

現(xiàn)如今國(guó)家都在調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，使要素實(shí)現(xiàn)最優(yōu)配置，提升經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的質(zhì)量和數(shù)量。鋼結(jié)構(gòu)建筑普及化，可以消耗鋼鐵建材，解決鋼鐵生產(chǎn)過剩，還可以改變磚結(jié)構(gòu)建筑形式，使建筑行業(yè)更上一個(gè)臺(tái)階。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在現(xiàn)今建筑行業(yè)中得到了大力推廣，它具有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)工業(yè)化，施工裝配化，裝修一體化，管理信息化，應(yīng)用智能化的優(yōu)勢(shì)。所以，要想供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革能夠順利實(shí)施，新型城鎮(zhèn)化發(fā)展能夠順利進(jìn)行，就需要改變建造方式，而大力廣裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑是最好的選擇。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑可以減少施工中給人們帶來(lái)的污染，可以降低施工成本，提高施工效率和質(zhì)量，使施工變得更安全，同時(shí)緩解了鋼鐵產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過剩帶來(lái)的危機(jī)。

二、裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑

1.創(chuàng)新維護(hù)體系，改進(jìn)建筑體系

裝配式鋼結(jié)構(gòu)是新興建筑形式，要想其順利發(fā)展，還是要以傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)形式為基礎(chǔ)，取其精華去其糟粕，對(duì)外圍結(jié)構(gòu)形式加以創(chuàng)新，形成新型建筑體系。對(duì)于設(shè)計(jì)理念要更新，改變以前的只注重結(jié)構(gòu)，不注重建筑施工，而且沒有內(nèi)部裝修陳舊理念，啟用內(nèi)外結(jié)構(gòu)和內(nèi)部裝修統(tǒng)一化設(shè)計(jì)的新理念。注重建筑的功能性，建筑主體圍繞框架式結(jié)構(gòu)展開，柱網(wǎng)尺寸要相等，對(duì)于戶型的布局和功能，一定要結(jié)合抗側(cè)力構(gòu)件進(jìn)行。以結(jié)構(gòu)布置為中心，在適應(yīng)建筑功能的需求下，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行合理優(yōu)化，在嚴(yán)格控制成本的同時(shí)，讓工業(yè)化內(nèi)裝實(shí)現(xiàn)大空間布置，把工程難度降到最低。對(duì)內(nèi)部的梁、柱等要結(jié)合外圍體系和內(nèi)部裝修進(jìn)行隱藏，盡量提高安全性能。

2.“模塊化、工廠化”新型建筑體系

模塊化建筑體系是一個(gè)非常有代表性的體系，它包括方便拆裝的可活動(dòng)性房還有模塊化箱型房。這兩種房采用輕鋼結(jié)構(gòu)或薄壁型鋼，圍護(hù)材料均防火，成本造價(jià)低，方便使用。工廠化鋼結(jié)構(gòu)建筑體系摒棄了傳統(tǒng)建筑模式。工廠化鋼結(jié)構(gòu)利用了制造業(yè)質(zhì)量管理體系，對(duì)部品從設(shè)計(jì)到出廠每道工序都嚴(yán)格審查，做到每一件產(chǎn)品都合格，在提高質(zhì)量的同時(shí)，降低成本，增加經(jīng)濟(jì)效益。

3.“工業(yè)化住宅”建筑體系

為了解決傳統(tǒng)鋼框架結(jié)構(gòu)體系在住宅中應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)的梁柱問題，有些企業(yè)、科研院所就開發(fā)適用于住宅中的“工業(yè)化住宅”建筑體系。最為突出的鋼結(jié)構(gòu)住宅體系就要數(shù)有杭蕭鋼構(gòu)股份有限公司研發(fā)的鋼管束組合結(jié)構(gòu)體系了，如圖1所示。該體系由標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化的鋼管部件并排連接在一起形成鋼管束，內(nèi)部澆筑混凝土形成鋼管束組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件作為主要承重和抗側(cè)力構(gòu)件；鋼梁采用H型鋼；樓板采用裝配式鋼筋析架樓承板。面對(duì)傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)體系造價(jià)比較高，又不能適應(yīng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的平面戶型和梁柱裸露的現(xiàn)象，提出了箱型鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)體系，這一體系的優(yōu)點(diǎn)較明顯，它除了可以解決傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)體系出現(xiàn)的問題外，方便布局，稱重能力強(qiáng)，還減少了用鋼量。

