我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

葉蛟龍，范瑞凱

（1.中建三局綠色產(chǎn)業(yè)投資有限公司，武漢 430058；2.武漢科技大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，武漢 430065）

1 引言

裝配式鋼結(jié)構(gòu)也被稱為集成鋼結(jié)構(gòu)【1】，是一種由多個模塊組成并集綠色規(guī)劃設(shè)計、綠色建筑材料、綠色現(xiàn)場施工等于一體的新型結(jié)構(gòu)體系。其施工過程是先在工廠中對不同模塊構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化加工制作，然后將各個制作完成的模塊統(tǒng)一運送到施工現(xiàn)場，最后利用高強螺栓將不同的模塊進(jìn)行快速拼接裝配，形成一個整體結(jié)構(gòu)【2】。我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)相較于歐洲起步較晚，但在國家政策的支持下得到了迅速的發(fā)展。目前，裝配式鋼結(jié)構(gòu)在我國建筑中已經(jīng)占據(jù)了重要位置。使用鋼結(jié)構(gòu)不僅有利于節(jié)能減排，還能促進(jìn)我國建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展【3】。

2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢及應(yīng)用特征

2.1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

裝配式鋼結(jié)構(gòu)是指建筑結(jié)構(gòu)由鋼構(gòu)件構(gòu)成的裝配式建筑，而裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑必須是鋼結(jié)構(gòu)、圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)的和諧統(tǒng)一【4】。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)相比于裝配式混凝土具有以下優(yōu)勢：（1）無現(xiàn)場現(xiàn)澆節(jié)點，更能保障施工質(zhì)量；（2）鋼材是延性材料，自重較輕，抗震性能更好；（3）鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量比混凝土輕、能有效減輕自重；（4）鋼材可被回收，可重復(fù)利用；（5）在裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計和施工方案得到保證的前提下，相較于裝配式混凝土更經(jīng)濟。（6）裝配式鋼結(jié)構(gòu)梁柱截面小，空間利用率高。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)相對于傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點：（1）綠色施工，無建筑垃圾；（2）裝配迅速，工期短，節(jié)省成本；（3）梁柱節(jié)點剛度控制靈活，延性好；（4）設(shè)計、生產(chǎn)、裝修和管理更加科學(xué)和高效【5】。

2.2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用特征

近年來，裝配式鋼結(jié)構(gòu)在我國得到了廣泛的應(yīng)用。從應(yīng)用過程中可得到裝配式鋼結(jié)構(gòu)的3 個基本應(yīng)用特征：（1）建設(shè)周期短。在現(xiàn)代化工程設(shè)計軟件和高精度的數(shù)控機床的計算和控制下，構(gòu)件設(shè)計更加合理，施工更加科學(xué)，在保證精確度的前提下可有效縮短工期。（2）工業(yè)化程度加深。裝配式鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件是預(yù)先在工廠中制造，然后運往現(xiàn)場進(jìn)行組裝，使得各個流程銜接緊密，大大提高了工程建設(shè)的工業(yè)化程度。（3）效益明顯。一方面，極大地縮減了建設(shè)施工的材料，并在保證施工周期的同時，實現(xiàn)成本的合理控制；另一方面，裝配式鋼結(jié)構(gòu)具有較高的剛度和抗壓性能，可在提升工程質(zhì)量的同時，保障工程的耐久性。

3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點總結(jié)

3.1 傳統(tǒng)梁柱剛性連接節(jié)點

傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點（見圖1）通常是采用焊接的方式。按照焊接形式的不同可以分為3 類：全焊接節(jié)點、栓焊混合節(jié)點和全栓接節(jié)點。在這3 種連接方式中，全焊接節(jié)點和栓焊混合節(jié)點的質(zhì)量容易受焊接工人的技術(shù)水平和焊接環(huán)境的影響，焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，難以控制。全栓接節(jié)點費工費料，在實際工程中基本不被采用。

