裝配式建筑中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用探討★

張 馬 斌

(山西省建筑科學(xué)研究院有限公司，山西 太原 030013)

鋼結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件是鋼，具有適用性強(qiáng)、防風(fēng)抗震性能強(qiáng)、造型美觀、自重輕等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在了醫(yī)院、學(xué)校等建筑工程中。將其與裝配式建筑結(jié)合在一起，正可以充分發(fā)揮出鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，提升裝配式建筑的使用性能。并且從實(shí)際來看，鋼結(jié)構(gòu)自應(yīng)用以來，一直都是采用的裝配式結(jié)構(gòu)。所以，我們應(yīng)繼續(xù)加大鋼結(jié)構(gòu)在裝配式建筑中的應(yīng)用。

1 鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的優(yōu)勢

1.1 集成化

相比于傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)建筑來說，鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的靈活性非常強(qiáng)。用戶完全可以根據(jù)自身的需求，對建筑空間、建筑裝飾進(jìn)行二次分割、布置，且不會影響到建筑工程的安全性。最重要的是可根據(jù)建筑特點(diǎn)將水電、空調(diào)等完全融合到空間中，在保證建筑結(jié)構(gòu)完整性的同時也可提升建筑空間的美觀性、舒適性。

1.2 抗震性強(qiáng)

鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的構(gòu)件多是應(yīng)用熱軋型鋼或冷彎鋼板組合截面。這種構(gòu)件不僅自重輕，而且受力設(shè)計比較合理。另外，鋼結(jié)構(gòu)本身就具有良好的抗震性，可使得鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的抗震性得到進(jìn)一步提升。

1.3 環(huán)保節(jié)能

鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的施工材料多是提前在工廠加工的，在施工現(xiàn)場只按照施工圖圖紙進(jìn)行組裝即可。相對于傳統(tǒng)的現(xiàn)場施工來說，既可以杜絕噪聲污染、水污染、垃圾污染、粉塵污染，而且也方便后期的改造、圍護(hù)，極大地減少了建筑垃圾的產(chǎn)生?？梢哉f，鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑真正落實(shí)了節(jié)能、環(huán)保理念，非常有利于建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1.4 效率高

鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的施工主要分為兩部分。一部分是在加工廠進(jìn)行結(jié)構(gòu)部件的預(yù)先加工，并利用數(shù)控加工技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行簡單組裝。另一部分是在施工現(xiàn)場進(jìn)行建筑工程整體的安裝。這樣可省去許多施工環(huán)節(jié)，且能規(guī)范進(jìn)行每一個環(huán)節(jié)的施工，保證工程施工效率。

1.5 綜合效益好

鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的主要施工材料來源于預(yù)制品加工廠。而預(yù)制品加工廠的生產(chǎn)規(guī)模比較大，可進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)，保證生產(chǎn)效益。并且在施工現(xiàn)場進(jìn)行組裝、施工，可降低材料投資費(fèi)用，減少材料施工人員成本、建筑垃圾回收成本，真正提升建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益。

2 鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 國外應(yīng)用現(xiàn)狀

在這方面美國的鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑行業(yè)發(fā)展更為成熟，不僅社會分工明確、生產(chǎn)效益高，而且設(shè)計施工標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，產(chǎn)品供應(yīng)方也能協(xié)調(diào)配合?，F(xiàn)如今，其鋼結(jié)構(gòu)住宅多是以裝配式建筑為主。另外，在日本鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑業(yè)也得到了廣泛應(yīng)用。

2.2 國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

我國最早是在1999年提出了要對預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供政策支持。2015年，國家又出臺了多項(xiàng)政策，引導(dǎo)我國鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的健康快速發(fā)展。同時，國家和住建部還出臺了《裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》《裝配式建筑工程消耗量定額》等法規(guī)文件，以此規(guī)范裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑市場?？梢哉f，在國家的大力推動下，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的建設(shè)規(guī)模、應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大，尤其是其技術(shù)水平也在不斷提高。但是與發(fā)達(dá)國家相比，我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的比例仍比較低，且鋼結(jié)構(gòu)用鋼量也比較少。在國內(nèi)各大城市中，上海作為住宅產(chǎn)業(yè)化建設(shè)的先鋒已經(jīng)在大力推廣裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑。與此同時，河北、合肥、濟(jì)南等省市也加入到住宅產(chǎn)業(yè)化及裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展和推廣中。

