裝配式多、高層鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系研究與進展

郝際平 薛強 郭亮 孫曉嶺

【摘要】近年來，發(fā)展裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑政策密集出臺，相關(guān)企業(yè)、高校在國家政策倡導(dǎo)下研發(fā)新型裝配式高層鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系。本文梳理了國內(nèi)發(fā)展裝配式建筑及鋼結(jié)構(gòu)建筑的主要政策，總結(jié)了國內(nèi)目前住宅鋼結(jié)構(gòu)建筑體系的研究發(fā)展現(xiàn)狀，并列舉了目前各種體系存在的問題，并提出解決相關(guān)問題的建議。裝配式壁柱多高層鋼結(jié)構(gòu)建筑體系適用于住宅建筑和公共建筑，同時標準化程度高，適合規(guī)?；?、工業(yè)化生產(chǎn)，體系成熟可靠。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu);裝配式建筑;政策;裝配式多、高層鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系

1.裝配式建筑及產(chǎn)業(yè)政策

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑是指：標準化設(shè)計、工業(yè)化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理、智能化應(yīng)用，支持標準化部品部件的鋼結(jié)構(gòu)建筑。發(fā)展裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑是建造方式的重大變革，是推進供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要舉措，有利于節(jié)約資源、減少施工污染、提升勞動生產(chǎn)效率和質(zhì)量安全水平，有利于促進建筑業(yè)與信息化工業(yè)化深度融合、培育新產(chǎn)業(yè)新動能、推動化解過剩產(chǎn)能。

2016年，裝配式建筑和鋼結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)政策密集出臺，鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)迎來前所未有的發(fā)展機遇。2016年2月1日，國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于鋼鐵行業(yè)化解過剩產(chǎn)能實現(xiàn)脫困發(fā)展的意見》，明確指出推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)建筑，結(jié)合棚戶區(qū)改造、危房改造和抗震安居工程實施，開展鋼結(jié)構(gòu)建筑推廣應(yīng)用試點，大幅提高鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用比例;2016年2月6日，中共中央、國務(wù)院發(fā)布《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》，指出在發(fā)展新型建造方式方面加大政策支持力度，積極穩(wěn)妥推廣鋼結(jié)構(gòu)建筑;2016年3月5日，第十二屆全國人民代表大會第四次會議上李克強總理的政府工作報告中提出積極推廣綠色建筑和建材，大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)和裝配式建筑，提高建筑工程標準和質(zhì)量。這是在國家政府工作報告中首次單獨提出發(fā)展鋼結(jié)構(gòu);2016年9月14日，李克強總理主持召開國務(wù)院常務(wù)會議，認為按照推進供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的要求，大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)、混凝土等裝配式建筑，具有發(fā)展節(jié)能環(huán)保新產(chǎn)業(yè)、提高建筑安全水平、推動化解過剩產(chǎn)能等一舉多得之效。會議決定以京津冀、長三角、珠三角城市群和常住人口超過300萬的其他城市為重點，加快提高裝配式建筑占新建建筑面積的比例;2016年9月27日，國務(wù)院辦公廳發(fā)布《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，要求按照適用、經(jīng)濟、安全、綠色、美觀的要求，推動建造方式創(chuàng)新，大力發(fā)展裝配式混凝土建筑和鋼結(jié)構(gòu)建筑，不斷提高裝配式建筑在新建建筑中的比例[1-4]。

