裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系概述與技術(shù)要點分析

劉志剛

摘要：“十九大”背景下的建筑產(chǎn)業(yè)，應結(jié)合生態(tài)、綠色的理念進行實踐與應用，確保建筑經(jīng)濟及生態(tài)建設(shè)更為合理，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑采用了“一體化”的設(shè)計理念，減小了傳統(tǒng)工程建筑所使用的材料支出，能夠在生態(tài)基礎(chǔ)上提高建筑產(chǎn)業(yè)的社會效益，因此，工作人員須全面認知綠色裝配式建筑體系的內(nèi)容，根據(jù)環(huán)境需求提高裝配式鋼結(jié)構(gòu)的運行效益，這對于推動我國建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了良好的推力?；诖?，本文謹就裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系及其技術(shù)特點進行探討，以期為提高裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工效率及工程質(zhì)量的提升提供參考。

Abstract： The construction industry under the background of the Nineteenth National Congress of the Communist Party of China should be practiced and applied in combination with ecological and green concepts to ensure a more rational construction economy and ecological construction. The prefabricated steel structure adopts the "integrated" design concept， reduces the expenditure of materials used in traditional engineering construction and can improve the social benefits of the construction industry on an ecological basis. Therefore， staff must fully understand the content of the green prefabricated building system and improve the operation benefit of prefabricated steel structures according to environmental requirements， which provides a good boost for the development of China's construction industry. Based on this， this article discusses the prefabricated steel structure building system and its technical characteristics， with a view to providing reference for improving the construction efficiency and engineering quality of prefabricated steel structure buildings.

關(guān)鍵詞：裝配式鋼結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)體系;綠色建筑

Key words： prefabricated steel structure;structural system;green building

中圖分類號：TU3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）36-0020-03

0? 引言

從建筑材料上分類，裝配式建筑包括三類，即混凝土裝配式、木結(jié)構(gòu)裝配式、鋼結(jié)構(gòu)裝配式[1]。木結(jié)構(gòu)的裝配式建筑發(fā)展歷史最為悠久。而鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑因其強度高、抗震性能強、施工方便、熱工性能良好等優(yōu)點而被廣泛應用。鋼結(jié)構(gòu)的裝配式建筑從用途上分為重型鋼結(jié)構(gòu)建筑和輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑。重型鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點一般為跨度大、空間大、強度高、剛度大，比如高層鋼結(jié)構(gòu)、設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)、橋梁鋼結(jié)構(gòu)等。而輕型鋼結(jié)構(gòu)主要是指普通的房屋建筑，比如普通住宅、度假村建筑、臨時類建筑等，具有拆卸方便、結(jié)構(gòu)安全、建筑設(shè)計年限短等特點[2]。

1? 我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀

近三年，在政府部門的大力支持下，鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑迎來了新的發(fā)展時期。2016年3月，李克強總理在《政府工作報告》中提出，要大力發(fā)展裝配式建筑，積極推廣綠色建材;同年9月，國務院印發(fā)的《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見》中提出：“發(fā)展裝配式建筑是建造方式的重大變革，是推進建筑業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要舉措?！盵3]國務院發(fā)布的《關(guān)于進一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》中指出，要求在10年之內(nèi)使裝配式建筑占新建建筑比例達到30%。黨的十八大以來，各地政府多部門相繼提出了發(fā)展裝配式建筑的實施意見（見表1）[4]。

2? 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)體系介紹

目前，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑主要有以下幾種體系。

2.1 鋼管混凝土裝配式建筑體系

該體系以鋼管混凝土為基本受力構(gòu)件，同時設(shè)置鋼板、核心筒、鋼支撐等抗側(cè)力構(gòu)件。其圍護結(jié)構(gòu)以輕質(zhì)混凝土砌塊或新型輕質(zhì)墻板為主，新型輕質(zhì)墻板根據(jù)構(gòu)造方式分為內(nèi)嵌式、外掛式以及嵌掛結(jié)合式[5]，內(nèi)嵌式墻板需要設(shè)置鋼支撐，施工工序復雜，限制了其應用推廣。常用的外掛式墻板有輕質(zhì)混凝土夾芯板、太空復合板、增強夾芯板，嵌掛結(jié)合板有DK復合板、ALC板等。