三、綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展

首先，進(jìn)行裝配式結(jié)構(gòu)體系，采用樓板、樓梯、空調(diào)板的構(gòu)件，作為鋼結(jié)構(gòu)的補(bǔ)充，解決了鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)效率低的問題，采用標(biāo)準(zhǔn)化的鋼管部件并排形成鋼束管，內(nèi)部澆筑混凝土，作為承重和抗側(cè)力的構(gòu)件，鋼梁采用H型鋼，樓板采用裝配式的鋼筋桁架進(jìn)行承重。以新型裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土樓板為例，起預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制薄板采用倒T為底板，在肋板上預(yù)留橢圓形孔，孔內(nèi)設(shè)置了非預(yù)應(yīng)力受力鋼筋，澆筑了疊合層混凝土形成了整體雙向受力樓板。采用鋼預(yù)制踏步組合樓梯作為新型的樓梯，能夠節(jié)約用鋼量，改善建筑效果。例如某工程采用的陽(yáng)臺(tái)的鋼架支撐的案例，就是采用混凝土的建筑方法，將鋼架支撐在梁上，不依賴樓板和鋼柱，采用螺栓固定的方法，減少了人工，做到了材料的支出的節(jié)約。第三，圍護(hù)墻體和構(gòu)造采用交叉應(yīng)用的方法，在性能和工業(yè)化程度上更加具有耐久性，借鑒幕墻的做法，由粘結(jié)層和保溫裝飾成品板的方法，組成外墻保溫與裝飾的方法，區(qū)分北方和南方的建筑的適應(yīng)性，采用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的保溫裝飾一體化的方法，采用全自動(dòng)化生產(chǎn)和配裝，比傳統(tǒng)的節(jié)能保溫的施工做法更加具有保溫隔熱的功能。第四，采用鋼結(jié)構(gòu)建筑專用體系，對(duì)傳統(tǒng)的鋼板剪力墻進(jìn)行改進(jìn)，新型的鋼板剪力墻，自重輕，地震作用小，布置靈活，使用空間更大，結(jié)構(gòu)的剛度加大，且用鋼量減少，在建筑結(jié)構(gòu)中能夠代替鋼支撐，使結(jié)構(gòu)更加安全。實(shí)現(xiàn)由建筑產(chǎn)業(yè)大國(guó)向建筑產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，已經(jīng)成為新時(shí)期我國(guó)建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的重大課題。

四、未來(lái)鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展規(guī)劃

未來(lái)鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展規(guī)劃應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾方面：（1）進(jìn)一步完善現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)體系在各類建筑中的應(yīng)用，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，大力研發(fā)適用于不同建筑類型的鋼結(jié)構(gòu)新體系。（2）推動(dòng)建造方式創(chuàng)新，推廣裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑，為實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)化提供成套技術(shù)，通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配式施工、一體化裝修、信息化管理、智能化應(yīng)用，促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。（3）健全建筑法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)逐步與國(guó)際接軌，加快推進(jìn)修訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，促進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)和成套技術(shù)研究成果轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。（4）大力推行全生命周期綠色建筑設(shè)計(jì)理念，使建筑從規(guī)劃設(shè)計(jì)、加工制作、安裝施工、使用維護(hù)直至拆除都能滿足工業(yè)化、綠色化、信息化要求。

五、結(jié)語(yǔ)

綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)，目前采用的包括PC+裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系，將預(yù)制混凝土用在樓板和樓梯等構(gòu)件之中，可以作為鋼結(jié)構(gòu)的補(bǔ)充，解決了鋼結(jié)構(gòu)的問題，而且對(duì)環(huán)境起到保護(hù)作用，擁有可持續(xù)發(fā)展的特點(diǎn)，當(dāng)前在世界各國(guó)建筑領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如今，現(xiàn)代PC構(gòu)件和預(yù)應(yīng)力技術(shù)結(jié)合，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；凸I(yè)化生產(chǎn)，具有高強(qiáng)高性能的材料。為盡快將前沿的研究成果應(yīng)用于實(shí)際工程，國(guó)家層面應(yīng)加快建設(shè)鋼結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)基地，在災(zāi)區(qū)重建和保障性住房工程中應(yīng)給與鋼結(jié)構(gòu)建筑特殊的政策支持。要打破部門壁壘，多領(lǐng)域部門協(xié)同推進(jìn)，完成綠色工業(yè)化裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)化這一重任。

（作者單位：壽光市時(shí)樂達(dá)鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司）