2017年2月21日，《國務(wù)院辦公廳關(guān)于促進建筑產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》（國辦發(fā)[2017]24號）提出，要推廣智能和裝配式建筑，大力發(fā)展裝配式混凝土建筑和鋼結(jié)構(gòu)建筑，在具備條件的地方倡導(dǎo)發(fā)展現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部全面貫徹實施中共中央國務(wù)院的部署，2017年3月23日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于印發(fā)《“十三五”裝配式建筑行動方案，裝配式建筑示范城市管理辦法，裝配式建筑產(chǎn)業(yè)基地管理辦法》的通知（建科2017-77號）提出一系列舉措促進全國上下形成了發(fā)展裝配式建筑的政策氛圍和市場環(huán)境，整體發(fā)展態(tài)勢初步形成。2017年9月5日，《中共中央國務(wù)院關(guān)于開展質(zhì)量提升行動的指導(dǎo)意見》（中發(fā)[2017]24號）進一步提出，大力發(fā)展裝配式建筑，提高建筑裝修部品部件的質(zhì)量和安全性能。

2017年全國各地出臺了推進裝配式建筑發(fā)展相關(guān)政策文件。各地政府積極響應(yīng)中共中央和國務(wù)院的號召，截至2017年底，全國31個省（自治區(qū)、直轄市）出臺了推進發(fā)展裝配式建筑發(fā)展的相關(guān)政策文件。各地在推進裝配式建筑發(fā)展過程中，注重結(jié)合本地產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和社會發(fā)展情況，因地制宜確定發(fā)展目標和工作重點，在土地出讓、規(guī)劃、財稅、金融等方面制定了相關(guān)鼓勵措施，創(chuàng)新管理機制，確保裝配式建筑平穩(wěn)發(fā)展。

2019年3月11日，住建部印發(fā)了《住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建筑市場監(jiān)管司2019年工作要點》。工作要點第一條第一款要求：開展鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建設(shè)試點。選擇部分地區(qū)開展試點，明確試點工作目標、任務(wù)和保障措施，穩(wěn)步推進試點工作。推動試點項目落地，在試點地區(qū)保障性住房、裝配式住宅建設(shè)和農(nóng)村危房改造、易地扶貧搬遷中，明確一定比例的工程項目采用鋼結(jié)構(gòu)裝配式建造方式，跟蹤試點項目推進情況，完善相關(guān)配套政策，推動建立成熟的鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建設(shè)體系。2019年7月12日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳批復(fù)同意山東省、湖南省開展“鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅”建設(shè)試點，試點期限均為3年（2019-2021年）;2019年7月18日，批復(fù)同意四川省開展“鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅”建設(shè)試點，試點期限均為3年（2019年—2021年）;2019年7月19日，批復(fù)同意浙江、江西、河南、青海省開展“鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅”建設(shè)試點，試點期限均為3年（2019-2021年）。裝配式式鋼結(jié)構(gòu)建筑在2019年迎來政策利好，其中鋼結(jié)構(gòu)住宅是推廣的重點[5-7]。

2.裝配式住宅建筑發(fā)展特點及問題

裝配式建筑一般從結(jié)構(gòu)材料上分為：預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系、裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系、裝配式混合結(jié)構(gòu)體系。各類體系在發(fā)展過程都遇到了諸多問題。鋼結(jié)構(gòu)具有良好的機械加工性能，易拼裝，輕質(zhì)高強，適合建筑的模塊化、標準化、工廠化、裝配化和信息化，符合創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念[8-9]。

2.1 裝配式混凝土住宅建筑特點及問題

近幾年，相比裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅，裝配式混凝土住宅發(fā)展較快，主要原因如下：大部分省市目前對建筑物裝配率要求較低，一般在20%～30%，裝配式混凝土建筑只需樓板和附屬構(gòu)件采用裝配式即可達到要求，且總體成本增量較小，約在100～200元/m2;相比鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)，市場上傳統(tǒng)土建企業(yè)占大多數(shù)，這些企業(yè)一般更愿意發(fā)展混凝土裝配式建筑。裝配式混凝土建筑的快速發(fā)展帶來很多問題。例如構(gòu)件之多精度不夠，導(dǎo)致現(xiàn)場豎向構(gòu)件鋼筋位置不對應(yīng)，無法準確連接;套筒灌漿檢測技術(shù)不成熟，屬于隱蔽工程;留下極大安全隱患;目前多數(shù)結(jié)構(gòu)體系采用“等同現(xiàn)澆”做法，相比全現(xiàn)澆，整體施工速度并無優(yōu)勢;相比鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，混凝土構(gòu)件吊重大，施工安裝難度更大;在50%裝配率時，裝配式混凝土造價高于裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑，如圖1所示。

