對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)建筑“三板”問題的思考

山東萬斯達(dá)建筑科技股份有限公司 張波 張樹輝

萬斯達(dá)作為山東首家裝配式鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)至今已有二十年的歷史，從2005年開始公司又開始發(fā)展PC業(yè)務(wù)，在全國(guó)來說也算較早接觸PC的企業(yè)，將鋼結(jié)構(gòu)與PC結(jié)合來考慮可能是一個(gè)較為獨(dú)特的角度。鋼結(jié)構(gòu)和PC的項(xiàng)目我們都做了很多，我們一直在思考一個(gè)問題，為什么PC發(fā)展兩三年便突飛猛進(jìn)，而鋼結(jié)構(gòu)我們推廣二十年了，卻感覺推得非?？?，非常累。我們認(rèn)為，PC實(shí)際上也促進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)，當(dāng)前國(guó)家大力推廣裝配式建筑，這其中就包含了鋼結(jié)構(gòu)，當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展實(shí)際上也受到了PC行業(yè)發(fā)展的推動(dòng)，近年來不論是住建部還是國(guó)務(wù)院都提出要大力裝配式建筑，這當(dāng)然也就包含了鋼結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)和PC可以說是兵合一處，將打一家，共同來推動(dòng)中國(guó)裝配式建筑的發(fā)展。

“三板”所存在的問題

鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展的問題在于如何進(jìn)入民用住宅領(lǐng)域，公共建筑領(lǐng)域鋼結(jié)構(gòu)已然發(fā)展得非常好了，大型場(chǎng)館基本上是鋼結(jié)構(gòu)一統(tǒng)天下，現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)的橋梁也越來越多了。鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)就是大跨空間結(jié)構(gòu)，而民用住宅大多是小開間，三四米的寬度，使得構(gòu)件都非常的小，小梁、小柱結(jié)點(diǎn)非常多，而且不規(guī)則，成本無法和剪力墻結(jié)構(gòu)相比，形不成價(jià)格優(yōu)勢(shì)，其中三板問題突出，即樓板、內(nèi)墻板和外墻板。

首先是樓板問題。鋼結(jié)構(gòu)施工特別快，而現(xiàn)澆板施工特別慢，這就造成了施工效率不匹配的問題，就像用牛和馬拉同一輛車，效率不匹配最后把牛拖死把馬累死，都跑不快。過去很多鋼結(jié)構(gòu)建筑采用的現(xiàn)澆板的比較多，我們也這樣做過，因?yàn)槟菚r(shí)壓型鋼板貴，不舍得用，成本也高。

其次是內(nèi)墻板問題。鋼結(jié)構(gòu)比較柔，帶來各種條板及砌塊的裂縫問題，任何一個(gè)混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的層間位移很容易達(dá)到千分之一，但是鋼結(jié)構(gòu)要達(dá)到五百分之一，用鋼量就會(huì)大量提升，通?？刂瞥^在三百五十分之一以上，是混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的三分之一，鋼材本身又容易變形，只要一發(fā)生變形，徹磚的內(nèi)墻、橋板的內(nèi)墻都會(huì)開裂，這是鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)入民用的一個(gè)痛點(diǎn)。當(dāng)然也有板材自身開裂的因素。

第三是外墻板問題，這是最復(fù)雜的一個(gè)問題，也是我們鋼結(jié)構(gòu)在民用建筑領(lǐng)域發(fā)展的最大阻礙點(diǎn)。我梳理了一下，外墻板有十二條指標(biāo)：①滿足受力、②防開裂、③防漏水、④保溫、⑤防火、⑥隔聲、⑦防冷橋、⑧門窗復(fù)合、⑨外飾面復(fù)合、⑩方便制造、 方便施工、 成本控制。

這十二個(gè)指標(biāo)很多是相互關(guān)聯(lián)的，比如外墻板要抵抗重力，還要計(jì)算風(fēng)荷載、材料內(nèi)力，最重要的是溫度用力，外墻特別是受光面每天的溫差能達(dá)到50度，溫度用力造成了外墻開裂，進(jìn)而發(fā)生漏水，漏水一旦進(jìn)去了很難排出，在北方還會(huì)凍融問題。現(xiàn)在國(guó)家也在嚴(yán)格要求建筑節(jié)能，外墻的保溫是必不可少的，而保溫往往又與防火沖突，貼上保溫就容易著火。老百姓為什么喜歡磚房，混凝土房？因?yàn)閴Π蹇梢孕顭?，可以?duì)房間的熱量平衡有調(diào)結(jié)作用。門窗及外飾面的復(fù)合，還要方便制造和施工。當(dāng)所有這些都滿足了，這就是一塊好墻了。我們還要考慮性價(jià)比問題，一平米幾千塊錢是用不起的。所以說要做一個(gè)成功的外墻這十二指標(biāo)是缺一不可的。