該體系使用裝配化的樓板，免去了支模施工工序，實現(xiàn)了部分裝配化[6]。

與傳統(tǒng)的鋼柱建筑和鋼筋混凝土建筑相比，裝配化率達到 70%左右，力學性能、抗震性能和熱工性能都優(yōu)良，具有節(jié)省鋼材、降低了造價、施工工期短等優(yōu)點。但是，鋼管混凝土裝配式結(jié)構(gòu)沒有實現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與外圍護系統(tǒng)、內(nèi)部管線設(shè)備系統(tǒng)的一體化建造。樓板施工中的水電管線等設(shè)備大都需要敷設(shè)在現(xiàn)澆層內(nèi)，這還有待研究開發(fā)[7]。

2.2 新型模塊化鋼結(jié)構(gòu)

新型模塊化鋼結(jié)構(gòu)建筑體系一般用于工業(yè)建筑，裝配化率超過90%。該體系目前主要有兩類，模塊化可建模式和盒子建筑。

模塊化鋼結(jié)構(gòu)建筑體系的主體結(jié)構(gòu)包括裝配式主板和斜向支撐。裝配式主板由工廠預制好，并與斜向支撐立柱共同組成空間受力體系。裝配式主板由壓型鋼板組合板、支撐鋼桁架組成，裝配式主板內(nèi)部嵌入空調(diào)、消防、水電等管線設(shè)備。該體系具有施工速度快、現(xiàn)場安裝無垃圾等優(yōu)點[8]。同時，建筑的戶型以及門窗的位置可自由改變。但該結(jié)構(gòu)還存在結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件裸露以及隔音效果差等問題。

盒子建筑，是先將傳統(tǒng)建筑房間按功能區(qū)域進行劃分，由工廠提前預制好模塊的立柱、墻體、樓板、門窗等構(gòu)件，然后將箱型模塊運輸?shù)浆F(xiàn)場進行整體吊裝組合，其裝配化程度高，建筑自重輕，工期短[9]。

盒子建筑在國內(nèi)應用較少，目前還在研究階段。對工廠要求較高，由于盒子建筑的構(gòu)件尺寸較大，運輸、吊裝、施工都有困難，成本問題也是制約原因[10]。

2.3 鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)

鋼管混凝土組合異形柱建筑體系通過豎向構(gòu)件相互連接，并按設(shè)計要求設(shè)置縱橫向加勁肋。從而能夠使各異形柱之間形成有效地空間格構(gòu)式整體結(jié)構(gòu)，相互之間協(xié)同工作，具有很強的抗震能力。異形柱的截面尺寸較小，方便隱藏在墻體內(nèi)部，房間布置靈活，可用于小高層項目中。

2.4 整體式空間鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)

空間鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)多應用于高層建筑中?？臻g鋼板網(wǎng)格結(jié)構(gòu)或鋼框架-核心筒結(jié)構(gòu)作為豎向承重外墻及分戶墻，橫向鋼網(wǎng)格樓蓋作為建筑的樓板，兩者連接后其結(jié)構(gòu)形式就形成了三維受力結(jié)構(gòu)[11]。空間鋼板網(wǎng)格結(jié)構(gòu)或鋼框架-核心筒結(jié)構(gòu)可以根據(jù)建筑功能自由劃分，居室布置較為靈活。

2.5 鋼管束組合剪力墻結(jié)構(gòu)

該體系由鋼管束剪力墻作為豎向承重構(gòu)件，鋼筋桁架作為樓板體系。在鋼管束內(nèi)澆筑混凝土，使鋼管束和混凝土協(xié)同工作。同時，可根據(jù)需要將鋼管任意排列，解決了梁柱在室內(nèi)容易暴露的問題。其缺點是用鋼量多，施工工作量大。

3? 裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工體系技術(shù)分類

裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系的技術(shù)要點主要有標準化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、智能化應用、信息化管理為六大典型特征[12]。鋼結(jié)構(gòu)住宅施工技術(shù)按照不同的劃分方式，可劃分為“三大體系”，即結(jié)構(gòu)支撐體系、外圍護體系和內(nèi)裝體系。