2.2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑特點及問題[10-12]

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的主體承重構(gòu)件采用鋼材制作，具有節(jié)能低碳環(huán)保、抗震性能好、加工精度高和安裝速度快等特點。

傳統(tǒng)建造方式，工業(yè)化水平低、建造效率低下，建筑材料和設(shè)備損耗高。相比現(xiàn)澆混凝土建筑，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑用工數(shù)量減少至70%，建造效率也顯著提高，施工作業(yè)不受天氣等因素影響，建設(shè)工期有效縮短25%，工期更加可控;在節(jié)約能耗、降低建筑能耗方面有著顯著的優(yōu)勢，主要構(gòu)件和外圍護材料均在工廠制作完成，現(xiàn)場組裝，相對于傳統(tǒng)建筑可減少建筑垃圾排放80%，在建筑施工節(jié)水、節(jié)電、節(jié)材、節(jié)地等方面優(yōu)勢明顯，且在拆除后，90%以上可以重復(fù)再利用;相比混凝土建筑，鋼結(jié)構(gòu)體系延性好，在地震下，不易發(fā)生脆性破壞，鋼結(jié)構(gòu)建筑自重小，地震反應(yīng)小;裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑一般采用框架結(jié)構(gòu)體系，鋼梁跨度大，中間不需要加設(shè)豎向構(gòu)件，容易形成大空間，使得空間靈活布置更加容易實現(xiàn)，鋼構(gòu)件截面尺寸小于混凝土構(gòu)件，可以增加使用面積。

近幾年，裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑發(fā)展迅速，但是在建筑體系的研發(fā)、設(shè)計、建造、管理等方面存在不少問題。

外露梁柱問題，高層鋼結(jié)構(gòu)梁柱、支撐尺寸較大，室內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)露梁、露柱問題，影響家具布置，給住戶帶來不便;針對鋼結(jié)構(gòu)體系的標準化戶型研究不夠，從建筑方案入手改進結(jié)構(gòu)方案，可以使結(jié)構(gòu)更加合理，減少用鋼量;市場上的個別建筑體系的標準化程度低，為裝配而裝配，無法實現(xiàn)標準化、規(guī)?；团炕a(chǎn);多數(shù)結(jié)構(gòu)體系超限，需要做專項審查， 延長了項目建設(shè)周期，制約了鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展;多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)體系用鋼量偏大，使得鋼結(jié)構(gòu)住宅的成本偏高，成為推廣的主要障礙;研發(fā)時僅注重結(jié)構(gòu)體系，未從建筑系統(tǒng)角度解決問題，優(yōu)化體系集成;在設(shè)計、深化、加工、施工各個環(huán)節(jié)仍然采用傳統(tǒng)模式進行管理，各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)割裂，管理模式粗放，造成了建筑成本偏高，加工、建造難等諸多問題。

3.國內(nèi)多、高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系研究現(xiàn)狀

鋼結(jié)構(gòu)建筑體系結(jié)構(gòu)本身就屬于裝配式體系，鋼結(jié)構(gòu)建筑在公共建筑中大量應(yīng)用，住宅建筑對建筑功能要求較高，“三板問題”較為突出，在住宅建筑中應(yīng)用較少。在政策的引導(dǎo)下，在去鋼材產(chǎn)能和供給側(cè)大背景下，在住宅中采用鋼結(jié)構(gòu)體系，實現(xiàn)裝配化，已經(jīng)是建筑業(yè)界的共識。國內(nèi)一些高校和企業(yè)投入大量的力量研發(fā)新型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系。由于鋼結(jié)構(gòu)住宅剛開始，業(yè)界對于住宅鋼結(jié)構(gòu)的認識也不近相同，出現(xiàn)不同的鋼結(jié)構(gòu)建筑體系[13-14]。

