淺談鋼結構綠色建造

張 微

長江大學城市建設學院，湖北 荊州 434023

0 引言

為順應世界經濟增長方式轉變，綠色、生態(tài)、可持續(xù)發(fā)展已成為建筑業(yè)發(fā)展必然趨勢。國務院于2013 年1 月1 日發(fā)布《綠色建筑行動方案》［1］，財政部和住建部并提出對高星級綠色建筑實施獎勵措施［2］。鋼結構具有“輕、快、好、省”四大優(yōu)異特性，是綠色建筑的典型代表［3］。為促進建筑業(yè)轉型升級，推動綠色施工和建筑節(jié)能減排，住建部批準15 家鋼結構企業(yè)開展房屋建筑工程施工總承包試點［4］，各單位紛紛成立鋼結構產業(yè)化基地及集成裝配研究中心，向綠色商業(yè)建筑、綠色鋼結構住宅、模塊化生態(tài)建筑、綠色生態(tài)工業(yè)園等方向推廣和試點，并取得豐富成果、積累一定經驗，為鋼結構行業(yè)綠色施工和綠色建造起到了引領作用。

杭蕭鋼構在包頭試點“萬郡·大都城”鋼結構住宅項目［5］，東南網架承建的錢江世紀城人才專項用房［6］，中建鋼構建設的中建鋼構大廈［7］，均采用裝配式鋼結構創(chuàng)新技術，以鋼結構作為建筑承重骨架，用環(huán)保、輕質、節(jié)能材料做圍護結構，施工便捷、周期短、空間利用率大，建筑垃圾少等優(yōu)點，可真正實現四節(jié)一環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的目標。

本文結合鋼結構深化設計、加工制作、現場裝配等環(huán)節(jié)，對鋼結構綠色施工進行研究。同時對鋼結構綠色建造的發(fā)展導向進行探討，引領鋼結構工業(yè)化、裝配式、集成化發(fā)展。

1 綠色施工

鋼結構建筑主要采用鋼板或成品型材，在加工廠制作，現場安裝而成，其綠色施工技術主要貫穿于深化設計、加工制作、現場安裝三個環(huán)節(jié)。

1.1 深化設計

深化設計要滿足制作工藝、過程運輸、現場安裝等要求，還涉及與各專業(yè)的交叉配合。深化設計由總包方牽頭，土建、鋼構、機電、幕墻、裝飾、暖通、消防、給排水等各專業(yè)參與，成立深化設計部門，創(chuàng)建信息共享平臺，確保信息及時、準確地傳遞，將圖紙上的問題反映到模型中提前解決，避免后期施工出現的構件碰撞及因返工造成的人力、材料浪費情況。

在設計過程中結合制作、運輸、安裝等綜合因素，根據現場堆場和起重設備能力，最大限度的減少構件分段。例如高層建筑從下往上外框柱截面不斷縮小，最下面可一層一段，中間兩層一段，上面三層一段，在減少吊次的同時也降低了安全風險，同時也減少了焊接工作量及焊接引起的建筑垃圾。

對臨時連接措施，例如耳板、夾板等，根據構件尺寸和重量采用不同厚度的連接板。對鋼柱對接焊接的下環(huán)板、襯板等零部件進行優(yōu)化，減少材料浪費。優(yōu)化節(jié)點構造方式，現場盡量采用螺栓和栓焊連接，減少現場焊接工作量。

涉及到與各專業(yè)搭接問題，需站在總體局面上考慮，不能只顧單方利益。例如鋼骨混凝土勁性梁結構，拉筋與腹板的常規(guī)做法為腹板開孔，拉筋穿入；如采用腹板焊接搭接板，搭接板上焊接鋼筋，拉筋與構造筋連接方式，可避免工廠開孔的繁瑣手段，又極大地方便了土建施工，加快項目施工進度。

1.2 加工制作

加工制作是深化設計和現場裝配的紐帶，也是鋼結構材料和資源消耗量最大的環(huán)節(jié)。

鋼結構加工廠應選擇長期合作的合格材料供應商，避免因材料不合格造成的質量隱患及引起的材料、資源、勞動力的浪費。根據構件本體和零部件分別進行排版，向鋼廠定尺訂貨，減少鋼材廢料。對鋼材切割產生的廢料和廢渣，分類收集、集中堆放、定期回收處理。制定廢棄物管理計劃，優(yōu)化下料、綜合利用下腳料，廢料。

