基于民用建筑鋼框架三板體系的國內(nèi)外現(xiàn)狀調(diào)研

杜書源

（山東華科規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)有限公司，山東聊城 252000）

1 我國鋼框架三板體系的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 鋼框架三板體系的主要內(nèi)容

1.1.1 鋼框架三板體系的發(fā)展

我國鋼行業(yè)的發(fā)展在19世紀(jì)就已經(jīng)出現(xiàn)，但真正意義上的發(fā)展要在新中國成立之后，雖然“限鋼用鋼”仍然是政策把控，但隨著鋼材行業(yè)的不斷進(jìn)取、學(xué)習(xí)，我國鋼材技術(shù)科技進(jìn)步十分可觀，通過采鋼、煉鋼在全行業(yè)的大力發(fā)展乃至全國范圍下，我國鋼材行業(yè)有了巨大的進(jìn)步，不再受鋼數(shù)量的限制束縛，加之政策及時(shí)合理地改革，“十二五”“十三五”又不斷地加強(qiáng)對鋼材行業(yè)的重視，其在我國有了飛躍性的發(fā)展。

隨著我國鋼材的飛速發(fā)展，應(yīng)用于民用建筑的鋼材建筑結(jié)構(gòu)也不斷追求著更高效、高質(zhì)量的發(fā)展。傳統(tǒng)的民用建筑運(yùn)用鋼結(jié)構(gòu)簡單是以鋼筋、混凝土澆筑為主，其中對于鋼材的利用程度不足，但如今將其與建筑的三板體系相結(jié)合，完善三板體系的選用材料、規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)、安全性能以及施工技術(shù)，在墻板、樓板中結(jié)合利用鋼材替代混凝土的大量使用，既能保證建筑的結(jié)構(gòu)功用，又可給建筑空間帶來更多的可變性。鋼材的應(yīng)用有效減少了混凝土的用量，極大地減輕了建筑結(jié)構(gòu)自身重量，同時(shí)鋼框架三板體系的施工較為簡單，有效縮短了建筑工期，鋼框架三板體系的應(yīng)用也大力推動(dòng)了建筑行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展，是如今新興的綠色建筑工程。

1.1.2 鋼框架三板體系運(yùn)用在民用建筑中的優(yōu)勢

隨著我國居民城鎮(zhèn)化的大幅增加，對于各類建筑的需求量也日益增多，建筑行業(yè)的迅速發(fā)展對于如今土地資源有很強(qiáng)的需求緊迫，為了解決這一突出的要點(diǎn)問題建筑行業(yè)越來越傾向于高層建筑、有大跨度范圍的公共建筑，傳統(tǒng)的混凝土稱重結(jié)構(gòu)會(huì)大幅地增加建筑基層的承壓，對于地基的穩(wěn)定安全性有嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，并且加之越來越注重施工后的使用年限、應(yīng)用率等問題，為適應(yīng)當(dāng)今時(shí)代的發(fā)展需求，以建筑工業(yè)化為代表的建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、建筑相關(guān)材料的工廠化、施工過程中各結(jié)構(gòu)的裝配一體化的科技需求也愈加強(qiáng)烈，其發(fā)展性更傾向于現(xiàn)場澆筑少、完全的裝配式施工，同時(shí)施工建筑趨向于節(jié)能、環(huán)保，如今更加需要建設(shè)環(huán)境友好型的綠色建筑。

鋼框架三板體系材料較于混凝土結(jié)構(gòu)有較輕的重量，但承載性并沒有明顯的劣勢，其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較強(qiáng)，應(yīng)用在民用建筑中在安全性方面可以突出體現(xiàn)在抗震性能上。基于三板體系下的裝配式鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展有著自身質(zhì)量輕、施工裝配便捷等特點(diǎn)，是建筑工業(yè)化的顯著表現(xiàn)，也是未來建筑行業(yè)發(fā)展的大勢所趨。

1.2 鋼框架三板體系在民用建筑中的應(yīng)用

鋼框架三板體系著重強(qiáng)調(diào)的是墻體、樓板、屋面板。鋼結(jié)構(gòu)中的三板體系主要承載了鋼結(jié)構(gòu)的安全性、美觀性、實(shí)用性等功能，其在鋼結(jié)構(gòu)建筑中是重要的組成部分，總體來說，對于墻板的要求，相較于傳統(tǒng)混凝土澆筑技術(shù)，需要更輕的質(zhì)量、更高的強(qiáng)度以及保熱性能更強(qiáng)，其突出特點(diǎn)為施工方簡單方便、使用年限較長，同時(shí)在造價(jià)成本上，有著很好的保持，鋼結(jié)構(gòu)三板體系的穩(wěn)定主要取決于鋼結(jié)構(gòu)骨架之間的協(xié)調(diào)配合性，這決定了鋼結(jié)構(gòu)建筑的安全性基礎(chǔ)。在保證建筑樓體較強(qiáng)安全性的基礎(chǔ)下，屋面板和樓板作為重要的建筑阻隔部分，需要有較強(qiáng)的防水性和隔音性，對于外部的墻體主要強(qiáng)調(diào)的是隔熱性，在民用建筑中進(jìn)行三板體系的應(yīng)用分析主要包含有以下兩點(diǎn)。