3.1 主結(jié)構(gòu)體系

由于國內(nèi)傳統(tǒng)的高層住宅一般采用混凝土全剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)室內(nèi)不外露梁柱，空間完整，圍護體系采用砌體結(jié)構(gòu)，建筑使用功能較好。傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)體系一般屬于框架（支撐或延性墻板）體系，框架柱突出室內(nèi)，不采用精裝修，建筑使用品質(zhì)較差。針對該問題國內(nèi)研發(fā)了不外露梁柱的結(jié)構(gòu)體系，較典型的有鋼板組合剪力墻、鋼框架、模塊化、空間網(wǎng)格、交錯桁架等結(jié)構(gòu)體系。

3.1.1 鋼板組合剪力墻結(jié)構(gòu)體系

鋼板組合剪力墻類是指將墻體外包鋼板和內(nèi)填充混凝土的連接構(gòu)造[15]，圖2所示，從而形成類似混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系。該類體系優(yōu)缺點都較為突出，主要優(yōu)點：鋼板剪力墻可以代替混凝土剪力墻，形式靈活，可以采用混凝土剪力墻住宅戶型;做到了不外露梁柱，結(jié)構(gòu)剛度大，抗震性能好等優(yōu)點。主要缺點：由于構(gòu)件尺寸較大，運輸難度和加工難度大;現(xiàn)場需要將一字墻焊接成L、十字型等墻體，施工安裝難度較大，從目前工程實踐來看，該類結(jié)構(gòu)體系含鋼量較大，造價較高。改進建議：在建筑高度50m以下住宅建筑采用框架體系，不推薦使用該類體系，建筑高度50m～100m之間建筑，豎向構(gòu)件采用鋼管混凝土柱，抗側(cè)力構(gòu)件可采用鋼板組合剪力墻，即框架—鋼板組合剪力墻體系，大于100m，可采用鋼板組合剪力墻體系，且墻長不宜過長，將墻體模塊化和單元化來避免該類體系缺點，發(fā)揮其剛度大優(yōu)點，大于100m在高烈度上，鋼板組合剪力墻體系優(yōu)勢突出。

目前常見主要鋼板組合剪力墻體系主要如下：

（1）束管鋼板組合墻體系：該體系采用U型薄壁冷彎型4mm厚鋼板通過高頻焊接成剪力墻體系，可以組合形成任意形狀，如圖3所示，鋼結(jié)構(gòu)剪力墻可以完全替代混凝土剪力墻，一般墻體厚度在130mm～250mm之間[16-18]。

（2）波形鋼板組合剪力墻結(jié)構(gòu)體系：該體系將鋼板彎折形成波形板，將鋼板對扣形成組合剪力墻，相比其他鋼板組合剪力墻，該體系焊接量相對較小，圖4所示[19]。

（3）PSC組合剪力墻結(jié)構(gòu)體系：將鋼板焊接為如圖5所示形狀，將混凝土包裹在外側(cè)，形成組合剪力墻，該體系相比其他體系，防火和防腐性能較好，箍筋的焊接量較大，且同時需要鋼結(jié)構(gòu)和PC的制造工藝，制造工藝要求較高[20]。