3 制約裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展的因素

3.1 環(huán)境因素

考慮施工成本，大多數(shù)高層住宅樓仍是采用的鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)形式。并且很多房地產(chǎn)企業(yè)并不考慮住宅建筑后期的生態(tài)效益、節(jié)能環(huán)保，只是追求經(jīng)濟(jì)效益。這也是裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑難以大面積推廣、應(yīng)用的根本原因。也正因?yàn)槿绱?，國家一直在出臺發(fā)展政策，給予優(yōu)惠的稅收、補(bǔ)貼，促使房地產(chǎn)企業(yè)主動開發(fā)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑。

3.2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑自身的問題

除卻環(huán)境因素的影響，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑本身還存在的問題，無法大面積推廣。如腐蝕問題。依據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)程，建筑物在環(huán)境腐蝕等級為二級及以上時，設(shè)計防腐年限在15年以下。但是住宅樓的使用壽命在70年左右，原有的防腐要求根本無法滿足防腐需求。最重要的是梁柱構(gòu)件都需要包覆，后期防腐維修成本極高。又如防火問題。鋼材雖不可燃，但鋼結(jié)構(gòu)耐火性差，在高溫下材質(zhì)性能容易發(fā)生變化。當(dāng)溫度達(dá)到600 ℃時，鋼材性能會完全失效，造成鋼結(jié)構(gòu)建筑坍塌。另外，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的舒適性也存在一定的弊端。尤其是裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的舒適性問題比較突出。造成這一問題的根本原因是建筑圍護(hù)部品及構(gòu)造技術(shù)不成熟。如圍護(hù)墻體的構(gòu)造不合適，會引發(fā)外墻裂縫問題，導(dǎo)致外墻保溫、隔熱、隔音等性能無法得到保證。

3.3 建筑配套不完善

由于我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)起步較晚，且得不到重視。所以，與其配套的產(chǎn)業(yè)鏈并不完善，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)、裝配式建筑行業(yè)的發(fā)展。如配套外墻板、樓板等產(chǎn)品的選擇范圍比較窄，且價格比較高。加之，一套完整產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)周期比較長，以致于相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈仍不夠完善。

3.4 建筑模式不合理

從實(shí)際來看，鋼結(jié)構(gòu)工程師主導(dǎo)的建筑模式并不合適裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的生產(chǎn)、發(fā)展。因?yàn)檠b配式鋼結(jié)構(gòu)建筑工程施工需要綜合考慮建筑功能、結(jié)構(gòu)、圍護(hù)、機(jī)電等因素，保證圍護(hù)系統(tǒng)、管線系統(tǒng)、防火系統(tǒng)等的協(xié)調(diào)、集成。這就意味著以往的工程師主導(dǎo)、產(chǎn)品經(jīng)理負(fù)責(zé)一個產(chǎn)品開發(fā)的建筑模式無法滿足裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的集成化生產(chǎn)需求。

4 促進(jìn)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展的措施

4.1 提高鋼結(jié)構(gòu)、裝配式建筑的適應(yīng)性

鋼結(jié)構(gòu)、裝配式建筑各自有不同的優(yōu)勢、特點(diǎn)。若想提高裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的使用性能，就要選擇合理的搭配方式，使兩者能完全協(xié)調(diào)、配合。對此，可采取以下措施：

首先，從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)律入手，優(yōu)化、改進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計，使其更符合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。如加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計管理，提升鋼結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性，保證鋼結(jié)構(gòu)建筑的舒適性、經(jīng)濟(jì)性。其次，要深入研究裝配式建筑戶型設(shè)計，并依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、定型化的設(shè)計規(guī)范，對裝配式建筑空間、裝飾設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)，從而帶給人們更良好的視覺、居住體驗(yàn)。比如減少異形板的使用，保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；要統(tǒng)一板材尺寸，方便規(guī)?；a(chǎn)。最后，應(yīng)高度重視平面布置的設(shè)計。盡量依據(jù)動態(tài)性、開放性的原則進(jìn)行平面配置，保證裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計質(zhì)量。

4.2 劃分功能分區(qū)

在我國裝配式建筑的發(fā)展前景非常廣闊。無論是商業(yè)樓，還是住宅樓，亦或者是辦公樓都有這方面的需求。但是不同功能的建筑物其功能分區(qū)是不相同的。而裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的生產(chǎn)、加工都是要以既定功能分區(qū)方式為基礎(chǔ)的。所以，在大力發(fā)展裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)時，要重點(diǎn)做好功能區(qū)劃分。

