綠色建筑設(shè)計中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

池 凱

(山西省建筑設(shè)計院有限公司 太原 030013)

近年來,隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,建筑行業(yè)也隨之迎來了快速的變革,同時,隨著人們環(huán)保意識的提高,綠色建筑理念也越來越深入人心。裝配式鋼結(jié)構(gòu)是綠色建筑的一大代表,適應(yīng)了綠色建筑的新形勢,擁有遠(yuǎn)大的發(fā)展前景。本文就鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀,具體應(yīng)用,所遇問題及解決措施加以分析討論。

1 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀

裝配式鋼結(jié)構(gòu)的鋼材在重量較輕,抗震能力強(qiáng)的同時還兼顧施工周期短,品質(zhì)較高的優(yōu)勢,因此在發(fā)達(dá)國家如美國,日本使用范圍極廣。使用鋼結(jié)構(gòu)的建筑甚至于達(dá)到全部建筑的半數(shù)之多。在日本,由于處于板塊交界處的原因,地震頻發(fā),抗震性能更好的裝配式鋼結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于更加廣泛的領(lǐng)域,所占比率甚至能夠達(dá)到百分之七十。

而在我國,鋼結(jié)構(gòu)建筑的主要應(yīng)用范圍集中在大型場館,如體育場,會展中心,商業(yè)中心等。這些場所人流量大,聚集人數(shù)多,相比較住宅更適合使用鋼結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)抗震能力,提高經(jīng)濟(jì)效能。由此可見,在鋼結(jié)構(gòu)這一綠色建筑體系的應(yīng)用方面,我們距離發(fā)達(dá)國家還存在一些差距[1]。

同時存在差距的,還有人們對于綠色建筑,對于鋼結(jié)構(gòu)建筑的認(rèn)知。國內(nèi)普遍來講,人們沒有對鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢有基礎(chǔ)的認(rèn)識,很少以是否環(huán)保、低碳、節(jié)能為標(biāo)準(zhǔn)來選擇房屋結(jié)構(gòu)。2019 年3 月,住建部發(fā)布《住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建筑市場監(jiān)管司2019年工作要點(diǎn)》中指出我國要展開裝配式鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)用在住宅場所的試點(diǎn)。通過這樣的試點(diǎn),我們能夠發(fā)現(xiàn)我國正在推動建設(shè)綠色成熟的住宅建設(shè)體系,推進(jìn)住宅體系的進(jìn)步與發(fā)展。

同時,由于近些年,傳統(tǒng)建筑原材料的價格飛漲,傳統(tǒng)的鋼筋、混凝土等材料對比鋼結(jié)構(gòu)材料的價格優(yōu)勢也逐漸減少。這就給了鋼結(jié)構(gòu)材料一個進(jìn)入市場,并為人所熟知的機(jī)會。諸多事件的影響下,裝配式鋼結(jié)構(gòu)這一綠色材料的優(yōu)勢越來越被人看見,所占市場的配額也越來越大。

2 鋼結(jié)構(gòu)的具體應(yīng)用

2.1 鋼結(jié)構(gòu)在商業(yè)建筑中的應(yīng)用

在我國,鋼結(jié)構(gòu)最早就應(yīng)用于商業(yè)建筑中,這些鋼結(jié)構(gòu)建筑與民用鋼結(jié)構(gòu)建筑有明顯差異。總體來看,商業(yè)鋼結(jié)構(gòu)建筑的整體性能要優(yōu)于民用建筑,為的是能夠在人流量更密集的大型活動場所提供更安全的保障和更豐富的使用空間。將鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)用到商業(yè)建筑上,能夠在有限的工程造價下,增強(qiáng)建筑的抗震性能,提高建筑工程質(zhì)量和安全性能。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)體系在住宅建筑中的應(yīng)用

我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來越快,城市化調(diào)動進(jìn)程也越來越迅速,加之人口的增長,隨之而來的是住宅的增多和環(huán)境的變化,對建筑模式更新的要求相應(yīng)變多。在這種條件下,裝配式鋼結(jié)構(gòu)作為一種綠色環(huán)保的建筑模式,運(yùn)用的范圍也越來越廣,逐步進(jìn)入到了百姓的住宅中。

