低層裝配式鋼結(jié)構(gòu)民用建筑的應(yīng)用

袁偉杰

（青島理工大學(xué)）

1 政策

早在2013年，國(guó)務(wù)院提出了“綠色建筑行動(dòng)計(jì)劃”，明確把推進(jìn)工業(yè)化作為重點(diǎn)任務(wù)，促進(jìn)適合工業(yè)化的裝配式混凝土和鋼結(jié)構(gòu)建筑體系的生產(chǎn)。2016年9月，《國(guó)務(wù)院關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》指出，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)都應(yīng)采用因地制宜發(fā)展。5年的發(fā)展歷程，各省市的配套政策得到積極落實(shí)，已有多個(gè)省、市出臺(tái)了專項(xiàng)指導(dǎo)意見和相關(guān)措施，對(duì)裝配式建筑提出了更為具體的發(fā)展要求。

“十四五”規(guī)劃指出，優(yōu)先發(fā)展鄉(xiāng)村，推進(jìn)城鄉(xiāng)融合，其中強(qiáng)調(diào)未來農(nóng)村住宅實(shí)行“一戶一宅”、集中建設(shè)住宅的模式。因此，發(fā)展裝配式鋼結(jié)構(gòu)在鄉(xiāng)村建設(shè)中起重要地位（見圖1）。

圖1 近年來有關(guān)發(fā)展完善與規(guī)劃裝配式鋼結(jié)構(gòu)的政策

2 中國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展對(duì)比

在鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)展成熟的國(guó)家，鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)上的占比超過40%，美國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家近些年來的鋼結(jié)構(gòu)建筑占比達(dá)到50%以上。通過參考國(guó)外發(fā)展歷程，鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的高速發(fā)展期一般為22年左右，隨后進(jìn)入成熟穩(wěn)定期，預(yù)計(jì)成熟階段，鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)量占鋼產(chǎn)量的比重約為20%～30%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)進(jìn)入成熟期鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)量最大已經(jīng)達(dá)到5000多萬t，占總比45%，之后有所下降，維持在30%左右。日本鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)量穩(wěn)定在年均2500萬t，占總比25%[1]。

中國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展依舊處于新興階段，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年中國(guó)的鋼材產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到13.2億t，而國(guó)家預(yù)期鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)量達(dá)到1億t，占比約為7.5%。我國(guó)鋼產(chǎn)量過剩問題，其實(shí)還有很大的市場(chǎng)發(fā)展空間。

3 相比傳統(tǒng)住宅的優(yōu)點(diǎn)

3.1 強(qiáng)度、重量、塑性

強(qiáng)度比較高。相比農(nóng)村傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)（磚混）而言，鋼結(jié)構(gòu)有很好的抗拉強(qiáng)度（鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度主要體現(xiàn)在彈塑性階段）、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度。磚混結(jié)構(gòu)的抗壓能力強(qiáng)度主要取決于粘結(jié)磚之間的砂漿。傳統(tǒng)住宅建筑因受力問題，導(dǎo)致民用建筑風(fēng)格單一、不能靈活變化。

自重輕。傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)自重很大，施工不方便。鋼結(jié)構(gòu)自重輕，便于施工，容易控制精度，對(duì)地基基礎(chǔ)的要求大大降低，減少了基礎(chǔ)投入資金。

塑性和韌性好。鋼材有良好的變形協(xié)調(diào)能力，有著很好的抗震、抗風(fēng)能力，且鋼材發(fā)生塑性破壞的時(shí)候有明顯變形，易于及時(shí)發(fā)現(xiàn)補(bǔ)救避免發(fā)生事故。

3.2 有效使用面積，承載能力

鋼結(jié)構(gòu)具有良好的材料性能，截面尺寸相對(duì)較小，承載能力卻很高，因此能夠增加建筑的有效使用面積，能夠隨意打造空間，進(jìn)而提升生活品質(zhì)。同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)的加工性能，為建筑設(shè)計(jì)提供了無限的可能，使住宅體現(xiàn)藝術(shù)美學(xué)[2]。

3.3 工業(yè)化，施工周期

鋼結(jié)構(gòu)是在工廠提前預(yù)制好，然后通過運(yùn)輸運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。這一過程提升了施工質(zhì)量，降低了施工難度，縮短了施工周期。通俗來講，讓造房子變得像造汽車一樣高效方便。而傳統(tǒng)砌筑工藝步驟繁瑣、人工量大、施工技術(shù)要求高、工期長(zhǎng)效率低、施工作業(yè)質(zhì)量低。而預(yù)制裝配式解決了以上不足。例如，火神山的建設(shè)，僅十天一所可容納1000張床位的醫(yī)院就拔地而起。