（1）鋼結(jié)構(gòu)的墻體部分主要起著支撐保護(hù)的作用，同時(shí)兼具有很強(qiáng)的保溫隔熱、隔音的功能，內(nèi)外墻板根據(jù)各自作用不同有著不同的結(jié)合方式，其發(fā)展主要傾向于輕質(zhì)型的復(fù)合墻板，我國如今最為常用的砌塊類、輕質(zhì)板材類?，F(xiàn)場裝配式的復(fù)合板需要進(jìn)行現(xiàn)場的切割施工有一定的損耗量，多用鋁合金板以及采用冷彎薄壁型鋼等進(jìn)行龍骨的施工，再加以特定螺絲釘并結(jié)合石膏板進(jìn)行墻體部分的構(gòu)建，這種方式的構(gòu)建性較好，有較強(qiáng)的配套性；在內(nèi)外墻板用料方面多為磚塊狀，其中傳統(tǒng)上多利用粉煤灰、紅磚以及混凝土等材質(zhì)采用實(shí)心或空心的結(jié)構(gòu)制成。如今新型用料多為復(fù)合型板材，例如ALC板材是在傳統(tǒng)的以混凝土用料加以高壓蒸汽方法制成的多氣孔板材；JRC板材加入材料增強(qiáng)劑堿玻璃纖維并與鋼筋混凝土所結(jié)合而形成的輕型墻板；還可直接利用石膏或是利用石膏與纖維材料結(jié)合形成的石膏復(fù)合板，其是具有絕熱效果良好的防火板材；利用鋼絲網(wǎng)作為骨架與塑料泡沫作為夾心，外層加以水泥涂制而形成的復(fù)合墻板；輕鋼龍骨復(fù)合墻板是主要利用鋁合金作為龍骨加以保溫材料所組成的建筑面板。鋼框架結(jié)構(gòu)體系作為水平以及垂直的受力構(gòu)建，多層住宅多采用H型鋼框架，一般在使用時(shí)多采用剛性連接框架，在結(jié)構(gòu)連接中采用剛接以及鉸接方式進(jìn)行連接，此種結(jié)構(gòu)體系用鋼量較大但各部的受力較為平均且結(jié)構(gòu)組件較少，較易于施工；鋼框架支撐結(jié)構(gòu)體系，此種建筑結(jié)構(gòu)是將鋼框架與多由型鋼組成的支撐結(jié)構(gòu)結(jié)合形成的承重體系。此種支撐方式僅適用于水平方向的受力，可以減輕結(jié)構(gòu)體系的重量，但是對于水平側(cè)方位的抗阻能力較差，但整體來說具有一定的經(jīng)濟(jì)性。鋼框架混凝土剪力墻是運(yùn)用混凝土剪力墻進(jìn)行受力，但此種方式結(jié)構(gòu)的自身重量較大，且施工速度較慢。

（2）樓板的承重等結(jié)構(gòu)性作用是建筑的重中之重，不同的建筑需求不同對樓板的選擇上強(qiáng)調(diào)部分也不同，主要考慮到建筑的高度，住宅用房還應(yīng)考慮適用、舒適等性能?？珊喴譃閴盒弯摪鍧仓炷?、混凝土疊合、金屬面板等種類。例如，鋼筋桁架混凝土現(xiàn)澆樓板有很強(qiáng)的凈空性能但現(xiàn)場濕作業(yè)，效率較低，壓型鋼板組合樓板則裝配度更高。混凝土結(jié)合板是將鋼與混凝土疊合后的組合梁與施工時(shí)的預(yù)制板、現(xiàn)澆層作為結(jié)合，有很強(qiáng)的載重受力能力。金屬屋面板不適用于載人，造價(jià)低、建成速度快，可有多種的建造樣式，一般來說其防水、防火性特點(diǎn)的應(yīng)用較為主要，其夾芯板已經(jīng)達(dá)到自動(dòng)化的生產(chǎn)，有著質(zhì)量輕、高強(qiáng)度的特點(diǎn)。

2 國外鋼框架三板體系的應(yīng)用發(fā)展

在19世紀(jì)80年代的美國就已經(jīng)出現(xiàn)了高層的住宅鋼結(jié)構(gòu)，到20世紀(jì)50年代世界發(fā)達(dá)國家建立了較為完善的工業(yè)化鋼結(jié)構(gòu)體系。在近十幾年我國的鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)有著迅猛的發(fā)展，為促進(jìn)建筑行業(yè)鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)良發(fā)展，我國不斷加強(qiáng)與世界各國的合作交流，彼此借鑒、互利共贏，對各國鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)展開考察學(xué)習(xí)，也牽頭進(jìn)行了“一帶一路”等政策的事實(shí)，努力推動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的發(fā)展，為世界經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)了不可或缺的持續(xù)性力量。