住宅建筑作為距離老百姓最近的建筑,使用效能更高,安全系數(shù)更好的裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系,能夠有效的提升住宅建筑的綠色品質(zhì),更高效地提供較為良好的居住條件。裝配式鋼結(jié)構(gòu)由于其具有良好的抗震性能,運(yùn)用到住宅建筑后,能夠更好的減小地震作用,保護(hù)居民的生命財產(chǎn)安全。

2.3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)在建筑墻體方面的應(yīng)用

裝配式鋼結(jié)構(gòu)最多的應(yīng)用即為在各類建筑墻體上的應(yīng)用,比如玻璃幕墻、建筑外掛輕質(zhì)墻板等。

鋼結(jié)構(gòu)有自重輕這一優(yōu)勢,此優(yōu)勢在構(gòu)建建筑墻體方面提體現(xiàn)的淋漓盡致。自重輕的材料不但減輕了結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān),還滿足了裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑對發(fā)展空間的需求。同時,裝配式鋼結(jié)構(gòu)的墻體材料種類十分豐富,在擁有上述兩個優(yōu)點(diǎn)的同時,還能夠兼顧到人們對建筑外形美觀的要求。

在實際運(yùn)用中,由于不采用濕作業(yè),它的連接方式快速、簡潔、環(huán)保,這也是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)建建筑墻體時顯著的優(yōu)點(diǎn)。值得一提的是,在建造鋼結(jié)構(gòu)墻體建筑時,可以選擇多種連接方式,如:整體拼接,玻璃幕墻連接,板材連接等。多種的連接方式各有各自的優(yōu)點(diǎn),給予了建設(shè)者充分的選擇空間,可以根據(jù)材料的不同,氣候的適宜程度來選擇最合適的連接方式。舉例來說,對于牢固性要求較高的玻璃幕墻連接就可以選擇焊接或膨脹螺栓的方式。

3 鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

3.1 鋼結(jié)構(gòu)在環(huán)境保護(hù)方面的優(yōu)勢

作為綠色建筑的代表之一,鋼結(jié)構(gòu)滿足綠色建筑對節(jié)約能源,保護(hù)生態(tài)的要求,同時在市場上也具有優(yōu)勢。在環(huán)境保護(hù)方面,首先,由于鋼結(jié)構(gòu)自重較輕,在施工過程中取土量會遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的建筑材料,在某種程度上,可以看做對土地資源的節(jié)約。其次,鋼結(jié)構(gòu)建筑的建筑時長要短于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)建筑,隨之所產(chǎn)生的建筑廢料也會減少。再次,鋼結(jié)構(gòu)建筑具有可循環(huán)利用的特點(diǎn),拆卸下來的部分建筑材料在檢測后仍然可以重復(fù)利用,這不僅節(jié)約了資源保護(hù)了環(huán)境,更能說明,鋼結(jié)構(gòu)的使用損耗小,“待機(jī)”時間長,經(jīng)濟(jì)效益較高[2]。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)在性能方面的優(yōu)勢

在性能方面,除了上文所說的抗震效能,還有由于其自重輕,以此為結(jié)構(gòu)的建筑自然也會變得輕盈,這樣的特性,使得建筑容易適應(yīng)復(fù)雜的空間構(gòu)造,也容易實現(xiàn)創(chuàng)意的造型,當(dāng)然這一切都是在保證質(zhì)量安全的大前提下進(jìn)行的。第二,標(biāo)準(zhǔn)的鋼結(jié)構(gòu)施工,大多采取機(jī)械化的施工方法,這就有效保證了施工的精確程度和安全性。工程的質(zhì)量和速度也隨之提高?？梢哉f,選擇使用鋼結(jié)構(gòu),是保證建筑安全,穩(wěn)定,美觀,獨(dú)特的一大保證。

4 鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的問題

4.1 鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)體系不夠完善

雖然出臺了《裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》,但在具體的應(yīng)用上,鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)體系的標(biāo)準(zhǔn)化仍然不高,這主要由于一下兩方面:

首先,人們對鋼結(jié)構(gòu)建筑的了解不多,市場也不大,行業(yè)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)雖然已經(jīng)推出,但在具體的執(zhí)行措施方面仍然不能完全統(tǒng)一,這也會反過來造成人們對鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢無法準(zhǔn)確了解,從而放棄選擇鋼結(jié)構(gòu)這一相對未知的領(lǐng)域。其次,在具體的項目中,部分實施者不能結(jié)合具體的情況,靈活地運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn),開展施工。這在一定程度上,限制了標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍,降低了標(biāo)準(zhǔn)的靈活性,也傳遞出了錯誤的鋼結(jié)構(gòu)建造信息,影響了市場對鋼結(jié)構(gòu)的認(rèn)可程度。

