裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系及低能耗技術(shù)探索研究與應(yīng)用

文／劉立東 北京藍(lán)海創(chuàng)盈城鎮(zhèn)建設(shè)開發(fā)有限責(zé)任公司 北京 100000

1、裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系的基本概述

1.1 裝配式建筑體系概述及其應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)探討

目前裝配式建筑體系已然成為建筑行業(yè)的重要建筑結(jié)構(gòu)，所謂裝配式建筑，主要是指通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工業(yè)化生產(chǎn)、智能化應(yīng)用以及信息化管理等，并支持標(biāo)準(zhǔn)化部品部件的建筑。當(dāng)前裝配式建筑的發(fā)展史新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的必然需要，主要是由于裝配式建筑能夠最大化的節(jié)約資源，并能夠提高建筑應(yīng)用的質(zhì)量安全水平，同時(shí)也能夠幫助發(fā)展新產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，因而裝配式建筑體系也得到了更為廣泛的推廣。當(dāng)前我國(guó)很多企業(yè)也開始將裝配技術(shù)與低能耗技術(shù)進(jìn)行了有效的結(jié)合，主要是在預(yù)制裝配鋼建筑體系中應(yīng)用低能耗技術(shù)有著諸多方面的優(yōu)勢(shì)。首先通過BIM技術(shù)與綠色建筑相結(jié)合，能夠有效的提升建造的能力，并有效的降低能耗，節(jié)省材料。第二則是更加重視建筑物整個(gè)過程中的節(jié)能減排，建筑體系中應(yīng)當(dāng)盡量減少使用高能耗的材料，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的最終目的。最后則是開始引入太陽(yáng)能等清潔能源的利用，由此可以幫助降低建筑系統(tǒng)的使用能耗。目前我國(guó)裝配式建筑可以分為三類，即裝配式木結(jié)構(gòu)建筑體系、PC結(jié)構(gòu)以及鋼結(jié)構(gòu)，這三類裝配式建筑結(jié)構(gòu)中以鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)最為顯著，其自身建筑強(qiáng)度高、抗震性能好、施工速度快，同時(shí)在使用的過程中也更為綠色環(huán)保，因而也得到了進(jìn)一步的推廣使用。

1.2 當(dāng)前裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑存在的問題分析研究

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系在應(yīng)用的過程中取得了較好的效果，但由于其發(fā)展時(shí)間較短，在很多方面仍然存在著問題，例如鋼結(jié)構(gòu)體系很容易超出相關(guān)規(guī)定，也有些結(jié)構(gòu)體系在應(yīng)用時(shí)并未有效的發(fā)揮出鋼結(jié)構(gòu)的大跨度優(yōu)勢(shì)，以裝配式鋼結(jié)構(gòu)為名，卻仍是按照混凝土結(jié)構(gòu)的基本思路進(jìn)行建設(shè)的，這就導(dǎo)致投入使用后在結(jié)構(gòu)性能方面并未有較好的改善。不僅如此，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系投資較高，需要很多專業(yè)設(shè)備進(jìn)行建設(shè)，我國(guó)諸多企業(yè)還無(wú)法達(dá)到該水平，即不能實(shí)現(xiàn)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用的企業(yè)化。總體而言，當(dāng)前裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑和體系在實(shí)際應(yīng)用發(fā)展的過程中存在的重要問題主要是，結(jié)構(gòu)與體系不配套、部分構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)換成都較低以及過多的使用未經(jīng)檢驗(yàn)的新產(chǎn)品及新工藝，這些問題都是當(dāng)前阻礙我國(guó)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)一步發(fā)展的重要因素。

2、裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系應(yīng)用設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要分析

2.1 全生命周期的節(jié)能減排住宅介紹

全生命周期住宅的概念是現(xiàn)代化發(fā)展不斷加快下提出的，且是由日本最先提出的，該類住宅可以隨著家庭在不同階段的需求變化而發(fā)生改變，由此可以滿足一個(gè)家庭在不同生命階段的不同需求，因而將之稱作是全生命周期住宅。當(dāng)前全生命周期住宅建設(shè)的根本目的是提高住戶的滿意度及其對(duì)于住宅的適應(yīng)性。不僅如此，全生命周期節(jié)能減排住宅還能夠有效的提高建筑物的使用年限，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。在具體建設(shè)過程中，主要是應(yīng)用一些新型材料，例如輕質(zhì)的隔墻，由此可以實(shí)現(xiàn)住宅內(nèi)部的大跨度空間，同時(shí)依據(jù)住戶的人數(shù)來(lái)進(jìn)行房間規(guī)模的設(shè)計(jì)，由此來(lái)滿足不同階段住戶對(duì)于房屋的需求。全生命周期住宅在現(xiàn)代化發(fā)展過程中有著十分重要的意義，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，也意味著傳統(tǒng)住宅的革新，可以利用模數(shù)化設(shè)計(jì)來(lái)有效的解決住宅結(jié)構(gòu)工業(yè)化水平低的問題，如圖1所示即為全生命周期住宅建筑不同模塊和戶型的組合圖。