此外還有箱型鋼板剪力墻等其他體系[21]，圖6所示，構(gòu)造特點與以上的體系基本相同。

3.1.2 鋼框架結(jié)構(gòu)體系

鋼框架類是目前最為常見的體系，主要有鋼框架、鋼框架—支撐、鋼框架—延性墻板體系等[22-25]。為了降低含鋼量，目前鋼框架柱多采用矩形鋼管混凝土柱，梁可采用焊接或熱軋型鋼梁。為做到不外露梁柱，多采用異形柱或?qū)挶饩匦武摴芑炷林?。主要?yōu)點：適應(yīng)性強，除適用于住宅外，還適用于學(xué)校、辦公、醫(yī)院等公共建筑;容易形成大空間，功能可變，布置靈活;相比鋼板組合剪力墻體系，加工和建造難度相對較低，易于實現(xiàn)規(guī)?；庸ず蜕a(chǎn)。主要缺點：支撐部位，圍護體系處理難度大;結(jié)構(gòu)剛度相比鋼板剪力墻較小。改進建議：將支撐與圍護體系一體化，在工廠將支撐與墻體做成整體避免現(xiàn)場作業(yè)。

（1）普通矩形鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)體系[22-25]：結(jié)構(gòu)體系采用傳統(tǒng)的矩形鋼管混凝土柱，抗側(cè)力構(gòu)件采用延性鋼板剪力墻板或支撐。為做到不外露梁柱，將戶型進行優(yōu)化布置，同時將鋼管混凝土柱外偏或偏向廚房、衛(wèi)生間一側(cè)。改類型結(jié)構(gòu)優(yōu)點是加工較為簡單，結(jié)構(gòu)體系不超限，缺點是個別地方通過偏置無法解決不外露梁柱，將柱子偏向外側(cè)，外部圍護體系施工較為繁瑣，圖7所示。

（2）異形柱框架結(jié)構(gòu)體系[26-27]：將框架柱采用多肢鋼管組合形成L、十字型柱，做到不外露梁柱，如圖8所示。

3.1.3 模塊化結(jié)構(gòu)體系

（1）盒子結(jié)構(gòu)體系[28-30]：該體系是將建筑物劃分成若干尺寸適宜的任意形狀預(yù)制集成建筑模塊，建筑平面和立面基本不受模塊限制，改體系工業(yè)程度較高，圖9所示。

（2）裝配式斜支撐框架結(jié)構(gòu)體系[31-32]：將鋼柱與梁全螺栓連接，通過隅撐加強整體結(jié)構(gòu)，樓板將設(shè)備管線一體化模塊化，做到現(xiàn)場完全沒有濕作業(yè)，如圖10所示。

3.1.4 其他結(jié)構(gòu)體系

（1）交錯桁架結(jié)構(gòu)體系[33-34]：也稱錯列桁架結(jié)構(gòu)體系，適用于中高層住宅將空間結(jié)構(gòu)與高層結(jié)構(gòu)有機地結(jié)合起來，形成較大的無柱空間，可變性強，如圖11所示。

（2）空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系[35-36]：將型鋼形成網(wǎng)格框架和網(wǎng)格樓板，再形成多、高層鋼結(jié)構(gòu)體系，如圖12所示，該體系同樣具有大空間、可變性強等特點。

3.2 樓板研究進展

樓板是非常重要的水平傳力構(gòu)件，協(xié)調(diào)整個樓層的抗側(cè)力構(gòu)件，同時剛性樓板加定也是抗震計算中最重要的假定之一，所以樓板的整體性至關(guān)重要。目前主要有鋼筋桁架模板、樓承板、混凝土疊合板、預(yù)應(yīng)力SP板等類型[37-39]。

樓板主要PC類如疊合板，PK疊合板，如圖13、圖14所示。PK疊合板不同于普通疊合板在于，PK板中配置了加設(shè)了混凝土T型肋和采用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)。疊合板底面一般為60mm厚，完成現(xiàn)澆面后一般大于等于140mm。相比普通疊合板，PK板整完成后可以控制在120mm。普通疊合板無支模距離一般不大于2.5m，PK板最大無支模距離可以達到3.0m。

鋼筋混凝土類的還有預(yù)應(yīng)力的SP板，圖15所示，該板實現(xiàn)的跨度大，但加上現(xiàn)澆混凝土疊合層后，缺點是板厚較大，優(yōu)點是可以大量節(jié)省鋼次梁。