4.2 鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)成本較高

鋼結(jié)構(gòu)材料無論是從構(gòu)件的生產(chǎn),材料的運(yùn)輸,還是后期維護(hù)等方面,其成本都略高于傳統(tǒng)建筑材料。我國仍然處于鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展初期,各個地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化的差異導(dǎo)致應(yīng)用成本增加,降低了鋼結(jié)構(gòu)建筑的綜合收益,這也是我們與發(fā)達(dá)國家的差距。鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于耐用持久,可這也反過來說明了鋼結(jié)構(gòu)建筑的回報周期長,成本高,這就使得許多工程建設(shè)單位不去選擇鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)模式,在一定程度上阻礙了鋼結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展。

4.3 缺少專業(yè)人才

裝配式鋼結(jié)構(gòu)本就是建筑行業(yè)的創(chuàng)新領(lǐng)域,相比于傳統(tǒng)的建筑模式,鋼結(jié)構(gòu)建筑仍然是“小寶寶”,在技術(shù),方法,工藝等方面,還沒能成熟。這需要大量的相關(guān)人才進(jìn)行研究,革新和改良,使得裝配式鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)得到創(chuàng)新和發(fā)展。與此同時,由于機(jī)械化操作的原因,鋼結(jié)構(gòu)的操作人才也需要一定的機(jī)械知識,這樣才能夠更好地發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。這說明,鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展,不僅需要科研人員去開拓和創(chuàng)新,還需要具有機(jī)械知識基礎(chǔ)的操作人員來進(jìn)行實施,這不可謂不困難。

4.4 裝配式鋼結(jié)構(gòu)配套材料不足

由于鋼結(jié)構(gòu)自身的性能優(yōu)秀,就更需要相應(yīng)的配套材料來進(jìn)行輔助,以達(dá)到一加一大于二的效果?？?目前的狀況是,由于鋼結(jié)構(gòu)的市場配額不高,研究人員較少,相應(yīng)配套的材料和配件生產(chǎn)極少,大部分都鋼結(jié)構(gòu)建筑并沒有配備優(yōu)質(zhì)的配套附件。這無疑會削弱鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢,阻礙鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

鋼結(jié)構(gòu)建筑體系仍然處于發(fā)展初期,與傳統(tǒng)建筑體系相比成本高,缺少標(biāo)準(zhǔn)化,相應(yīng)人才少,配套材料也不足?？晌胰匀幌嘈?時間會給予鋼結(jié)構(gòu)走上市場,走上舞臺的機(jī)會。它將以其優(yōu)秀的性能,越來越為人所熟知。

5 裝配式鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的建議

5.1 構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)體系

推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建,需要政府完善相關(guān)政策,對其進(jìn)行激勵與扶持。政府部門應(yīng)該鼓勵和引導(dǎo)企業(yè)及個人采取裝配式鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)建模式,為鋼結(jié)構(gòu)創(chuàng)造充分的市場配額和良好的市場環(huán)境。同時,應(yīng)該嚴(yán)格規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)模式的標(biāo)準(zhǔn),完善和提高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系,加強(qiáng)監(jiān)管,發(fā)揮主導(dǎo)作用。要求在《標(biāo)準(zhǔn)》的指導(dǎo)下,結(jié)合具體項目的實際狀況,從建設(shè)的各個環(huán)節(jié),設(shè)計,生產(chǎn),施工等進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)范與監(jiān)督,提升裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的建筑水平。政府的支持加上市場運(yùn)作,裝配式鋼結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)體系才不會形同虛設(shè)。

6 結(jié)語

在新時期,綠色建筑的建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來越豐富,而裝配式鋼結(jié)構(gòu)作為其中一大代表,也越來越為人所熟知。一方面,鋼結(jié)構(gòu)符合綠色發(fā)展的大趨勢,另一方面鋼結(jié)構(gòu)建材自身也在逐步革新,慢慢進(jìn)步。只要人們充分認(rèn)識到環(huán)境保護(hù)的重要性,認(rèn)識到鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)勢所在,我相信,鋼結(jié)構(gòu)建筑一定可以深入人心。只有這樣,才能提高建筑領(lǐng)域的綜合效益,促進(jìn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。