圖1 不同模塊和戶型的組合圖示

2.2 裝配式SI體系簡(jiǎn)要分析

當(dāng)前在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系的裝修方面，主要是采用SI體系，SI體系是采用鋼結(jié)構(gòu)與內(nèi)裝修分離的形式，該體系能夠有效的解決我國(guó)裝配式建筑的一些問題，例如裝修時(shí)敲擊有空鼓聲。所謂裝配式SI體系，其最為重要的內(nèi)容便是可以將住宅中的主體結(jié)構(gòu)以及管線等填充體進(jìn)行分析，且是依據(jù)這類結(jié)構(gòu)的壽命進(jìn)行的，裝配式SI體系的應(yīng)也能夠有效的提高建筑物的使用壽命，并實(shí)現(xiàn)住宅的節(jié)能減排，因而有著實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。如圖2則為鋼結(jié)構(gòu)建筑SI結(jié)構(gòu)的示意圖。據(jù)當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用分析可知，鋼結(jié)構(gòu)與SI的契合度較好，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用能夠有效的實(shí)現(xiàn)建筑的大空間，這就為SI的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了有利條件，同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)施工的精度較高，對(duì)于部品的安裝也有著很大的幫助。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)建筑SI結(jié)構(gòu)示意圖

3、裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑維護(hù)體系及結(jié)構(gòu)體系簡(jiǎn)要介紹

3.1 圍護(hù)體系

圍護(hù)體系主要是將當(dāng)前較為成熟的圍護(hù)技術(shù)進(jìn)行有效的集成應(yīng)用，將其集成在體系之中，往往包括以下幾方面的技術(shù)，首先是墻體技術(shù)，墻體技術(shù)中節(jié)能圍護(hù)體系采用多層次構(gòu)造墻體，由此來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，第二則是節(jié)能門窗技術(shù)，節(jié)能門窗技術(shù)的應(yīng)用有效的減少了由于門窗損壞所帶來(lái)的巨大損失，因而有效的節(jié)約了能源。

3.2 裝配式內(nèi)墻系統(tǒng)及節(jié)能外墻

圖3 裝配式圍護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

所謂裝配式內(nèi)墻系統(tǒng)，主要是通過輕質(zhì)石膏基砂漿預(yù)制墻板干掛在輕鋼龍骨上所形成的復(fù)合型墻體，其建設(shè)過程中將管線置于強(qiáng)體之內(nèi)，由此便實(shí)現(xiàn)了管線之間的分離，從而確保在敲擊時(shí)不會(huì)出現(xiàn)空鼓聲，該類內(nèi)墻系統(tǒng)的應(yīng)用不僅能夠提高裝配率，同時(shí)在構(gòu)造方面也較為簡(jiǎn)單，目前依然可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，因而發(fā)展前景較為廣闊。除了裝配式內(nèi)墻系統(tǒng)之外，節(jié)能外墻也是重要的體系技術(shù)，節(jié)能外墻的圍護(hù)體系采用了高效的裝配技術(shù)，并通過多層次的構(gòu)造墻體來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，節(jié)能外墻的設(shè)計(jì)有效的解決了冷橋效應(yīng)，同時(shí)施工速度塊，防火性能方面也較好，當(dāng)前也有著較好的應(yīng)用效果。

3.3 裝配式建筑配套高效節(jié)能門窗

據(jù)分析可知，當(dāng)前我國(guó)諸多建筑在不同部分的能耗方面，門窗的能耗最為嚴(yán)重，其能耗占據(jù)著建筑物總能耗的40%左右，由此可見，對(duì)于裝配式建筑體系的研究而言，要想有效的降低建筑體系總能耗，必須從門窗入手進(jìn)行研究，降低門窗的整體能耗對(duì)于建筑物整體的節(jié)能減排有著很大的幫助。目前我國(guó)很多企業(yè)也在嘗試著對(duì)門窗的能耗進(jìn)行研究，旨在不斷提高門窗的節(jié)能系數(shù)，在此過程中，門窗的節(jié)能型也有了較大程度的提升，最為顯著的如多層真空、斷橋技術(shù)等都可以有效的提高門窗保溫性能，從而實(shí)現(xiàn)門窗的節(jié)能。