圖1 傳統(tǒng)梁柱剛性連接節(jié)點

3.2 外套筒式梁柱連接節(jié)點

外套筒式梁柱連接節(jié)點（見圖2）是在方鋼管柱的外壁放置外套筒，然后利用高強螺栓和T 型件將其與鋼梁連接為整體。這種節(jié)點采用全螺旋式連接，施工速度較快。但該節(jié)點在工廠加工時，需要在鋼管柱及外套筒上開個用于螺栓安裝的手孔，現(xiàn)場拼裝完成后進(jìn)行手孔補焊，施工較為復(fù)雜。

3.3 內(nèi)套筒裝配式梁柱連接節(jié)點

圖2 外套筒式梁柱連接節(jié)點

內(nèi)套筒裝配式梁柱連接節(jié)點（見圖3）是將套筒設(shè)置在鋼柱的內(nèi)側(cè)，然后利用高強螺栓和T 型件將其與鋼梁進(jìn)行連接。但為了避免在鋼管柱上開設(shè)螺栓安裝手孔，采用對拉螺栓完成上柱、套筒及T 型件的連接，提高了節(jié)點的裝配化施工程度。

圖3 內(nèi)套筒裝配式梁柱連接節(jié)點

3.4 懸臂短梁式裝配式梁柱連接節(jié)點

懸臂短梁式裝配式梁柱連接節(jié)點（見圖4）是先在工廠內(nèi)將懸臂梁段與柱焊接在一起，然后再利用螺栓對梁與懸臂梁段進(jìn)行連接。該梁柱節(jié)點改善了梁柱交接處的焊接質(zhì)量，將梁柱連接由梁端移向梁段上，結(jié)構(gòu)合理、傳力明確、現(xiàn)場無焊接、安全性好、可提高安裝效率。

圖4 懸臂短梁式裝配式梁柱連接節(jié)點

4 裝配式鋼結(jié)構(gòu)抗震性能研究現(xiàn)狀

裝配式鋼結(jié)構(gòu)作為一種新興的建筑體系，近年來得到了迅速發(fā)展，各種新型裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系也是層出不窮。目前對這些新型的鋼結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了數(shù)值模擬和大型足尺模型試驗。

王化杰等【6】對其設(shè)計的7 層標(biāo)準(zhǔn)戶型的裝配式箱體模塊住宅結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明：節(jié)點剛接能有效提高抗側(cè)剛度。劉學(xué)春等【7】針對遠(yuǎn)大S30 裝配式斜支撐鋼框架結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了數(shù)值模擬，模擬結(jié)果表明：輕型鋼樓梯對整體剛度的影響極小。

伍云天等【8】進(jìn)行了大比例裝配式鋼梁－預(yù)制混凝土柱－基礎(chǔ)組合框架子結(jié)構(gòu)試件的低周往復(fù)加載試驗。試驗表明：裝配式鋼梁－預(yù)制柱組合框架結(jié)構(gòu)的強度等均能夠滿足抗震規(guī)范的要求。劉學(xué)春等進(jìn)行單層雙跨足尺模型試驗，結(jié)果表明：破壞模式符合強柱弱梁的抗震原則，結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度較大，但延性較差。

目前，由于受到試驗條件的限制，裝配式鋼結(jié)構(gòu)整體抗震性能試驗的開展存在不足。但最近新興的實時混合模擬（Real-Time Hybrid Simulation，RTHS）技術(shù)可在一定程度上解決上述情況。RTHS 技術(shù)可以較為準(zhǔn)確地獲得結(jié)構(gòu)整體和局部的地震反應(yīng)性態(tài)，并為分析、設(shè)計提供依據(jù)。

5 結(jié)語

綜上所述，裝配式鋼結(jié)構(gòu)具有綠色環(huán)保、施工迅速、工期短、抗震性能良好等優(yōu)點。隨著裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系的成熟，我國建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型和發(fā)展的速度也會得到大大提升。