綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系及實(shí)踐探討

張 揚(yáng)

（黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑學(xué)院，黃岡 湖北 438002）

0 引言

在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，我國(guó)建筑行業(yè)倡導(dǎo)綠色節(jié)能發(fā)展，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑是在原本傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)建筑體系的基礎(chǔ)上進(jìn)行的延伸和發(fā)展。在實(shí)際應(yīng)用中獲得了較好的成效，因而裝配式鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)建筑領(lǐng)域得到了大力的推廣[1]。在政策支持下，新型的建筑體系被不斷地完善，同時(shí)結(jié)合我國(guó)目前綠色環(huán)保發(fā)展的理念，形成了環(huán)保型的建筑結(jié)構(gòu)體系。綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)屬于新型的環(huán)保式建筑體系。通過建筑元器件和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的組合和銜接，構(gòu)成了建筑功能體系。此模式的優(yōu)勢(shì)在于建筑結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行規(guī)?；纳a(chǎn)，節(jié)約了建筑的成本和建設(shè)時(shí)間，在建設(shè)中的安全系數(shù)更高。

當(dāng)前正在積極地調(diào)整社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，以市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)單元配置科學(xué)合理為目的，可以提高市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的水平和合理調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)建筑的大量使用和推廣，可以有效地消耗鋼筋建材，解決鋼材產(chǎn)能過剩的現(xiàn)象。同時(shí)，還可以有助于進(jìn)一步提高建筑的質(zhì)量。在當(dāng)前的建筑行業(yè)中，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑取得了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。在設(shè)計(jì)上可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，生產(chǎn)過程可以形成構(gòu)件的規(guī)?；凸I(yè)化，在具體的施工過程中，可以利用構(gòu)建的特性，快速地完成組裝和銜接的工作，進(jìn)而形成完整的建筑結(jié)構(gòu)體系框架，加快了建筑體系管理系統(tǒng)化和裝修一體化系統(tǒng)的建設(shè)，推動(dòng)了建設(shè)新型城鎮(zhèn)化、智能化的發(fā)展進(jìn)程。裝配式鋼結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，還可以有效改善傳統(tǒng)建筑方式對(duì)環(huán)境造成的各類污染和能源的消耗[2]?；谘b配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點(diǎn)，在施工過程中可減少各類污染，降低施工的成本，提高施工的效率和建筑水平，確保施工過程的安全，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的建筑工程。由此可見，綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的建筑領(lǐng)域具有比較好的發(fā)展和實(shí)踐應(yīng)用前景。

1 綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點(diǎn)

1.1 綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的含義

綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑指的是基于綠色發(fā)展理念下，將鋼結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)上標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)上工業(yè)化、施工裝配化、裝修上一體化、管理信息化以及應(yīng)用智能化，同時(shí)還可以支持進(jìn)行部件標(biāo)準(zhǔn)化[3]。裝配式鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展符合綠色環(huán)保的要求，對(duì)節(jié)約能源、降低污染，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及提高建筑效果具有重要的作用。

1.2 綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點(diǎn)

（1）生產(chǎn)上的特點(diǎn)。在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)方面，裝配需要生產(chǎn)廠家以鋼材料的屬性為基礎(chǔ)，并結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行加工生產(chǎn)。確保加工生產(chǎn)出的鋼結(jié)構(gòu)件符合工程的設(shè)計(jì)要求。在建筑工程開始之前將裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑所需要的構(gòu)件全部生產(chǎn)完畢，并安全地運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行合理的儲(chǔ)存和存放[4]。同時(shí)，在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑實(shí)踐中受到天氣環(huán)境因素影響比較小，其原因在于在具體的施工過程中，進(jìn)行構(gòu)件的組裝和銜接所用的時(shí)間比較短，以此加快了施工的進(jìn)度，加快了建筑工業(yè)化和提高了建筑品質(zhì)。在建筑工程的施工中，需要消耗大量的資源，在我當(dāng)前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，能源消耗過多成為了關(guān)注的重要問題之一，也是我國(guó)持續(xù)發(fā)展上的阻礙，基于此，發(fā)展綠色建筑可以積極推進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。裝配式鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，需要利用到數(shù)量較多的鋼筋材料，解決鋼材產(chǎn)量多的情況。同時(shí)裝配式鋼結(jié)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)件會(huì)在不同的生產(chǎn)車間進(jìn)行加工制造，則帶動(dòng)了預(yù)構(gòu)件加工業(yè)的發(fā)展，增加了產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。同時(shí)，裝配式鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件可以實(shí)現(xiàn)流水線的生產(chǎn)，提高了工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，以自動(dòng)化設(shè)備達(dá)到構(gòu)件的自動(dòng)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了信息化管理，提高了構(gòu)件的生產(chǎn)水平，有利于提高裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的整體建筑質(zhì)量和品質(zhì)。