3.4 豎向構(gòu)件

由于裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系可回收且能耗低，在實(shí)際使用過程中可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用，因而也是當(dāng)前較為重要的綠色建筑材料。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，為了有效的實(shí)現(xiàn)建筑的裝配和工業(yè)化生產(chǎn)，確定并開始使用以下幾種構(gòu)件，并建立了適合于不同建筑功能的結(jié)構(gòu)體系。例如壁式鋼筋混凝土柱、高強(qiáng)度螺旋箍筋約束混凝土預(yù)制柱等，這些常用的鋼結(jié)構(gòu)裝配式通用構(gòu)件有著較好的應(yīng)用效果。此外，高強(qiáng)度的螺旋箍筋較普通古今而言，預(yù)計(jì)可以解決一半左右的鋼用量，實(shí)現(xiàn)了很好的節(jié)省材料的效果。目前高強(qiáng)度螺旋箍筋的應(yīng)用也較為廣泛，公共建筑中往往使用鋼連梁來(lái)連接密柱核心筒-外框架結(jié)構(gòu)以及高強(qiáng)度螺旋箍筋來(lái)約束混凝土預(yù)制柱與鋼梁混合框架結(jié)構(gòu)體系。

4、裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系的智慧建造簡(jiǎn)要分析

4.1 BIM與綠色建筑結(jié)合技術(shù)分析

將BIM技術(shù)與綠色建筑進(jìn)行有效的結(jié)合，很大程度上能夠提高建造能力，其更為顯著的特點(diǎn)則是在降低能耗以及節(jié)省材料方面。當(dāng)前經(jīng)過長(zhǎng)期的研究實(shí)踐總結(jié)出了新的數(shù)字化信息技術(shù)服務(wù)體，該體系為設(shè)計(jì)-施工-運(yùn)營(yíng)，全過程都是以數(shù)字化為基本需求，由此能夠最大化的實(shí)現(xiàn)智慧建造。

4.2 裝配式生產(chǎn)線介紹

一般而言，如果體系之中的核心技術(shù)較為完備，則其裝配式鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)線的設(shè)備規(guī)劃以及選型方面都是較為嚴(yán)格的，整體的裝配式生產(chǎn)線如下所示，配套圍護(hù)產(chǎn)品生產(chǎn)線設(shè)備規(guī)劃-加工、施工工藝標(biāo)準(zhǔn)以及后期產(chǎn)品的完善及研發(fā)，這全套的解決方案及技術(shù)服務(wù)都可以為裝配式建筑提供相應(yīng)的規(guī)劃。

5、其他體系所配套的低能耗技術(shù)簡(jiǎn)要分析

5.1 高效照明技術(shù)簡(jiǎn)要介紹

目前我國(guó)多數(shù)的建筑物都還無(wú)法實(shí)現(xiàn)自然采光照明，而照明卻是建筑設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，在此過程中要根據(jù)建筑物的不同應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)采取不同的照明方式。一般的，為了實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能則采用熒光燈，辦公室往往使用這類照明系統(tǒng)，而局部照明則使用LED等，并將照明箱的控制集中在分區(qū)智能控制，采用智能照明系統(tǒng)來(lái)有效的控制現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)。

5.2 太陽(yáng)能的利用分析

對(duì)于太陽(yáng)能的利用而言，主要是利用該系統(tǒng)來(lái)為公共區(qū)域照明，這也是當(dāng)前大多數(shù)建筑周邊采用的體系，太陽(yáng)能建筑體系的一體化有效的降低了造價(jià)成本。例如壁掛式太陽(yáng)能光熱系統(tǒng)可以為當(dāng)?shù)氐木用裉峁崴?，其不僅實(shí)現(xiàn)了建筑太陽(yáng)能一體化，也能夠美化建筑立面，對(duì)于我國(guó)建筑整體的低能耗技術(shù)研究發(fā)展都有著很大的幫助。

結(jié)語(yǔ)：

本文中就裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系及低能耗技術(shù)進(jìn)行了具體的分析研究，在此過程中，重點(diǎn)分析了裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系的智能建造以及該體系與低能耗技術(shù)的結(jié)合分析。當(dāng)前改變傳統(tǒng)建筑的生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展已成為基本要求，因而裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑成為綠色建筑的合理路徑，需要進(jìn)行更為深入的發(fā)展研究。