芻議裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)體系發(fā)展現(xiàn)狀

吳 謙

湖南中天建設(shè)集團(tuán)股份有限公司

1 引言

改革開(kāi)放起，我國(guó)建筑行業(yè)開(kāi)始快速發(fā)展，各地建筑工程拔地而起，裝配式建筑是近幾年出現(xiàn)的一種新的建筑結(jié)構(gòu)形式，可有效提高建筑質(zhì)量，規(guī)范建筑工程建設(shè)過(guò)程。對(duì)比發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)裝配式建筑滲透率差距巨大。主要發(fā)達(dá)國(guó)家建筑現(xiàn)代化推進(jìn)已經(jīng)較為成熟，建筑業(yè)相對(duì)成熟、完善。工業(yè)化程度高的發(fā)達(dá)國(guó)家均曾開(kāi)發(fā)出各類(lèi)裝配式建筑專(zhuān)用體系。近幾年，為推動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)快速發(fā)展，住建部印發(fā)的《“十二五”綠色建筑和綠色生態(tài)區(qū)域發(fā)展規(guī)劃》首次明確提出要我國(guó)要加快形成裝配式混凝土、鋼結(jié)構(gòu)等工業(yè)化建筑體系，這就為我國(guó)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)體系發(fā)展創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)條件[1]。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范，可知圍護(hù)體系主要是指裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的屋頂、樓板、門(mén)窗等。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑和傳統(tǒng)建筑的圍護(hù)體系存在一定的差異，比如傳統(tǒng)混凝土建筑無(wú)須重新布置內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，而裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑則需要設(shè)置CRC、定向刨花板、水泥限位板等墻體，還需要采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土疊合樓板、纖維水泥壓力板等構(gòu)成樓板體系。從客觀的角度看，圍護(hù)體系的發(fā)展基本就代表了裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展，是為我國(guó)住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化改革中的重中之重，立足于當(dāng)前的實(shí)際情況，對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)體系發(fā)展概況進(jìn)行梳理，對(duì)我國(guó)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展大有裨益。

2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑外圍護(hù)體系國(guó)內(nèi)外研究情況

2.1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑外圍護(hù)體系國(guó)外研究情況

發(fā)達(dá)國(guó)家的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑建設(shè)技術(shù)相對(duì)成熟，以墻體為代表的圍護(hù)體系同樣也處于較為成熟的發(fā)展階段。大致來(lái)看，國(guó)外的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑可分為兩種類(lèi)型，一是高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑；二是低層裝配式鋼結(jié)構(gòu)別墅。因發(fā)達(dá)國(guó)家建筑行業(yè)成熟較早，建筑市場(chǎng)早已飽和，故高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑數(shù)量較少，而低層裝配式鋼結(jié)構(gòu)別墅數(shù)量較多。所以低層裝配式鋼結(jié)構(gòu)別墅的圍護(hù)體系有較多選擇。比如法國(guó)廣泛應(yīng)用的FCIs墻體系統(tǒng)、輕質(zhì)復(fù)合板材墻體體系等等。國(guó)際上，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的門(mén)窗圍護(hù)結(jié)構(gòu)多采用鍍鋅鋁鋼板、鍍鋁鋅鋼板等材料，這些材料可根據(jù)實(shí)際情況壓縮成型、剪切等，具有較高的耐用性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性以及美學(xué)性能，是理性且性能突出的圍護(hù)材料。從行業(yè)規(guī)范來(lái)看，發(fā)達(dá)國(guó)家的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)已經(jīng)有了諸多配套規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)以及施工要求，所有五金件、板材、密封條等，都經(jīng)過(guò)了詳細(xì)的測(cè)試室以及認(rèn)證，無(wú)論是門(mén)窗還是圍護(hù)板材，均有相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范[2-3]。

2.2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑外圍護(hù)體系國(guó)內(nèi)研究情況

國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)的發(fā)展起步時(shí)間相對(duì)較晚，國(guó)內(nèi)的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)體系是在參照發(fā)達(dá)國(guó)家的基礎(chǔ)上開(kāi)始完善的。和傳統(tǒng)混凝土現(xiàn)澆建筑結(jié)構(gòu)相比，裝配式鋼結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)：一是施工過(guò)程規(guī)范，通過(guò)工廠化定制，降低了現(xiàn)場(chǎng)人工作業(yè)帶來(lái)的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)；二是施工效率更高，通過(guò)規(guī)范化裝配，施工環(huán)節(jié)得到優(yōu)化，施工過(guò)程符合標(biāo)準(zhǔn)化管理要求；三是可根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑可根據(jù)建筑所在地以及建筑的建設(shè)要求，合理調(diào)整建筑構(gòu)造，選擇相應(yīng)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系，從而達(dá)到提高建筑工程質(zhì)量的目的。

以裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)墻圍護(hù)體系為例，我國(guó)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的內(nèi)墻圍護(hù)體系由保溫隔熱材料、防水材料構(gòu)成，主要為水泥纖維板、GRC 復(fù)合墻板、石膏板等。一是石膏板，本身是重量較輕、加工方便且防火性能突出的材料，多用于我國(guó)的室內(nèi)裝飾工程，可施作抹灰面層、墻面覆蓋版、天花板、吸音板等。二是水泥纖維板是典型的纖維增強(qiáng)板材，可根據(jù)實(shí)際要求增加纖維含量，市面上的水泥纖維板大致可分為無(wú)石棉纖維水泥板和溫石棉纖維水泥板，根據(jù)成型工藝的不同，又可分為無(wú)壓力板和壓力板。一般來(lái)說(shuō)，水泥纖維板主要在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑用作為樓層板、閣樓板、外墻保溫板等。三是定向刨花板，定向刨花板在我國(guó)建筑行業(yè)的應(yīng)用時(shí)間相對(duì)較短，在實(shí)踐中表現(xiàn)出耐沖擊、工藝水平高等等特征，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有了一定廠家開(kāi)始大范圍生產(chǎn)；四是GRC復(fù)合墻板，GRC復(fù)合墻板是一種以低堿度水泥砂漿材料為基礎(chǔ)的板材，可和其他輕質(zhì)材料構(gòu)成一個(gè)完善的復(fù)合墻面圍護(hù)體系。一般情況下，GRC 復(fù)合墻板和其他輕質(zhì)板材作為墻體外層，內(nèi)層則由輕鋼龍骨等構(gòu)成支撐體系。比如，某裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑就綜合利用alc 外墻板、擠壓聚苯板、防火石棉板等材料，構(gòu)成了一個(gè)結(jié)構(gòu)性能良好且防火性能突出的外圍護(hù)體系。

在樓板、門(mén)窗方面，除一般規(guī)范化產(chǎn)品外，我國(guó)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑主要應(yīng)用輕鋼材料、混凝土材料在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加工，部分預(yù)制率較高的建筑則采用了自承式綱吉你桁架、混凝土疊合樓板等材料，門(mén)窗主要應(yīng)用鋁合金、塑鋼等，通過(guò)和密封條、泡沫膠等材料共同作用，形成一個(gè)完善的圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系。

2.3 國(guó)內(nèi)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)體系現(xiàn)存問(wèn)題

2.3.1 技術(shù)水準(zhǔn)相對(duì)較低

目前，我國(guó)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)體系的技術(shù)水準(zhǔn)相對(duì)較低，多數(shù)產(chǎn)品都是借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家自主研發(fā)產(chǎn)品演變而來(lái)，國(guó)內(nèi)缺少高精尖的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)研發(fā)人才。尤其是在裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、圍護(hù)體系搭建工藝以及相關(guān)材料方面，缺乏一套完善的產(chǎn)業(yè)體系。這種產(chǎn)業(yè)體系的不健全，導(dǎo)致各類(lèi)工藝、技術(shù)都無(wú)法達(dá)到足夠好的應(yīng)用水準(zhǔn)，也無(wú)法很好解決相關(guān)問(wèn)題。

2.3.2 規(guī)范性不足

盡管我國(guó)在大力推動(dòng)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑工業(yè)化發(fā)展，但是仍舊缺少諸多規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。具體來(lái)講，很多地區(qū)裝配式建筑工程的建設(shè)多數(shù)都是屬于實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的，尚未形成規(guī)模，意味著相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范、工藝規(guī)范以及施工管理制度尚不健全。規(guī)范性的缺失，很容易導(dǎo)致裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)及施工人員的工作沒(méi)有依據(jù)，影響工程設(shè)計(jì)施工質(zhì)量。從另一個(gè)角度來(lái)講，相關(guān)監(jiān)管單位，尤其是監(jiān)理人員在針對(duì)這類(lèi)建筑工程進(jìn)行監(jiān)督的時(shí)候，也存在無(wú)從下手的情況。顯然，隨著裝配式建筑工程的優(yōu)勢(shì)被更多人認(rèn)可，這類(lèi)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)將越來(lái)越好，相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)也將逐漸成熟。