首先，要充分考慮業(yè)主的需求進(jìn)行功能區(qū)劃分。畢竟，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工是以業(yè)主需求為導(dǎo)向的。在功能區(qū)劃分時也要充分考慮業(yè)主需求。其次，要從大局出發(fā)對裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行動靜分區(qū)，從而最大程度的利用現(xiàn)有的空間面積。尤其是保證不同分區(qū)相互之間不會產(chǎn)生太大的干擾，以免影響到人們的日常使用體驗(yàn)。最后，在劃分功能區(qū)時，還應(yīng)做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，盡可能地節(jié)約鋼材，從而進(jìn)一步提升裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的經(jīng)濟(jì)效益。

4.3 加強(qiáng)安全設(shè)計

在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計中還應(yīng)高度重視安全設(shè)計工作，保證裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑安全等級達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。尤其是加強(qiáng)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火、防腐等的設(shè)計，消除裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑自身的缺陷。

首先，要充分考慮構(gòu)件的使用壽命，加強(qiáng)圍護(hù)材料、密封材料的設(shè)計管理。如靈活應(yīng)用鍍鋅方式對各種構(gòu)件、材料進(jìn)行防腐處理，并結(jié)合實(shí)際要求靈活選擇材料種類。其次，要重視關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的設(shè)計。如連接節(jié)點(diǎn)、防水節(jié)點(diǎn)、外墻保溫節(jié)點(diǎn)等。如在結(jié)構(gòu)防護(hù)節(jié)點(diǎn)設(shè)計中，要嚴(yán)格遵循相關(guān)設(shè)計規(guī)范，加強(qiáng)鋼管混凝土柱的耐火極限計算、排氣孔設(shè)計管理，提升鋼結(jié)構(gòu)的安全性。同時，還要靈活選擇鋼結(jié)構(gòu)防火材料，并依據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行保護(hù)層設(shè)計以及設(shè)計防腐涂層方案。只有這樣才能真正提高鋼結(jié)構(gòu)的防火、防腐性能。最后，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格管控裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的外圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)的施工，使其切實(shí)滿足抗風(fēng)、抗震、耐撞、防火等安全性要求。同時，還應(yīng)保證其能滿足水密、氣密、隔音等要求，從而真正提升裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的安全性、適用性。

4.4 實(shí)現(xiàn)裝配化

若想促進(jìn)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)的發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)建筑的裝配化，就要實(shí)現(xiàn)其主體結(jié)構(gòu)及其部件產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化。具體來說，是實(shí)現(xiàn)梁柱標(biāo)準(zhǔn)化、墻體產(chǎn)品化、樓板產(chǎn)品化、連接節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化等。

首先，實(shí)現(xiàn)梁柱構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化。在傳統(tǒng)的梁柱構(gòu)件焊接中，要先對鋼柱單體進(jìn)行加工，才能進(jìn)行構(gòu)件加工。但是受到人工、工藝、環(huán)境等因素的干擾，鋼柱單體加工質(zhì)量很難保證。也就是說，若想實(shí)現(xiàn)梁柱構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化，就要分離節(jié)點(diǎn)、構(gòu)件加工。如德力公司提出的將方鋼管柱、H型鋼梁連接點(diǎn)做成產(chǎn)品的方法正可以省去加工梁柱連接節(jié)點(diǎn)的加工環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)梁柱構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)加工的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。其次，圍護(hù)墻體的產(chǎn)品化。目前使用的墻體主要是以發(fā)泡混凝土內(nèi)添加保溫輕質(zhì)材料、輕鋼龍骨復(fù)合墻體為主。但其與主體結(jié)構(gòu)的配合仍存在一定的缺陷，仍待研究。最后，樓板產(chǎn)品化。目前鋼結(jié)構(gòu)建筑樓板主要以預(yù)應(yīng)力大板、疊合板等為主。但其中最易進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)的只有鋼筋桁架樓板，然而其價格比較高。所以仍需加大樓板產(chǎn)品化的研究，研發(fā)出適用于規(guī)?；a(chǎn)，且經(jīng)濟(jì)效益較高的樓板產(chǎn)品。

綜上所述，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展仍比較慢。尤其是受到了外界環(huán)境、自身缺陷等因素的影響，老百姓接受程度較差。所以，在現(xiàn)代化建筑行業(yè)背景下，我們應(yīng)繼續(xù)加大鋼結(jié)構(gòu)在裝配式建筑中的應(yīng)用研究。