“三板”問題的解決

針對(duì)三板問題，萬斯達(dá)研發(fā)了許多新產(chǎn)品來解決。

首先是PK預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板來解決上述的樓板問題。這項(xiàng)技術(shù)至今已有15年，里面有周緒紅院士、吳方伯教授等技術(shù)帶頭人的心血。

我們現(xiàn)在最新的PKⅢ型板由C40、C50混凝土底板，1570級(jí)消除應(yīng)力鋼絲和鋼管混凝土桁架組成，底板厚度35mm 40mm，標(biāo)準(zhǔn)寬度0.5m 1.0m 1.5m 2.1m，長(zhǎng)度2.1～9.0m，與現(xiàn)澆層共同作用形成疊合板。PKⅢ型板上面的桁架上玄桿采用鋼管充填沙漿制成，形成以較大的受壓區(qū)，我們的樓板雖然很薄卻有著較強(qiáng)的剛度。目前最長(zhǎng)做到了12米長(zhǎng)，可有效減少次梁的應(yīng)用，大幅提升施工效率。

PKⅢ型板用鋼量省，采用1570級(jí)消除應(yīng)力鋼絲，抗拉強(qiáng)度為三級(jí)鋼的4.2倍，比其它疊合板用鋼量節(jié)省，抗裂性能好。相比現(xiàn)在一般常的混凝土桁架疊合板，僅留一端胡子筋，與端部梁不干涉，安裝方便也非常方便。單塊板面積最大可達(dá)20平方米，重量輕僅為1.7噸，單板面積大, 板薄自重輕，無補(bǔ)空板,支撐少，使得施工效率高。同時(shí)PKⅢ型板長(zhǎng)線臺(tái)生產(chǎn)、板標(biāo)準(zhǔn)化成度高、制造效率非常高。從鋼筋下料、混凝土布料、起板、轉(zhuǎn)運(yùn)、清掃都高效運(yùn)轉(zhuǎn)。生產(chǎn)效率比混凝土桁架疊合板高，設(shè)備的投資也比較低。

PKⅢ型板

PKⅢ型板結(jié)構(gòu)示意圖

辦公樓PKIII型疊合板施工無支撐系統(tǒng) 普通鋼筋桁架疊合板施工過程布滿腳手架

第二是內(nèi)墻板。內(nèi)墻板采用輕質(zhì)內(nèi)墻大板，解決墻板開裂問題。墻體和梁柱間預(yù)留合適的空隙，允許變形，空隙內(nèi)柔性有防火隔音材料，外面是密封裝飾條。梁柱變形時(shí)不會(huì)與墻體間產(chǎn)生擠壓，這樣內(nèi)墻就不會(huì)開裂，墻反過來，也不會(huì)擠壓梁柱。梁柱與墻作必要的拉結(jié)，既能變形，又不會(huì)脫開。在墻體內(nèi)有芯孔，可在墻內(nèi)安裝管線和管道。如果有較大吊掛承重要求，芯孔內(nèi)可提前灌入混凝土。同時(shí)墻體表面光滑潔凈，不用抹灰，方便室內(nèi)裝修，加快施工速度，減少施工占地，基本實(shí)現(xiàn)建筑墻體的工廠化生產(chǎn)。

輕質(zhì)內(nèi)墻大板工廠內(nèi)從生產(chǎn)線上下線

輕質(zhì)內(nèi)墻大板工地上安裝完成

第三是外墻板。外墻板采用外掛形式，不屬于主體結(jié)構(gòu)，但要做受力分析和設(shè)計(jì)。先說一下墻板和結(jié)構(gòu)的關(guān)系。墻板與梁四點(diǎn)連接，下面兩個(gè)支座承受重為，上面兩個(gè)支座拉接。支座上設(shè)有機(jī)構(gòu)，允許墻板平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。墻板布置在梁柱外側(cè)，形成外包墻形式。墻板可隨結(jié)構(gòu)一起變形，由于在外側(cè)，不會(huì)擠壓梁柱。依據(jù)變形量墻板之間預(yù)留有足夠縫隙，變形時(shí)墻板之間不會(huì)互相擠壓。地震時(shí)保護(hù)結(jié)構(gòu)，也保護(hù)墻板。變形量考慮結(jié)構(gòu)變形和溫度形兩者取大值。墻板與墻板接縫處構(gòu)造防水、材料防水兩種方式配合使用。外墻板我們有兩種，一種是 “三明治”外墻掛板，另一種是輕質(zhì)外墻掛板。