加工車間應合理規(guī)劃，確保從下料、矯正到加工、組立、涂裝一條生產線，部署材料和構件堆場，最大限度的利用加工場地，減少構件轉運次數。車間配置的機械設備，應采用綠標認證和節(jié)能認證的機械設備。嚴格控制機械使用時間，嚴禁設備空運轉。對于設備加工期間產生的廢料（廢油）等需回收處理。

根據鋼材型號不同進行分類，使用不同的回收箱和清楚的標識等合理方法來管理回收材料，現場的大宗原料堆放點不應混有其它原材料，不同品種的鋼材分類堆放。場地要有相應的坡度，利于排水，避免因鋼材生銹產生土壤和水體污染。

嚴格把控加工質量，減少因構件制作不合格引起的返工和材料浪費，對于桁架層等復雜部位，鋼結構的制作和安裝前，應在工廠預拼裝，以避免或減少錯誤或誤差。在使用油漆、涂料等含有揮發(fā)性有機化合物材料時，注意選擇低揮發(fā)性產品，須提供有害物質檢測報告或提供有害物質檢測報告，涂裝作業(yè)應在指定區(qū)域進行，工人進行涂裝作業(yè)時需穿戴配套的防護用品，最大限度的降低職業(yè)病危害。

1.3 現場裝配

對現場安裝人員進行綠色施工培訓，召開綠色施工專題會議，建立環(huán)保、節(jié)能和綠色施工理念。根據現場安裝、焊接質量和材料重復利用情況，建立獎懲制度，對焊絲浪費少，廢料利用率高的班組進行獎勵。

項目部設置配套勞保設施，為工人提供安全操作平臺。電焊人需佩戴護目鏡、面罩等防護器具，在高空、危險處作業(yè)應佩戴安全帶；油漆和防火涂料施工人員應佩帶口罩等。對夜間實施對焊和電焊作業(yè)以及鋼結構焊接加工，應有設置遮光棚，減少光污染。

使用的焊材應有焊材、油漆和防火涂料，應取得國家環(huán)境體系和綠色認證，且產品質量合格。焊絲具有優(yōu)良的焊接性能，最大程度減少因為焊接問題產生的材料浪費和環(huán)境污染。采用高強、高韌、低氫、綠色、環(huán)保焊材，減少焊接煙霧對大氣環(huán)境的污染和有毒有害成分焊接人員健康的影響。油漆和防火涂料施工時，應對地面采取隔離措施，減少油漆和涂料滴落引起的樓板污染。

制定施工廢棄物管理計劃，并按照計劃內容落實措施。將切割的連接耳板，作為鋼結構安裝臨時靠碼；對鋼柱連接夾板進行重復利用，確保利用率不低于50%；對擰掉的高強螺栓梅花頭進行回收，對多余的廢鋼進行集中堆放統(tǒng)一，交由公司廢棄物管理科進行回收處理。

2 綠色建造

在建筑全生命周期中，需貫穿“減量化、再利用、資源化”的循環(huán)發(fā)展原則，鋼結構的工業(yè)化、標準化和產業(yè)化生產方式、循環(huán)型的產業(yè)體系，恰恰滿足了滿足建筑“節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)?！钡囊蟆Ｎ磥礓摻Y構綠色建造主要朝綠色商業(yè)建筑、綠色鋼結構住宅、模塊化生態(tài)建筑、綠色生態(tài)工業(yè)園等方向發(fā)展，其結構體系主要為：鋼框架+輕質墻板以及全模塊化體系。

2.1 鋼框架+輕質墻板體系

鋼框架+輕質墻板體系以結構骨架+三板體系構成，結構骨架采用板厚較薄、截面較小的 H 型鋼、箱型鋼柱，墻體體系以ALC 板、EPS 砼復合夾芯板、輕鋼龍骨灌漿板、保溫裝飾一體板為內外墻板，以鋼筋桁架組合板為樓板體系，組成完整的建筑體系。相較于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土體系，工時工效可提升30～40%，得房率提升5～10%，建筑垃圾降低70～80%，綜合成本基本持平［9］。鋼框架+輕質墻板體系屬于主流市場，目前已建成的鋼結構住宅如“蘭州新區(qū)裝配式鋼結構保障房項目”、“文昌嘉苑社區(qū)裝配化住宅”均采用此類結構體系。

