绿色装配式钢结构建筑体系研究与应用

曹祥山

摘要：随着我国经济的飞速发展，钢结构建筑领域的发展也取得了巨大的飞跃。在取得飞速发展的同时，如何化解钢材产能过剩，推进和研发绿色、高效钢结构建筑体系，是目前所需研究的课题。装配式钢结构建筑作为新兴的绿色、环保、高效的建筑体系，目前在建筑行业上得到了越来越多的应用与发展。我国在装配式钢结构建筑的发展上，正在从传统的建筑施工形式上向着现代化工业化集成化的新型建筑体系转变。此形势下，预制混凝土的新型结构、新型维护系统等建筑体系改变了传统的建筑结构形式，全装配式钢框架的模块化建筑体系采用新型的功能单元以及基本元件的设计理念，贯穿在构建装配一体化的生产中，新型的钢结构体系，广泛应用在建筑领域中。

关键词：钢结构；装配式；体系创新；工业化；模块化；

一、绿色装配式钢结构及产业政策

现如今国家都在调整经济结构，使要素实现最优配置，提升经济增长的质量和数量。钢结构建筑普及化，可以消耗钢铁建材，解决钢铁生产过剩，还可以改变砖结构建筑形式，使建筑行业更上一个台阶。装配式钢结构建筑在现今建筑行业中得到了大力推廣，它具有设计标准，生产工业化，施工装配化，装修一体化，管理信息化，应用智能化的优势。所以，要想供给侧结构性改革能够顺利实施，新型城镇化发展能够顺利进行，就需要改变建造方式，而大力广装配式钢结构建筑是最好的选择。装配式钢结构建筑可以减少施工中给人们带来的污染，可以降低施工成本，提高施工效率和质量，使施工变得更安全，同时缓解了钢铁产业生产过剩带来的危机。

二、装配式钢结构建筑

1.创新维护体系，改进建筑体系

装配式钢结构是新兴建筑形式，要想其顺利发展，还是要以传统钢结构形式为基础，取其精华去其糟粕，对外围结构形式加以创新，形成新型建筑体系。对于设计理念要更新，改变以前的只注重结构，不注重建筑施工，而且没有内部装修陈旧理念，启用内外结构和内部装修统一化设计的新理念。注重建筑的功能性，建筑主体围绕框架式结构展开，柱网尺寸要相等，对于户型的布局和功能，一定要结合抗侧力构件进行。以结构布置为中心，在适应建筑功能的需求下，对钢结构布置进行合理优化，在严格控制成本的同时，让工业化内装实现大空间布置，把工程难度降到最低。对内部的梁、柱等要结合外围体系和内部装修进行隐藏，尽量提高安全性能。

2.“模块化、工厂化”新型建筑体系

模块化建筑体系是一个非常有代表性的体系，它包括方便拆装的可活动性房还有模块化箱型房。这两种房采用轻钢结构或薄壁型钢，围护材料均防火，成本造价低，方便使用。工厂化钢结构建筑体系摒弃了传统建筑模式。工厂化钢结构利用了制造业质量管理体系，对部品从设计到出厂每道工序都严格审查，做到每一件产品都合格，在提高质量的同时，降低成本，增加经济效益。

3.“工业化住宅”建筑体系

为了解决传统钢框架结构体系在住宅中应用时出现的梁柱问题，有些企业、科研院所就开发适用于住宅中的“工业化住宅”建筑体系。最为突出的钢结构住宅体系就要数有杭萧钢构股份有限公司研发的钢管束组合结构体系了，如图1所示。该体系由标准化、模数化的钢管部件并排连接在一起形成钢管束，内部浇筑混凝土形成钢管束组合结构构件作为主要承重和抗侧力构件；钢梁采用H型钢；楼板采用装配式钢筋析架楼承板。面对传统的钢结构体系造价比较高，又不能适应结构复杂的平面户型和梁柱裸露的现象，提出了箱型钢板剪力墙结构体系，这一体系的优点较明显，它除了可以解决传统的钢结构体系出现的问题外，方便布局，称重能力强，还减少了用钢量。

三、绿色装配式钢结构发展

首先，进行装配式结构体系，采用楼板、楼梯、空调板的构件，作为钢结构的补充，解决了钢结构的生产效率低的问题，采用标准化的钢管部件并排形成钢束管，内部浇筑混凝土，作为承重和抗侧力的构件，钢梁采用H型钢，楼板采用装配式的钢筋桁架进行承重。以新型装配式预应力混凝土楼板为例，起预应力混凝土预制薄板采用倒T为底板，在肋板上预留椭圆形孔，孔内设置了非预应力受力钢筋，浇筑了叠合层混凝土形成了整体双向受力楼板。采用钢预制踏步组合楼梯作为新型的楼梯，能够节约用钢量，改善建筑效果。例如某工程采用的阳台的钢架支撑的案例，就是采用混凝土的建筑方法，将钢架支撑在梁上，不依赖楼板和钢柱，采用螺栓固定的方法，减少了人工，做到了材料的支出的节约。第三，围护墙体和构造采用交叉应用的方法，在性能和工业化程度上更加具有耐久性，借鉴幕墙的做法，由粘结层和保温装饰成品板的方法，组成外墙保温与装饰的方法，区分北方和南方的建筑的适应性，采用系统设计的保温装饰一体化的方法，采用全自动化生产和配装，比传统的节能保温的施工做法更加具有保温隔热的功能。第四，采用钢结构建筑专用体系，对传统的钢板剪力墙进行改进，新型的钢板剪力墙，自重轻，地震作用小，布置灵活，使用空间更大，结构的刚度加大，且用钢量减少，在建筑结构中能够代替钢支撑，使结构更加安全。实现由建筑产业大国向建筑产业强国的转变，已经成为新时期我国建筑产业发展面临的重大课题。

四、未来钢结构发展规划

未来钢结构发展规划应重点考虑以下几方面：（1）进一步完善现有钢结构体系在各类建筑中的应用，扩大应用范围，大力研发适用于不同建筑类型的钢结构新体系。（2）推动建造方式创新，推广装配式钢结构建筑，为实现钢结构建筑产业化提供成套技术，通过标准化设计、工厂化生产、装配式施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用，促进建筑产业转型升级。（3）健全建筑法律法规和标准规范体系，钢结构设计标准逐步与国际接轨，加快推进修订相关标准规范，促进关键技术和成套技术研究成果转化为标准规范。（4）大力推行全生命周期绿色建筑设计理念，使建筑从规划设计、加工制作、安装施工、使用维护直至拆除都能满足工业化、绿色化、信息化要求。

五、结语

绿色装配式钢结构，目前采用的包括PC+装配式钢结构体系，将预制混凝土用在楼板和楼梯等构件之中，可以作为钢结构的补充，解决了钢结构的问题，而且对环境起到保护作用，拥有可持续发展的特点，当前在世界各国建筑领域得到广泛应用，如今，现代PC构件和预应力技术结合，已经实现了规模化和工业化生产，具有高强高性能的材料。为尽快将前沿的研究成果应用于实际工程，国家层面应加快建设钢结构建筑产业基地，在灾区重建和保障性住房工程中应给与钢结构建筑特殊的政策支持。要打破部门壁垒，多领域部门协同推进，完成绿色工业化装配式钢结构建筑产业化这一重任。

（作者单位：寿光市时乐达钢结构工程有限公司）