鋼結(jié)構(gòu)在裝配式建筑中的應(yīng)用研究

馬 倩

山東德建集團有限公司

1 引言

隨著我國建筑部門的發(fā)展，我國在施工技術(shù)方面的研究也得到了很大的提升，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人口結(jié)構(gòu)的老化，我們需要一種不同于傳統(tǒng)的高強度建筑方法來適應(yīng)社會發(fā)展的變化，所以裝配式的建筑方法因此而出現(xiàn)了。預(yù)制裝配式建筑分為裝配式混凝土建筑，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑以及裝配式木結(jié)構(gòu)。如果裝配式預(yù)制結(jié)構(gòu)的垂直部分由預(yù)制單位承擔，則這些單位的力傳輸就特別不可靠，尤其是一些結(jié)構(gòu)靠著剪力來傳遞更是會影響到結(jié)構(gòu)的發(fā)展效果。然而，由于其負載能力有限，只能在較低的建筑物中使用預(yù)制結(jié)構(gòu)；鑒于其承重能力高和抗震能力高，城鄉(xiāng)住房和建筑部也在積極促進裝配式鋼結(jié)構(gòu)的建造[1]。

2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑特點

利用裝配式鋼結(jié)構(gòu)建造性能優(yōu)良、綜合性能好的建筑，推動新產(chǎn)品研究，不僅極大地促進了國家建設(shè)而且還便于我國對于裝配式結(jié)構(gòu)的研究。主要體現(xiàn)在兩個方面：第一，鋼結(jié)構(gòu)更輕、更偏向于工業(yè)化。用鋼結(jié)構(gòu)建造的建筑物通常重量輕并且強度高，不僅如此，在這基礎(chǔ)上使用的鋼材更加能夠承受重量。第二，鋼結(jié)構(gòu)大大提高了結(jié)構(gòu)工程師的工作效率，裝配式鋼結(jié)構(gòu)的使用使得工期的時間大大縮短，確保許多金融交易的安全。

3 我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)在實際施工中所具有的優(yōu)勢

3.1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)，建筑內(nèi)容較為集成

建筑鋼結(jié)構(gòu)有一個獨特的優(yōu)勢即優(yōu)化建筑物的表面和擴大內(nèi)部范圍，而且承重剪力墻的結(jié)構(gòu)也因此而被大大減少。從建筑的角度出發(fā)，我們可以把我們的利益結(jié)合在優(yōu)化建筑物內(nèi)部的設(shè)計，比如優(yōu)化管道，在翻修期間，把管道、電線等埋設(shè)在墻內(nèi)。這樣一來不僅不損害其穩(wěn)定和安全，還能提高建筑結(jié)構(gòu)的美學效果，滿足了現(xiàn)代人口日益增長的物質(zhì)和精神需求[2]。

3.2 我國鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的使用效果較好

用于鋼結(jié)構(gòu)組裝的建筑材料主要由加工廠的預(yù)制件制造，預(yù)制件的制造主要在工廠大規(guī)模進行，不僅生產(chǎn)效率很高，很大程度上經(jīng)濟效益也明顯得到了提高。在建筑行業(yè)推行這項制度的目的是大幅度降低材料成本，避免現(xiàn)場建設(shè)項目產(chǎn)生的廢物污染。使用裝配式鋼結(jié)構(gòu)不僅降低了建筑總成本，還保證了一定的生態(tài)效益。施工現(xiàn)場的運行結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字加控技術(shù)，這樣一來也大大減少了施工總成本。

3.3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能強且鋼結(jié)構(gòu)自身質(zhì)量輕

建筑鋼結(jié)構(gòu)所用的建筑材料主要是輕型建筑材料為主，薄墻鋼管和熱軋鋼材主要運用于建筑承重墻結(jié)構(gòu)。這些材料最明顯的特征就是質(zhì)量小并且受力均勻。因此，建筑鋼結(jié)構(gòu)不僅最大限度地提高了建筑材料的效率，還減少了建筑結(jié)構(gòu)自身的質(zhì)量。建筑物的穩(wěn)定性、質(zhì)量和地震影響都得到了有效的改善[3]。

4 存在于我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中的問題

（1）目前，墻體安裝方法不合理，因為所使用的材料不符合店主要求設(shè)計的規(guī)范，更不能滿足鋼結(jié)構(gòu)在空氣循環(huán)中的需求，如溫度、濕度、防火要求等。

（2）有關(guān)人員對鋼結(jié)構(gòu)施工的技術(shù)標準不統(tǒng)一，導(dǎo)致無論是在安全生產(chǎn)方面，還是在施工結(jié)束后的質(zhì)量驗收環(huán)節(jié)，都缺乏合理的可靠性，工程質(zhì)量驗收更加缺乏專業(yè)驗收標準，這些因素往往直接導(dǎo)致工程質(zhì)量的不安全性。

（3）裝配式鋼結(jié)構(gòu)的投入使用必須依靠國家政策的支持，預(yù)制構(gòu)件還沒有完全集成化、標準化、科學化，互操作性也很低，所以工業(yè)化進程還在繼續(xù)，這就要求我們更加致力于研究和發(fā)展裝配式鋼結(jié)構(gòu)。