國外對于建筑中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用的最初推動(dòng)力度即很強(qiáng)烈，在歐洲地區(qū)，隨著歷史背景的因素，二戰(zhàn)過后歐洲各國進(jìn)入快速的恢復(fù)期，在城鎮(zhèn)的快速修復(fù)過程中，大量使用了鋼結(jié)構(gòu)建筑，加之工業(yè)化的建筑施工，歐洲各國逐漸形成體系化、制度化、配套化的建筑模式。德國多采用T梁、雙T板、疊合墻等結(jié)合體系。法國的SCOPE體系主要采用澆筑混凝土進(jìn)行組合梁、板，接合性較高，同時(shí)預(yù)應(yīng)力架構(gòu)的使用降低了施工復(fù)雜度，預(yù)制材料施工靈活性較高、使用年限較長。在英國，1999年發(fā)布了關(guān)于提高生活質(zhì)量進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展的政策，就包含大力推動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)，如今鋼結(jié)構(gòu)建筑在于英國建筑的占比已經(jīng)達(dá)到70%甚至更高，英國建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)十分喜愛其建筑速度快的特點(diǎn)，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益、處于社會(huì)環(huán)境的適用性等進(jìn)行大力的創(chuàng)新發(fā)展。在滿足了社會(huì)基本需求后，建筑的環(huán)保性、舒適性是歐洲各國在近階段主要發(fā)展的目標(biāo)。

在亞洲地區(qū)的發(fā)達(dá)國家日本，鋼結(jié)構(gòu)不僅大量使用于居民住宅，幾乎可見的工廠、商場等都用于此結(jié)構(gòu)，日本高層建筑鋼框架三板體系主要是由鋼柱、鋼梁以及鋼框架結(jié)合而成。日本高發(fā)的地震環(huán)境，也造就、推動(dòng)了鋼結(jié)構(gòu)的全方位施用，在20世紀(jì)50年代日本以明確的法律條文規(guī)定建筑行業(yè)的抗震性能標(biāo)準(zhǔn)，并且法律法文嚴(yán)格要求了建筑材料以及施工技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，并大力發(fā)展裝配式建筑工法。預(yù)制混凝土墻板框架利用PCa鋼筋混凝土的樓板與剪力墻相組合進(jìn)行混凝土澆筑，此種方法現(xiàn)今已較少的使用。預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)RPC工法在日本實(shí)際使用較多，純框架加之采用輕型的填充材料結(jié)合運(yùn)用SI技術(shù)實(shí)現(xiàn)將支撐體、填充體的分離不但可具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性而且可以適應(yīng)實(shí)際的空間需求有較高的靈活性。此外，純剪力墻TiltUp工法、預(yù)制混凝土高層結(jié)構(gòu)化HPC工法、梁柱PCa工法等也已經(jīng)發(fā)展成熟。除此之外，日本對于建筑的環(huán)境要求也有較高的標(biāo)準(zhǔn)，在2000年便公布了關(guān)于建筑環(huán)境的憲章，基本達(dá)成完善度較高的市場鋼結(jié)構(gòu)體系，并嚴(yán)格要求進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)材料的環(huán)保、可持續(xù)性發(fā)展，降低由于建筑因素帶來的碳排放，同時(shí)加強(qiáng)對于結(jié)構(gòu)材料的回收再利用，據(jù)統(tǒng)計(jì)在日本已有至少一半以上的鋼材料進(jìn)行了重復(fù)使用，不但加強(qiáng)了與自然的和諧共生、有利于資源的節(jié)約利用，還從技術(shù)層面上要求了鋼結(jié)構(gòu)建筑使用年限的時(shí)長。

3 結(jié)語

通過比較國內(nèi)、國外鋼結(jié)構(gòu)三板體系的發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)在美國等發(fā)達(dá)國家已有了較長時(shí)間的發(fā)展，并且國外的鋼框架三板體系行業(yè)的發(fā)展較為成熟，建筑施工的標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)企業(yè)的體系化較強(qiáng)，并且成熟的行業(yè)發(fā)展在社會(huì)的應(yīng)用、對外出產(chǎn)也有較協(xié)調(diào)的配合，而我國的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展起步較晚，且前期的發(fā)展速度較慢，但是根據(jù)現(xiàn)況來看，我國鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)體系的發(fā)展有著很強(qiáng)的遠(yuǎn)景藍(lán)圖并且對于國外已成熟適用的鋼結(jié)構(gòu)體系有著較強(qiáng)的前進(jìn)發(fā)展動(dòng)力，但是在今后的迅猛發(fā)展中，行業(yè)政策性的改革、完善需要加緊步伐，制定適用于時(shí)代行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)內(nèi)部的監(jiān)督監(jiān)管，加大科技的創(chuàng)新力度。在未來，隨著建筑行業(yè)的現(xiàn)代化、工業(yè)化，鋼結(jié)構(gòu)將會(huì)得到更全面的利用并且有著更廣泛的發(fā)展。