鋼筋桁架板類，主要有普通鋼筋桁架板和可拆卸鋼筋桁架板類，圖16、17所示。普通鋼筋模板最大缺點是在混凝土成型后，脫模較為困難，且脫模后底面不平整，仍然需要二次粉刷。在普通鋼筋桁架模板的基礎(chǔ)之上，杭蕭鋼構(gòu)和多維集團分別研發(fā)了可拆卸鋼筋桁架模板，杭蕭的產(chǎn)品主要采用鍍鋅鋼底模板，多維集團采用竹膠板底模板等?？刹鹦惰旒馨宓暮锰幨敲撃：笃秸?，適宜于住宅建筑，缺點是造價偏高。

樓承板是鋼結(jié)構(gòu)最早使用的底模板，由于最早采用的開口板只能作為底模板，底模不平整，用在住宅時觀感較差，閉口板較開口板相對平整，圖18所示，可以應(yīng)用在公寓建筑中。

3.3 圍護體系研究進展

圍護墻體近幾年快速發(fā)展，在性能、工業(yè)化程度、耐久性、建筑功能上有很大提高，主要有幕墻類、板材類、輕鋼龍骨類、整體式墻板及PC類等[40-43]，但每種墻體都有自身的優(yōu)點和缺點，一種墻體很難解決全部問題，將各種墻體材料混合應(yīng)用，同時構(gòu)造做法互相借鑒融合是圍護系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢。

幕墻類：幕墻式圍護系統(tǒng)較適合裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑，采用柔性連接，裝配率高，做到了結(jié)構(gòu)、保溫裝飾一體化，缺點是造價過高，在住宅中應(yīng)用較少。保溫裝飾一體板借鑒幕墻做法，由粘結(jié)層、保溫裝飾成品板、錨固件、密封材料等組成，如圖19所示。適用于新建筑的外墻保溫與裝飾，既有建筑的節(jié)能和裝飾改造;也適用于各類公共、住宅建筑的外墻外保溫;北方寒冷地區(qū)和南方炎熱地區(qū)建筑都具有較好的適應(yīng)性。保溫裝飾一體化板采用系統(tǒng)設(shè)計，全自動化生產(chǎn)，全裝配式安裝，同時比傳統(tǒng)節(jié)能保溫的施工做法有著更優(yōu)的保溫隔熱功能。目前國內(nèi)很多裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅體系采用該圍護系統(tǒng)。

板材類：條板墻體是目前應(yīng)用較為廣泛的墻體。其中目前應(yīng)用最多的就是AAC蒸壓輕質(zhì)砂加氣混凝土墻板，板面平整度高，可以做到免抹灰，傳熱系數(shù)低，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)保溫一體化，該類墻板在國內(nèi)生產(chǎn)廠家多，較為成熟。相較輕質(zhì)復(fù)合外墻板，AAC干縮率較小，外墻板縫采用結(jié)構(gòu)膠填充，抗開裂性強，由AAC板材形成雙層復(fù)合墻體系統(tǒng)，在國內(nèi)裝配鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑應(yīng)用較多，如圖20所示。

輕鋼龍骨類：輕鋼龍骨保溫裝飾一體板采用鍍鋅輕鋼龍骨作為承重體系，圖21，并融合保溫裝飾一體板技術(shù)一次成型，可以廣泛應(yīng)用于外墻圍護和內(nèi)墻隔斷。該墻體具有用鋼量低，結(jié)構(gòu)自重輕，有利于抗震;工廠化程度高，運輸方便，現(xiàn)場易于裝配;干法作業(yè)，環(huán)保節(jié)能。