3.1 結(jié)構(gòu)支撐體系

鋼結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)體系可劃分為：鋼框架體系、鋼框架-混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系、鋼框架-鋼支撐結(jié)構(gòu)體系、鋼框架-核心筒體系等[13]，隨著技術(shù)進步，會出現(xiàn)更新型的結(jié)構(gòu)體系。鋼框架體系和鋼框架-混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系較為常見。鋼框架結(jié)構(gòu)體系建筑平面布置靈活，可做成需要大空間的會議室、餐廳、辦公室等。鋼框架-混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系有效的將鋼材的強度高、重量輕、施工速度快和混凝土的抗壓強度高、防火性能好、抗側(cè)剛度大的特點結(jié)合起來。變形較小，舒適性好，且造價較低，易于推廣。

3.2 外圍護體系

外圍護體系按照構(gòu)造形式分類主要有砌塊式、條板式、大板式等。應用比較廣泛的有幕墻、PC掛板等;但成本較高，只能應用于高檔項目。為了推廣應用，應加強研發(fā)外圍護與保溫裝飾一體化產(chǎn)品，研發(fā)外墻板與鋼結(jié)構(gòu)的連接技術(shù)，其連接節(jié)點更加適應鋼結(jié)構(gòu)建筑。

3.3 內(nèi)裝體系

目前內(nèi)裝體系與結(jié)構(gòu)體系不分離的特點，嚴重制約著鋼結(jié)構(gòu)裝配式產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化工業(yè)化的發(fā)展;而裝配式建筑設(shè)備管線分離，水電管線埋在裝飾層中，同時還應進一步加強研發(fā)一體化產(chǎn)品及其與鋼結(jié)構(gòu)的連接技術(shù)。

4? 裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系應用的優(yōu)勢及亟待解決的問題

4.1 應用優(yōu)勢

4.1.1 建造質(zhì)量好，施工精度高

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件是由各種型材組成，制作簡便、工業(yè)化程度高、加工精度高;現(xiàn)場裝配采用螺栓或焊接連接，能確保施工的精度，為外圍護墻和內(nèi)隔墻的安裝及裝飾裝修提供了方便。鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)企業(yè)質(zhì)量體系均比較健全，鋼結(jié)構(gòu)建筑的建造質(zhì)量容易保證。構(gòu)件屬于綠色建材，污染小，材料可回收。

4.1.2 施工速度快，有效縮短工期

構(gòu)件均為工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場裝配，施工速度很快;外圍護墻和內(nèi)隔墻采用工廠生產(chǎn)的一體化墻板運到現(xiàn)場進行裝配，不僅能保證質(zhì)量，且能縮短工期[14]。

4.1.3 抗震性能好

鋼結(jié)構(gòu)建筑重量輕、延性好、塑形變形能力強，抗震性能良好尤其適用于高烈度區(qū)幼兒園、學校、醫(yī)院重點設(shè)防類建筑。

4.2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)存在的問題

4.2.1 圍護體系有待改進

建筑圍護結(jié)構(gòu)的性能直接關(guān)系到應用效果。目前，在隔熱、隔音等技術(shù)指標上建筑存在問題。墻體和鋼梁鋼柱連接措施不完善，易引起漏水、開裂等，墻體接縫處理也存在問題。

4.2.2 設(shè)備管線系統(tǒng)發(fā)展滯后

目前尚未重視配套管線設(shè)備研究。無法發(fā)揮出“結(jié)構(gòu)、圍護、管線一體化”優(yōu)勢，設(shè)計標準不一致，未合理布置梁柱墻體等與設(shè)備管線的關(guān)系。工程建成后易出現(xiàn)了管線不匹配、設(shè)備不協(xié)調(diào)等情況。

前期沒有結(jié)構(gòu)、圍護、管線一體化設(shè)計，就會影響了施工成本和效率，施工中存在開槽開洞情況。如在預制構(gòu)件中預埋暖通管線，樓板多為半預制半現(xiàn)澆。

4.2.3 鋼梁鋼柱外露

大開間、大跨度的建筑由于對強度和剛度要求，鋼梁鋼柱尺寸較大難于隱藏。同時，鋼結(jié)構(gòu)斜撐、加勁肋等構(gòu)件也不便隱藏。

5? 結(jié)語

進行鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑體系設(shè)計和施工時，應基于建筑功能設(shè)計裝配式鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，滿足安全性、個性化，充分考慮實用性、經(jīng)濟性，不斷推動建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

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