該體系內墻選用輕質、高強的ALC 板等輕質條板，與傳統(tǒng)的砌塊相比，輕質防火隔墻板重量輕，厚度小，大大的節(jié)省了建筑空間和建造成本。輕質條板采用A 級防火，大大提高建筑耐火等級，其內部組成材料及聚苯乙烯泡沫顆粒，都具有良好的隔聲和吸音功能的保溫隔聲效果良好。且輕質隔墻板施工便捷，相比傳統(tǒng)的砌體施工效率提高10～15 倍，大大縮短了施工周期。

外墻選用ALC 板基墻+保溫裝飾ET 板面層。ALC 板基墻采用蒸壓加氣混凝土條板和蒸壓加氣塊兩種材料，并在基墻面層進行防水處理。ET 板是由粘結層、保溫裝飾成品板、錨固件、密封材料等組成，其新型錨固方法、節(jié)點及冷橋設計處理大大加快了施工速度和降低節(jié)能損失。ALC 板基墻+保溫裝飾ET 板面層可實現材料、構造、結構三重防水功能，滿足外墻保溫與裝飾效果。

鋼筋桁架樓承板可采用疊合板和現澆樓板兩種體系，現澆樓板底模又分為鍍鋅鋼板、木板和復塑板，其中木板和復塑板底?？稍诨炷翝仓瓿珊蟛鸪啄Ｖ貜屠?。鋼筋桁架樓承板實現立體交叉作業(yè)，大大縮短主體結構施工周期。

2.2 全模塊化體系

全模塊化結構體系劃分為柱模塊、梁模塊和板模塊和圍護模塊，由柱、單元連接件、主梁、次梁、水泥基墻體、結構保溫墻板、木格柵、金屬屋面組成，采用集成廚房、集成衛(wèi)浴，智能家居電器等集成系統(tǒng)，滿足生態(tài)、宜居、智能、高效、多元的未來生活方式。

全模塊化體系V1.0 以構件模塊化進行裝配，包含主結構（梁模塊、柱模塊、屋面模塊、外墻模塊、內墻模塊）、圍護體系（門模塊、窗模塊、外掛保溫板模塊、格柵模塊）、連接構造（螺栓、標準件連接）。鋼結構主體部分采用現場全螺栓連接；圍護體系與結構構件間采用標準連接件快速連接；主體結構均采用可再生的型鋼材料，屋頂采用彩光板，外圍護采用輕質墻板等，絕大部分材料回收后可作為再生資源，可再生材料占總類別比例超過40%。同時在屋頂設置24 塊太陽能光伏板，年發(fā)電量可達2.1 萬度。

隨著工業(yè)化和裝配化的發(fā)展，模塊化鋼結構逐步邁入V2.0時代，將梁板等組成樓板模塊，內外墻在加工廠組裝成墻板模塊，同時在樓板及墻板內穿入集成管線，在墻板模塊外增加裝修飾面，實現建筑裝飾一體化。模塊化鋼結構V3.0 時代采用BIM 技術實現可視化虛擬建造，可根據業(yè)主需求在設計期間隨時進行修改，根據模塊間可進行多樣組合，并根據不同的功能需求，形成學校、辦公樓、住宅等多種產品。

全模塊化體系鋼結構，從構件裝配到模塊裝配發(fā)展到單元裝配，是智能建造的發(fā)展產物，其工業(yè)化程度高，結構靈活性強，可按照建筑模數進行批量生產，可滿足大面積建造，是未來鋼結構全模塊化體系綠色建造的主要發(fā)展方向。

3 結論

（1）本文對鋼結構深化設計、加工制造到現場裝配各個方面的綠色施工技術進行探討，提出鋼結構實現綠色施工和四節(jié)一環(huán)保的具體措施和方法，可為鋼結構施工企業(yè)綠色施工提供參考。

（2）就鋼結構綠色建造采用的鋼框架+輕質墻板體系以及全模塊化體系進行研究，對其結構組成和材料進行闡述。鋼框架+輕質墻板體系主要適用于大面積鋼結構住宅開發(fā)，全模塊化鋼結構裝配體系是未來鋼結構綠色建造發(fā)展的必然趨勢。

（3）鋼結構施工企業(yè)應緊抓國家大力推動鋼結構綠色建筑發(fā)展和新型城鎮(zhèn)化建設的戰(zhàn)略機遇，進行產業(yè)結構調整和升級，為建筑工業(yè)化、鋼結構綠色節(jié)能建筑產業(yè)的發(fā)展做出貢獻。