（2）節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑符合生態(tài)環(huán)保的理念，減少了對(duì)材料配制的用量，如：在建筑框架固定中可以更好地融合圍護(hù)結(jié)構(gòu)和保溫墻體，配置新型的磚石材料。對(duì)施工中所使用的各類材料，如：砂石、水泥、塊兒料等用量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，避免出現(xiàn)建筑材料浪費(fèi)的現(xiàn)象。同時(shí)通過裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工還可以有效地減少建筑垃圾的形成[5]。避免投入過多的資金進(jìn)行建筑垃圾處理，降低了對(duì)建筑物周邊環(huán)境的污染，符合我國(guó)綠色可持續(xù)發(fā)展的方向。

2 綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系的類型

和西方國(guó)家的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展相比較來說，我國(guó)的綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)發(fā)展比較晚，但是其發(fā)展速度是比較快的。在相關(guān)政策的支持和推動(dòng)下，加強(qiáng)了對(duì)新型裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系的大力研發(fā)和設(shè)計(jì)[6]。我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)建筑從1.0 時(shí)代快速地轉(zhuǎn)向2.0 時(shí)代。在1.0 時(shí)代的時(shí)候，鋼結(jié)構(gòu)建筑以混凝土結(jié)構(gòu)改為鋼結(jié)構(gòu)為主。以傳統(tǒng)的建設(shè)方式進(jìn)行建筑的布局和維護(hù)體系的建設(shè)。而在當(dāng)前2.0 時(shí)代，鋼結(jié)構(gòu)建筑達(dá)到了建筑布局、結(jié)構(gòu)維護(hù)以及機(jī)電設(shè)備一體化，形成了專用建筑體系，該體系更具有系統(tǒng)化特點(diǎn)[7]。目前，國(guó)內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)建筑體系主要分為以下幾個(gè)類型。

2.1 新型圍護(hù)體系

新型圍護(hù)體系是建立在傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)模式上進(jìn)行優(yōu)化和改良的建筑體系。新型圍護(hù)體系的設(shè)計(jì)上，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)、建筑、內(nèi)裝一體化的理念，使其形成環(huán)保、高效、綠色的新型建筑結(jié)構(gòu)和體系。將建筑功能作為主要的核心，以框架作為單元進(jìn)行主體的建設(shè)，建筑的柱網(wǎng)尺寸等盡量統(tǒng)一規(guī)格，合理設(shè)置戶型的設(shè)計(jì)和功能布局。以鋼結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)條件，在實(shí)現(xiàn)建筑功能的基礎(chǔ)上，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化布置，可以達(dá)到內(nèi)裝布置需要的大空間和實(shí)際需求。同時(shí)需要對(duì)工程的造價(jià)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，將施工的難度降低，以此有效地推進(jìn)建筑行業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

2.2 模塊化、工廠化的新型建筑體系

綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑可以實(shí)現(xiàn)工廠化和模塊化。通過預(yù)制構(gòu)件，可以快速地完成鋼結(jié)構(gòu)的基本框架。在建筑施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)無濕作業(yè)，將預(yù)構(gòu)件全部實(shí)現(xiàn)工廠化的生產(chǎn)，比較典型的代表包括：拆裝式的活動(dòng)房、模塊化的箱房。拆裝式的活動(dòng)房，整體的骨架以輕鋼結(jié)構(gòu)為主。圍護(hù)的材料選擇使用彩鋼夾芯板，開展標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)的空間組合，在各個(gè)構(gòu)件的連接上，使用的是螺栓，可以在短時(shí)間內(nèi)完成組裝和拆卸，其特點(diǎn)表現(xiàn)在：操作簡(jiǎn)單、節(jié)約時(shí)間、環(huán)保節(jié)能、建筑垃圾形成少等。模塊化的箱房，基本單位為箱體。將型鋼或者薄壁型鋼作為箱房的主體框架，利用不燃材料作為圍護(hù)的材料，箱房最大的特點(diǎn)在于外部和內(nèi)部的裝修都可以在工廠進(jìn)行加工，不需要在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行再次的裝修。相較于傳統(tǒng)的建筑體系，工廠化的建筑鋼結(jié)構(gòu)體系可以很好地實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)、外墻、門窗以及內(nèi)部裝修等基本上都可以在工廠進(jìn)行操作完成。在工廠進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，可以實(shí)現(xiàn)較好的統(tǒng)一化和規(guī)模化，通過在質(zhì)量管理體系的監(jiān)督下，建筑所需要的預(yù)制構(gòu)件，均需要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量驗(yàn)收之后，才可以進(jìn)行出廠，這樣可以確保建筑工程在竣工驗(yàn)收階段，實(shí)現(xiàn)零缺陷的目的。利用工業(yè)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；妥詣?dòng)化，在生產(chǎn)、安裝等方面的效果，相較于人工操作提高了10 倍左右，并且在材料的利用率上高于人工操作，較好地避免了材料的浪費(fèi)，將整體的建筑工程造價(jià)成本降低。在鋼結(jié)構(gòu)每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量檢測(cè)和控制，較好地保障所生產(chǎn)的各個(gè)構(gòu)件符合國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，有利于提高建筑工程的安全和質(zhì)量，同時(shí)也避免出現(xiàn)材料不合格的情況，而出現(xiàn)工程的停工、返工等現(xiàn)象，節(jié)約了建設(shè)的時(shí)間，使得建筑工程可以保質(zhì)保量地順利竣工。