第一種 “三明治”外墻掛板，也就是預(yù)制混凝土夾心保溫外墻板，有三層構(gòu)造，兩層混凝土夾一層保溫，用保溫連接件將這三層連起來，減少冷熱橋，內(nèi)層鋼筋混凝土承重，外層鋼筋混凝土是保溫層的保護(hù)層，表面可以作裝飾面，比如用膠模形成各種紋理或表面是彩色混凝土等，是集承重、圍護(hù)、保溫、防水、防火等功能為一體的裝配式預(yù)制構(gòu)件。預(yù)制混凝土夾心保溫外墻板是預(yù)制構(gòu)件中技術(shù)含量最高、工藝簡(jiǎn)化率最高的構(gòu)件，與傳統(tǒng)施工工藝相比，夾心保溫外墻板具有明顯的優(yōu)勢(shì)。不滿意之處是對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)來說就是自重大了一點(diǎn)。

三明治外墻掛板工廠內(nèi)從生產(chǎn)線上下線存放

“三明治”外墻掛板工在地上安裝

輕質(zhì)外墻掛板在工廠內(nèi)預(yù)拼裝

外墻采用輕質(zhì)外墻掛板建筑建成實(shí)景

另一種輕質(zhì)外墻掛板，特點(diǎn)是金屬骨架和保溫芯材通過斷橋構(gòu)造與內(nèi)外裝飾板復(fù)合為一體。重量輕，容重800kg/立方，僅為預(yù)制混凝土夾心復(fù)合外墻板的1/3；厚度薄，200毫米厚，比傳統(tǒng)墻體和預(yù)制混凝土夾心復(fù)合外墻板都薄。在滿足抵抗風(fēng)荷載的情況下，剛度和重量比預(yù)制混凝土夾心復(fù)合外墻板的小，有利于抗震。除了減輕墻體自重還減輕了整個(gè)建筑物的結(jié)構(gòu)自重，從而低了造價(jià)。該項(xiàng)技術(shù)2013年初開始陸續(xù)獲得了多項(xiàng)國(guó)檢專利。使用該墻板的萬斯達(dá)濟(jì)陽工廠辦公樓，2012年建成，已使用6年，效果良好。

行業(yè)發(fā)展的幾點(diǎn)思考

1. 堅(jiān)持系統(tǒng)化思考和無差錯(cuò)設(shè)計(jì)理念：裝配式建筑容錯(cuò)率低，沒有補(bǔ)救的機(jī)會(huì)，關(guān)鍵技術(shù)細(xì)節(jié)會(huì)造成重大的質(zhì)量和安全事故，所以應(yīng)該在設(shè)計(jì)源頭上做好把控，做好技術(shù)前移，管理前置。

2. 大力推廣EPC工程總承包模式：EPC模式可以減少各方的扯皮，降低工程造價(jià)，也能更好的促進(jìn)科技進(jìn)步，與國(guó)際接軌。

3. 裝配式建筑應(yīng)有豐富的建筑外立面：要大力推廣裝配式保溫飾面一體化外墻板，國(guó)外有許多外型十分漂亮的外墻板應(yīng)用，我們的裝配式建筑也可以做得很美觀。

國(guó)外裝配式保溫飾面一體化外墻板

4. 建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型中需要大量裝配式專業(yè)人材：當(dāng)前我們的行業(yè)正在快速發(fā)展，但在發(fā)展的同時(shí)，我們也要注意到未來行業(yè)的擴(kuò)充和發(fā)展需要大量的人才來支撐，而我們高校課程設(shè)置幾近空白，師資及教材匱乏，需要加緊人才培養(yǎng)，才能滿足行業(yè)發(fā)展的需要。

5. 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑成本高嗎？隨著我國(guó)對(duì)于裝配式的大力推廣，規(guī)模擴(kuò)大之后，裝配式的成本必然會(huì)大幅下降，而施工周期短、勞動(dòng)強(qiáng)度低、節(jié)能、環(huán)境等諸多優(yōu)勢(shì)正在慢慢體現(xiàn)。