2.3.3 市場(chǎng)化不足

雖然目前我國(guó)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑市場(chǎng)發(fā)展前景可觀，但是目前尚未實(shí)現(xiàn)全面市場(chǎng)化。主要表現(xiàn)為，具備裝配式建筑工程構(gòu)件制造生產(chǎn)的廠家尚未形成規(guī)模，建筑工程的專(zhuān)業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)比較少，建筑工程開(kāi)發(fā)商對(duì)這類(lèi)建筑的興趣雖有，但仍處于觀望狀態(tài)。而消費(fèi)者對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的認(rèn)可程度還有待提升，因缺少規(guī)范指導(dǎo)，部分裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑甚至造價(jià)遠(yuǎn)超傳統(tǒng)建筑。這一切都導(dǎo)致裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的市場(chǎng)規(guī)模不足，無(wú)法支撐其形成良好的發(fā)展機(jī)制。

3 推動(dòng)我國(guó)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)體系發(fā)展建議

3.1 完善配套規(guī)范

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)體系是在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的基礎(chǔ)上得以完善的，所有圍護(hù)材料、結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展必須建立在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的基礎(chǔ)之上進(jìn)行完善，發(fā)達(dá)國(guó)家的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展起步時(shí)間較早，故相關(guān)的配套規(guī)范較為齊全，我國(guó)則應(yīng)立足于當(dāng)前的實(shí)際情況，系統(tǒng)梳理裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展前景以及發(fā)展需求。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑產(chǎn)業(yè)化技術(shù)導(dǎo)則》《國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)房地產(chǎn)市場(chǎng)持續(xù)健康發(fā)展的通知》《促進(jìn)綠色建材生產(chǎn)和應(yīng)用行動(dòng)方案》、《2016～2020 年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見(jiàn)》等，進(jìn)一步出臺(tái)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)體系發(fā)展導(dǎo)則，確定各類(lèi)材料標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，明確未來(lái)幾年的技術(shù)發(fā)展方向，并建立配套的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)體系驗(yàn)收條款，以創(chuàng)建出一個(gè)規(guī)范的發(fā)展環(huán)境。

3.2 提高技術(shù)水準(zhǔn)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)體系技術(shù)水準(zhǔn)的提升要從兩個(gè)方面入手，一是大量培育高新技術(shù)人才，比如材料研發(fā)人才、結(jié)構(gòu)研發(fā)人才，通過(guò)改變高校專(zhuān)業(yè)設(shè)置以及高校學(xué)生招收結(jié)構(gòu)，提高我國(guó)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)體系技術(shù)基礎(chǔ)；二是要盡量打開(kāi)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)市場(chǎng)，通過(guò)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的促進(jìn)作用以及政府的宏觀調(diào)控作用，盡早形成符合我國(guó)建筑行業(yè)發(fā)展情況的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)體系市場(chǎng)基礎(chǔ)環(huán)境。

3.3 創(chuàng)新圍護(hù)材料

20 世紀(jì)80 年代，彩色金屬壓型板從日本引進(jìn)到我國(guó)，經(jīng)過(guò)數(shù)十年發(fā)展，該材料已經(jīng)有了較大的進(jìn)步以及改變，伴隨鋼結(jié)構(gòu)建筑的廣泛普及，該材料更是得到了質(zhì)的飛躍。國(guó)家針對(duì)該類(lèi)材料出臺(tái)了諸多指導(dǎo)規(guī)范以及施工規(guī)程，比如《建筑用壓型鋼板》GB/T 12755-1991、《壓型金屬板設(shè)計(jì)施工規(guī)程》YBJ 216-1988等，但是該類(lèi)材料在實(shí)際使用中卻暴露出了較大的問(wèn)題，比如防水問(wèn)題、防水設(shè)計(jì)問(wèn)題等一直沒(méi)有得到有效解決。針對(duì)裝配式建筑圍護(hù)材料暴露出的相關(guān)問(wèn)題，進(jìn)入21世紀(jì)起，國(guó)內(nèi)就開(kāi)始推動(dòng)材料研發(fā)工作，也取得了一定的成果。比如，劉旭東、秦連所提出的OHC圍護(hù)系統(tǒng)，該圍護(hù)系統(tǒng)具有良好的防水性能，且為符合我國(guó)建筑規(guī)范的剛性化圍護(hù)材料，可有效提高建筑的保溫性能、隔熱性能，具有節(jié)約資源、綠色環(huán)保等等優(yōu)勢(shì)。以此為基礎(chǔ)，國(guó)家應(yīng)在當(dāng)前的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步推動(dòng)新型材料以及新型圍護(hù)結(jié)構(gòu)的研究，解決傳統(tǒng)建筑工程高耗能、高污染等問(wèn)題，為建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航。