2.3 工業(yè)化住宅建筑體系

工業(yè)化住宅建筑是目前住宅建筑領(lǐng)域中發(fā)展的重要方向，傳統(tǒng)的住宅建筑主體主要是鋼筋混凝土，需要消耗大量的水泥，而水泥的應(yīng)用會(huì)排放出大量的二氧化碳，形成資源浪費(fèi)，排放的廢水也會(huì)對(duì)周邊的環(huán)境形成污染，混凝土屬于不可循環(huán)利用的材料，在住宅拆除的時(shí)候，會(huì)形成大量的建筑垃圾，污染環(huán)境并且難以處理，基于此，大力推廣工業(yè)化住宅建筑體系，符合環(huán)保綠色建筑理念。鋼結(jié)構(gòu)住宅的鋼材可以循環(huán)利用，不會(huì)成為建筑垃圾，既不需要花費(fèi)資金去處理，同時(shí)還符合住宅的節(jié)能環(huán)保要求。預(yù)構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的模數(shù)設(shè)計(jì)，在工廠實(shí)現(xiàn)加工、制造。鋼結(jié)構(gòu)住宅使用新型建筑材料，不僅達(dá)到環(huán)保綠色要求，同時(shí)也增加了抗震防火等功能。在住宅建筑設(shè)計(jì)上，安裝異地那個(gè)模數(shù)進(jìn)行構(gòu)件和部品的規(guī)范化，使其形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的住宅產(chǎn)品。實(shí)現(xiàn)構(gòu)件部品的工業(yè)化生產(chǎn)、組合，降低施工難度。目前，我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展還不是很順暢，其缺陷主要體現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)和外部環(huán)境等方面。

目前，鋼管束組合體系配置模型是使用比較頻繁的，該設(shè)計(jì)理念來自于“鋼管束組合”模式，該技術(shù)可以集合一體化模型，將所連接的鋼管模型排件，利用模擬測(cè)試的方式，獲得構(gòu)件的承重參數(shù)以及剛性功能等。成板的配置則需要利用“H 型”的鋼筋桁架，可以處理好配件的承載力問題。同時(shí)需要加強(qiáng)對(duì)新型鋼板剪力墻的研發(fā)，相較于傳統(tǒng)的鋼板剪力墻，新型鋼板剪力墻的優(yōu)勢(shì)在于自身重量低、地震作用比較小，可以進(jìn)行靈活的布置，使用空間比較大等，在住宅結(jié)構(gòu)中可以替代鋼支撐，體改建筑使用成效和安全。根據(jù)房屋的住宅布局、承重設(shè)計(jì)以及剪力效果測(cè)試等，將住宅建筑需要的鋼材料數(shù)量計(jì)算出來，確保提高住宅建筑的安全性。

3 綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)踐應(yīng)用

3.1 在住宅建筑中的實(shí)踐應(yīng)用

基于綠色環(huán)保設(shè)計(jì)理念的背景下，提高住宅的節(jié)能，可以加工綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用到住宅建筑中，以此改進(jìn)梁體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，確保住宅建筑的安全和質(zhì)量。在進(jìn)行配置方面，需要選擇使用低碳合金鋼，在設(shè)計(jì)上優(yōu)化結(jié)構(gòu)裸露的設(shè)計(jì)，結(jié)合配置技術(shù)開展灌注操作，保障鋼束材料可以突出剪力墻的實(shí)踐功能。同時(shí)還可以在實(shí)際的應(yīng)用中結(jié)合應(yīng)用BIM 技術(shù)，對(duì)節(jié)點(diǎn)功能進(jìn)行優(yōu)化配置，增強(qiáng)材料的安全性。

3.2 在商業(yè)建筑中的實(shí)踐應(yīng)用

結(jié)合商業(yè)建筑的特點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用，利用一體化的設(shè)計(jì)理念，配置和組合鋼材料，對(duì)不同的閣段的安裝綠色設(shè)計(jì)要求整合。綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)，在拆除上也比較簡(jiǎn)單。目前，我國(guó)很多的大型商場(chǎng)均開始使用裝配式鋼結(jié)構(gòu)，在實(shí)際的應(yīng)用中需要加強(qiáng)對(duì)各個(gè)工序的審查，保障使用的構(gòu)件符合商業(yè)建筑體系的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

4 結(jié)束語

在當(dāng)前的時(shí)代背景下，裝配式鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越廣泛，加強(qiáng)建立綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系，實(shí)施綠色建設(shè)理念，形成規(guī)劃化和標(biāo)注化的體系，在實(shí)踐應(yīng)用中也需要加強(qiáng)國(guó)家政策的支持，各部門協(xié)作共同建立綠色工業(yè)化裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)化。