5 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計

5.1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑

根據(jù)建筑物的功能和抗震能力，預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)可選擇以下結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：鋼結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、大型結(jié)構(gòu)的管道結(jié)構(gòu)、移動橋梁結(jié)構(gòu)、交錯桁架結(jié)構(gòu)等。鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)簡單化、標準化和對稱，其垂直定位應(yīng)在剛性和質(zhì)量變化方面保持一致，以減少揮發(fā)性和質(zhì)量變化，同時應(yīng)考慮到溫度和降水的不利影響。所以裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該設(shè)置伸縮縫、抗震縫或者沉降縫來抵抗一些外界因素的影響。預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)必須有明確的計算表和合理的傳輸路徑，而且在整個結(jié)構(gòu)已經(jīng)失去了承受荷載的能力時，應(yīng)對鋼結(jié)構(gòu)較為脆弱的部位采取有效的保護措施，加強鋼結(jié)構(gòu)建筑的薄弱部位，以應(yīng)對因某些結(jié)構(gòu)或部分受損而造成的風力壓力和地震。鋼材和壓力鋼板相對較高的工業(yè)化水平減少了實地的工作量，節(jié)省了時間[4]。

5.2 對于鋼管樹結(jié)構(gòu)應(yīng)用的分析

鋼基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)主要由鋼管組成，其構(gòu)件以標準化、模型化的鋼管為主，鋼底連接形成鋼基礎(chǔ)，然后在鋼管內(nèi)專門施工澆筑混凝土。鋼底構(gòu)件的生產(chǎn)和使用主要作為裝配樓的主要承重構(gòu)件和抗側(cè)力構(gòu)件，由于其獨特的技術(shù)優(yōu)勢，在現(xiàn)代建筑中得到了廣泛的應(yīng)用，提高了建筑的整體安全性和穩(wěn)定性。除了上述的一些鋼梁結(jié)構(gòu)有效應(yīng)用之外，鋼管束結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢越來越明顯，在實際施工中更多地被運用和操作，不僅如此，還嚴格按照現(xiàn)行標準的技術(shù)要求進行鋼管束施工，以保證鋼梁的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，從而保證總裝樓的整體安全與穩(wěn)定?？偨Y(jié)以下幾點。

（1）標準層面必須密切監(jiān)控相關(guān)操作，包括《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》。如果預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)是高層建筑，建筑材料的使用必須符合在《高層民用建筑中建造鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)規(guī)格》的具體要求。

（2）對于裝配式鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的要求，國家主要以q235鋼為主且質(zhì)量等級不能低于B級。不僅如此，對于現(xiàn)行國家標準《碳結(jié)構(gòu)鋼》的具體要求也是需要滿足的。

（3）混凝土強度的要求。鋼管底部的混凝土加固層和控制的混凝土強度必須要超過C30，混凝土在澆筑期間必須要結(jié)合鋼管底部的混凝土剪力墻的具體要求使用，只有這樣才能保證水泥的質(zhì)量，因為混凝土的質(zhì)量得到保證，那么鋼管束結(jié)構(gòu)整體的安全性和穩(wěn)定性也得到保證。如果情況允許，整個預(yù)制建筑通常由鋼管混凝土厚度不到20cm的高密度混凝土組成，進行灌溉并最終由鋼絲束系統(tǒng)確保其安全和穩(wěn)定，或者根據(jù)實際情況可以使用普通混凝土[5]。

5.3 裝配是鋼結(jié)構(gòu)外圍護欄結(jié)構(gòu)

在連接縫隙、連接材料或者連接寬度時，應(yīng)將不同溫度、立方面積、墻體材料與結(jié)構(gòu)層之間的流動性、外墻與標志物之間的相容性結(jié)合起來，從而保證墻體外部的彈性密封材料在正常使用時具有堅實的性能。同時，連接的設(shè)計也是外圍保護的一個重要因素，在有限的狀態(tài)下，必須避免對連接的損壞，如果單個連接節(jié)點發(fā)生故障，外部連接板是不應(yīng)該掉落的，以確保連接節(jié)點有單獨的連接節(jié)點，要保證連接節(jié)點處的構(gòu)造是合理的，受力是均勻明確的，還要保證連接節(jié)點處牢固可靠。同時，如果鋼結(jié)構(gòu)和外圍欄采用的鋼體結(jié)構(gòu)變形，此時最有效的解決措施就是采用柔性連接方式，保證節(jié)點施工有利于安裝且與外圍欄相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)的持續(xù)時間也滿足設(shè)計時間的要求，并應(yīng)避免外圍欄的板破碎、組件組裝和塑性變形[6]。

6 結(jié)束語

預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)為我國低碳經(jīng)濟的發(fā)展和建筑部門的進步提供了良好的發(fā)展前景，各部在這方面也提供了許多政治保障。隨著我國的經(jīng)濟發(fā)展和技術(shù)的提高，以及經(jīng)濟全球化的不斷發(fā)展，我國更加注重對外交流，尤其是經(jīng)濟和技術(shù)方面，這就使得我國已經(jīng)逐漸形成了研究制造以及施工的一系列生產(chǎn)鏈，這為我國鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展創(chuàng)造了有利的背景。不僅如此這對我國建筑施工方面的技術(shù)以及設(shè)計技術(shù)的影響也是非常大的，很大程度上促進了我國建筑業(yè)的發(fā)展。