4 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)體系發(fā)展趨勢(shì)分析

4.1 低、多層模塊化建筑體系

如今綠色裝配式剛接技術(shù)發(fā)展迅速，在一些地區(qū)的相關(guān)工程當(dāng)中，出現(xiàn)了低、多層模塊化的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)，進(jìn)而發(fā)展為兩種頗有前景的全裝配鋼框架建筑系統(tǒng)。第一種，是采用建筑構(gòu)件作為全裝配鋼框建筑體系的基本元件，這種技術(shù)以戶(hù)型模數(shù)化、構(gòu)件裝配化以及維護(hù)一體化等特點(diǎn)。該技術(shù)的基本原理為，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中使用螺栓連接墻面、梁體、柱體以及樓板，這種工藝意味著裝配施工的效率更高。同時(shí)，在該結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中，可以將水電通信管道系統(tǒng)、圍護(hù)墻板等和建筑主要結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，在構(gòu)件加工的時(shí)候就可以配置一部分管線(xiàn)，或者預(yù)留一些空間，在實(shí)際裝配和后期裝修時(shí)不用再對(duì)墻體進(jìn)行二次改造。另外，這種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)體系有極強(qiáng)的模式化特點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際環(huán)境特點(diǎn)和用戶(hù)需求，對(duì)構(gòu)造模式進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)和制造。第二種是采用盒子型模塊化的建筑體系，該體系主要是使用不同功能的單元來(lái)將建筑單元進(jìn)行搭建和組合，這種體系的基本構(gòu)建是熱軋型鋼，而在構(gòu)件制造階段，標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)單元主要有3x3、3x6以及3x9三種類(lèi)型，在施工裝配時(shí)用螺栓進(jìn)行連接。目前，這種裝配建筑模型技術(shù)主要在辦公室、救災(zāi)中心等建筑中應(yīng)用。

4.2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系和PC構(gòu)件結(jié)合

PC 構(gòu)件在裝配建筑中主要應(yīng)用于樓板、樓梯、空調(diào)板等位置，可以對(duì)原本的鋼結(jié)構(gòu)體系給予補(bǔ)充，進(jìn)一步加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在實(shí)際的制造施工當(dāng)中，PC構(gòu)件由于材料工藝方面的優(yōu)勢(shì)，能夠適應(yīng)更多的施工環(huán)境，同時(shí)在構(gòu)件制造以及裝配施工方面有更高的效率優(yōu)勢(shì)。另外，PC 材質(zhì)的構(gòu)件在保證強(qiáng)度、耐久性等達(dá)到建筑要求的同時(shí)，具有更輕質(zhì)的特點(diǎn)，便于裝配施工。并且，PC 構(gòu)件的裝配中可以有效發(fā)揮預(yù)應(yīng)力技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，基于工業(yè)化、模塊化的技術(shù)處理，進(jìn)一步發(fā)揮現(xiàn)代新型建筑材料的優(yōu)勢(shì)。在部分工程的應(yīng)用當(dāng)中，鋼筋桁架疊合樓板中可以充分發(fā)揮PC鋼結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際的建筑裝配過(guò)程當(dāng)中，通過(guò)自支撐疊合板拼縫構(gòu)造帶有桁架鋼筋，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于構(gòu)造方式簡(jiǎn)單，同時(shí)相關(guān)構(gòu)件在生產(chǎn)制造的環(huán)節(jié)當(dāng)中能夠事先按照設(shè)計(jì)要求布置好底板鋼筋、桁架鋼筋，并且采用帶有桁架鋼筋的澆筑混凝土來(lái)預(yù)制薄板。在裝配環(huán)節(jié)當(dāng)中，利用吊裝機(jī)械來(lái)將構(gòu)件送至設(shè)計(jì)位置，然后再將橫向鋼筋置于構(gòu)件拼縫的位置，并澆筑混凝土。通過(guò)該工藝方法，可以得到雙向疊合板，這種疊合板的優(yōu)勢(shì)在于自承能力十分出眾，意味著在裝配結(jié)構(gòu)當(dāng)中可以減少疊合板使用量，讓內(nèi)部空間更開(kāi)闊、更靈活。最終的是，這種裝配結(jié)構(gòu)體系符合綠色工程技術(shù)要求，能夠提高資源利用率，降低能耗。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)體系和發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍舊存在一定的差距，在技術(shù)、規(guī)范方便存在諸多不足之處，廣大從業(yè)者應(yīng)深刻認(rèn)識(shí)到我國(guó)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)體系發(fā)展情況，明確裝配式建筑在未來(lái)建筑行業(yè)中的重要地位，通過(guò)采取多項(xiàng)措施，提高裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)體系技術(shù)水準(zhǔn)，規(guī)范行業(yè)發(fā)展環(huán)境。