以上圍護體系現(xiàn)場散拼為主，安裝效率較低，隨著裝配式建筑的進一步發(fā)展，出現(xiàn)了多種整體墻外掛板類，主要有輕質(zhì)整體外掛墻板和預(yù)制PC整體式外掛墻板，如圖22、23所示。整體式外掛墻板安裝效率高，但墻體整體平整度較難保證。預(yù)制PC整體式外掛板墻體，制作工藝成熟，耐久性好，但也存在重量較大，運輸效率低等缺點，鋼結(jié)構(gòu)相對較柔，預(yù)制PC墻體增加結(jié)構(gòu)負擔，在國內(nèi)裝配鋼結(jié)構(gòu)住宅有一定的工程應(yīng)用。以輕鋼龍骨為基礎(chǔ)的整體外掛墻板目前研究較少，在裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑應(yīng)用項目也較少。

4.裝配式壁柱多高層鋼結(jié)構(gòu)建筑體系研究及工程應(yīng)用

壁柱多、高層鋼結(jié)構(gòu)建筑體系是由西安建筑科技大學(xué)綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)團隊，以系統(tǒng)工程學(xué)為指導(dǎo)，國內(nèi)外技術(shù)為基礎(chǔ)[44-46]，圖24所示，最新研發(fā)的綠色集成高層鋼結(jié)構(gòu)建筑體系。該體系以建筑系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)，以成熟技術(shù)為基礎(chǔ)，經(jīng)過系統(tǒng)的試驗研究和項目實踐研發(fā)而成，圖25和圖26所示。

4.1 壁柱建筑體系構(gòu)成

壁柱結(jié)構(gòu)體系的鋼管混凝土柱高度在180-250mm之間，高寬比在1：2-1：4之間，做到不外露梁柱，同時具有“少規(guī)格、多組合”的優(yōu)勢，由壁柱組合逐級組合形成多種結(jié)構(gòu)體系。從構(gòu)件截面形式和連接形式創(chuàng)新發(fā)展到構(gòu)件單元化、組合化創(chuàng)新，從而實現(xiàn)適用于各類功能的結(jié)構(gòu)體系，如圖27所示[50]。

由壁柱及抗側(cè)力構(gòu)件組合形成多成建筑體系，壁柱框架、壁柱框架—支撐結(jié)構(gòu)體系、壁柱框架—鋼板復(fù)合墻結(jié)構(gòu)體系、壁柱框架—連肢壁柱筒體結(jié)構(gòu)、壁柱框架—連肢鋼板組合墻筒體結(jié)構(gòu)體系，圖19所示。

4.2 壁柱體系抗震性能研究[51]

西安建筑科技大學(xué)綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)研發(fā)中心針對壁柱系統(tǒng)開展了較為系統(tǒng)的抗震性能研究：通過理論與數(shù)值分析相結(jié)合的方式，獲得了壁式鋼管混凝土柱、雙側(cè)板連接節(jié)點的內(nèi)力分布模式和破壞機理，形成了構(gòu)件和節(jié)點的設(shè)計理論;通過高軸壓比低周反復(fù)足尺試驗研究了構(gòu)件和節(jié)點的滯回性能，并驗證了設(shè)計理論的可靠性，圖28所示。

4.3 壁柱建筑體系多方管理平臺[52-55]

智慧建造一體化協(xié)同管理平臺是一個基于建筑全生命周期的協(xié)同工作平臺。裝配式建筑參與方較多，協(xié)同管理平臺可以把項目周期中各個參與方集成在一個統(tǒng)一的工作平臺上，改變了傳統(tǒng)的分散交流模式，實現(xiàn)了信息的集中存儲與訪問，從而縮短項目的周期時間，增強信息的準確性和及時性，提高各參與方協(xié)同工作的效率。做到四個協(xié)同：設(shè)計協(xié)同、深化協(xié)同、加工協(xié)同、施工協(xié)同，圖29所示。