3.4 綠色環(huán)保，節(jié)省能源

國(guó)家號(hào)召應(yīng)用綠色建材，建設(shè)環(huán)保型社會(huì)。2020年5月住建部出臺(tái)《關(guān)于推進(jìn)建筑垃圾減量化的指導(dǎo)意見》，建議優(yōu)先使用綠色建材（鋼結(jié)構(gòu)），并減少施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾的產(chǎn)生，做到回收利用，節(jié)省資源。

材料方面。截至2020年，中國(guó)鋼材產(chǎn)量達(dá)到13.2億t，位居世界第一。而鋼結(jié)構(gòu)的產(chǎn)量不足1億t，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)成本遠(yuǎn)低于混凝土成本，因此鋼結(jié)構(gòu)是目前性價(jià)比最高的建造材料。

施工方面。大大減少了砂石、灰、水泥的用量，減少噪聲污染，保護(hù)了施工作業(yè)環(huán)境。數(shù)據(jù)表明，與傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)建筑節(jié)省了約50%的混凝土用量、85%的用水量、67%的木材消耗量。

裝配式施工主要使用連接、焊接。因此，鋼材是一種100%可回收材料，在拆除、重建過程中節(jié)省了資源，避免了材料浪費(fèi)，不會(huì)產(chǎn)生大量生產(chǎn)垃圾。對(duì)比磚混住宅，從材料的生產(chǎn)使用到拆除，嚴(yán)重?fù)p壞了土地資源、破壞了大氣生態(tài)、浪費(fèi)了大量材料和財(cái)力。

4 鋼結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)及解決方案

4.1 耐熱性

不耐熱是鋼結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)，但是低層民用建筑對(duì)防火要求遠(yuǎn)沒有高層鋼結(jié)構(gòu)高。解決這一問題可以從材料方面入手，鋼材雖然是不燃材料，但在高溫作用下，其屈服強(qiáng)度、彈性模量會(huì)急劇下降，在十五分鐘左右失去承重能力而倒塌。所以只要使鋼材在高溫作用下達(dá)不到臨界溫度就能保證穩(wěn)定性。主要有以下幾個(gè)方法：用防火板裝飾保護(hù)、涂刷防火材料、設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（煙霧報(bào)警器等）[3]。

4.2 防腐蝕

天然的金屬與空氣中的氧氣、水、二氧化碳等會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如果鋼結(jié)構(gòu)建筑受到腐蝕，對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力是很不利的，易產(chǎn)生安全隱患，且做好防腐有利于后期降低維修成本。

使用涂裝耐候鋼，相比使用其他方法成本低，而且低層民用建筑使用年限不高，不需要花費(fèi)高成本用鍍鋅等方法防腐。室內(nèi)防腐主要采用涂層法，同樣成本低，但是不能長(zhǎng)期防腐（約50年）[4]。

4.3 體系完善

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建造過程和傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)建造過程完全不同，前者更是一種工業(yè)流水式的建造方式，需要有一套完整成熟的體系支撐整個(gè)施工過程。

一些落后地域鋼結(jié)構(gòu)建筑并不普遍，而是保守傾向于傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)，或選擇購(gòu)買城鎮(zhèn)的樓房。如今國(guó)家已經(jīng)全面脫貧，響應(yīng)“十四五”規(guī)劃，鄉(xiāng)村建設(shè)必然會(huì)有大的變革。

隨著政策的利好，鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)鏈不斷完善，國(guó)內(nèi)興起大量鋼結(jié)構(gòu)民建公司，為民用住宅建筑提供服務(wù)與保障。通過承包單位施工或政府扶持集中建設(shè)鋼結(jié)構(gòu)住宅，做到工業(yè)化建設(shè)。當(dāng)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)成為民用住宅建設(shè)的主流時(shí)，將為中國(guó)全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)新基建新發(fā)展離不開最基本的房屋建筑，而順應(yīng)新時(shí)代的背景，裝配式鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展成為必然。中國(guó)在民用建筑的發(fā)展道路上還屬于未成熟階段。對(duì)于發(fā)展體系來說，應(yīng)積極學(xué)習(xí)借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的完善體系，總結(jié)并找出適合中國(guó)發(fā)展的體系和道路。對(duì)于人民群眾來說，改變傳統(tǒng)觀念，學(xué)習(xí)新思想，有利于提高自身的環(huán)保意識(shí)，并且建立綠色發(fā)展的理念，還應(yīng)積極響應(yīng)國(guó)家政策，推動(dòng)民用建筑的改革進(jìn)程。