（1）裝配式建筑設(shè)計和深化的協(xié)同管理模塊：主要包括裝配式建筑相關(guān)標準的制定和貫入，如CAD、BIM制圖建模標準、建筑設(shè)計標準、結(jié)構(gòu)設(shè)計標準、鋼結(jié)構(gòu)、圍護系統(tǒng)深化設(shè)計標準等;協(xié)同設(shè)計管理標準。具體功能模塊包括文檔、模型管理、BIM和CAD協(xié)同設(shè)計;標準化管理、族庫管理;辦公和合同管理;模型輕量化瀏覽及二三維聯(lián)動;工作流程和變更管理。

（2）裝配式多工廠協(xié)同管理模塊;造詞主要包括材料管理：材料的預(yù)測、訂貨、入庫，采購進度管理、庫存及損耗預(yù)測等;加工管理：構(gòu)件的加工進度管理、構(gòu)件編碼管理、質(zhì)檢管理、生產(chǎn)工藝管理;運輸管理：構(gòu)件掃碼出廠管理、路線信息與定位管理、運輸車輛信息與維護管理;分包商的相關(guān)管理。

（3）裝配式建筑施工進度管理模塊：主要包括基于BIM模型的全過程施工安裝構(gòu)件管理及動態(tài)預(yù)警;堆場管理系統(tǒng);部品構(gòu)件的收貨管理、與安裝預(yù)測到貨構(gòu)件的動態(tài)匹配度管理;現(xiàn)場質(zhì)量與安全管理;施工現(xiàn)場管理。

（4）裝配式建筑的成本管理模塊：主要包括系統(tǒng)對標準化模型進行輕量化，自動提取標準化模型的工程量清單信息，系統(tǒng)進行自動匯總與歸并，從而生成符國家工程量清單計價規(guī)范標準的工程量清單及報表;根據(jù)標準化模塊及相關(guān)構(gòu)件屬性信息，可以快速統(tǒng)計與匯總出各專業(yè)工程量、各階段工程量;根據(jù)模型工程量及清單數(shù)據(jù)可以快速分析出人材機構(gòu)成，根據(jù)階段工程量可以快速生成后續(xù)一段時間內(nèi)的材料計劃、預(yù)支計劃，從而可以實現(xiàn)精細化管控，避免材料浪費。

4.4 項目示范

研究成果應(yīng)用在多個典型裝配式住宅建筑示范項目中，例如萊鋼淄博文昌嘉苑示范項目、阜陽市裕豐佳苑項目保障房項目、重慶市綦江新都匯示范項目等，如圖30所示。

5.結(jié)論與展望

2020年將迎來住宅鋼結(jié)構(gòu)建筑大力推廣的一年，裝配式住宅鋼結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)關(guān)注以下幾個方面：

5.1加強技術(shù)體系的研發(fā)，不僅研發(fā)是具體的結(jié)構(gòu)、圍護體系，更為重要的是從產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)角度出發(fā)進行研發(fā)和集成，集成成熟技術(shù)，從整個產(chǎn)業(yè)角度考慮減低成本。

5.2推動建造方式創(chuàng)新，推廣裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑，為實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)化提供成套技術(shù)，通過標準化設(shè)計、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，促進建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

5.3加快總承包制度建設(shè)，裝配式建筑需要從設(shè)計、深化設(shè)計、加工制造、施工安裝前后需要緊密結(jié)合，需要探索建設(shè)適合裝配式的總承包制度。

5.4提高信息化水平在管理中的應(yīng)用，尤其是BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以有效解決裝配式建筑的設(shè)計、 生產(chǎn)等諸多問題。

5.5大力推行全生命周期綠色建筑設(shè)計理念，使建筑從規(guī)劃設(shè)計、加工制作、安裝施工、使用維護直至拆除都能滿足工業(yè)化、綠色化、信息化要求。

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（作者單位：1.西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，2.西安建筑科技大學(xué)建筑設(shè)計研究院）

【中圖分類號】TU375

【文獻標識碼】A

【文章編號】1671-3362（2020）03-0027-08