談裝配式鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展和設(shè)計問題

趙強 孫李濤 徐峰 王牧青 程赟

【摘要】本文論述了鋼結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，從設(shè)計規(guī)劃和部件發(fā)展及裝配過程三個方面分析了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到的問題。指出鋼結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)、高強度、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，而且應(yīng)用前景十分廣闊。

【關(guān)鍵詞】裝配式鋼結(jié)構(gòu)；發(fā)展；設(shè)計問題

裝配式結(jié)構(gòu)是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的簡稱，由工廠生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件組成。該裝配式建筑具有施工周期短、節(jié)能減排、經(jīng)濟效益好等優(yōu)點。這是實現(xiàn)我國工業(yè)化的重要途徑。鋼結(jié)構(gòu)具有重量輕、強度高的特點，適用于大跨度、高層建筑。由于其優(yōu)越的性能，廣泛應(yīng)用于發(fā)達國家，裝配式鋼結(jié)構(gòu)也是未來鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)的主要趨勢。

一、裝配式鋼結(jié)構(gòu)概述

裝配式鋼結(jié)構(gòu)主要是通過工廠化的形式生產(chǎn)各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件，實現(xiàn)全生命周期的設(shè)計，包括生產(chǎn)、施工和安裝等環(huán)節(jié)，具有節(jié)能環(huán)保的社會效益。裝配式鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢非常明顯。

（1）與傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有重量輕、抗拉強度高、強度高的優(yōu)點。而且由于其質(zhì)量較輕，所以地震性能更好，例如，對于經(jīng)常地震的日本，鋼結(jié)構(gòu)更大，所以抗震能力更強。此外，鋼材質(zhì)地均勻，韌性好，不易變形，承載力高。

（2）其可以切實提升生產(chǎn)效率，在預(yù)制墻板和鋼構(gòu)件的制造中，在施工現(xiàn)場進行安裝，將設(shè)計人員和安裝人員組織在一起，實現(xiàn)設(shè)計和安裝的協(xié)調(diào)，確保整個工序銜接良好，提升生產(chǎn)效率。切實縮短設(shè)計周期。通過結(jié)構(gòu)分析軟件和工程建模軟件的應(yīng)用，在進行構(gòu)件尺寸和內(nèi)力設(shè)計中非常精確，而且便于調(diào)整。在構(gòu)件制作環(huán)節(jié)中，將數(shù)控機床和三維模型有機結(jié)合，從而在設(shè)計后可以將構(gòu)件直接投入生產(chǎn)，提升了建筑建設(shè)的進度。

（3）節(jié)能環(huán)保裝配式建筑的特點是將工廠預(yù)制構(gòu)件輸送到施工現(xiàn)場，然后組裝。由于其在工廠生產(chǎn)中的標準化生產(chǎn)，誤差較小，不合格鋼出現(xiàn)的可能性很小，全部被運到現(xiàn)場組裝，所以廢混凝土和鋼也少，節(jié)約了更多的能源。而裝配式建筑不會像傳統(tǒng)建筑那樣產(chǎn)生更大的灰塵，滿足可持續(xù)發(fā)展的要求，保護環(huán)境。

（4）由于采用預(yù)制構(gòu)件，降低了施工現(xiàn)場腳手架和混凝土的能耗，經(jīng)濟效益良好。此外，工期短，所需施工人員少，勞動強度低，勞動成本降低，競爭力提高，成本低，經(jīng)濟效益高。

二、當今我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)的存在的設(shè)計問題

（一）設(shè)計規(guī)范缺失

鋼結(jié)構(gòu)裝配式從出現(xiàn)到現(xiàn)在時間不是很長，所以在有些設(shè)計規(guī)范領(lǐng)域不能夠做到全面，到目前為止相關(guān)的施工技術(shù)和安全法規(guī)還沒有建成，與國外的一些發(fā)達國家相比，我國的裝配式建筑的發(fā)展還很落后，在一些建筑施工技術(shù)方面還不夠先進，導(dǎo)致我國的鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展的很慢，不能夠很有效地保障施工技術(shù)的穩(wěn)定，也不能保證施工的質(zhì)量，這就在一定程度上影響了施工的進度，降低了建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益。

（二）部件發(fā)展落后

鋼結(jié)構(gòu)都是成套成套的施工技術(shù)，由于施工技術(shù)缺乏創(chuàng)新，在市場中對鋼結(jié)構(gòu)的需求還不足以對其進行產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)。我國的產(chǎn)品存在很多的不足之處，不僅功能性單一，而且生產(chǎn)廠家的專業(yè)知識基礎(chǔ)不夠牢固，所以生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量還不能達到建筑所需的要求。在當今社會，鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工技術(shù)具有零散而不系統(tǒng)的缺點，其技術(shù)的水平達不到要求且不夠規(guī)范，因此需要科研團隊結(jié)合先進技術(shù)對其進一步研究創(chuàng)新，進而推動鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展。

（三）裝配工藝問題

裝配技術(shù)在很大程度上決定了結(jié)構(gòu)的施工效率。對于Conxtech結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，梁和蓋板都不是一個整體，選擇是現(xiàn)澆建筑的蓋板，所以裝配單元只有兩個單元梁和柱。這兩部分由連接成員組裝。由于結(jié)構(gòu)體系各層的柱單元均為整體，鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)更快，效率更高。由空心梁支撐的鋼框架的每一層的柱都不是一個整體。每一層柱子是一個裝配單元，而橫梁板是另一個裝配單元，在工廠預(yù)制生產(chǎn)完成后，將其運到施工現(xiàn)場進行組裝。每完成施工后的梁板結(jié)構(gòu)可作為下一層施工的工作平臺。該方法可大大降低高空作業(yè)，大大提高施工效率。

三、我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)未來的發(fā)展

雖然中國有大量的鋼鐵生產(chǎn)，但目前的鋼結(jié)構(gòu)住宅仍低于美國和日本等發(fā)達國家。因此，組裝鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展可以擴大鋼結(jié)構(gòu)建筑的市場份額，并在促進中國相關(guān)產(chǎn)業(yè)和其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮作用。20世紀后期，中國開始鼓勵使用鋼材促進建筑工業(yè)化的發(fā)展。建設(shè)部也開始采取措施促進鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展，比如組織一個鋼結(jié)構(gòu)房屋的車間。中國代表性的鋼結(jié)構(gòu)示范項目是華北、遠達、寶光集團。特別是在360h建設(shè)的30層高的酒店，充分展示了建設(shè)產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)勢，也是我國鋼結(jié)構(gòu)組裝發(fā)展的一個里程碑。然而，大多數(shù)建筑都是具有較低層的鋼結(jié)構(gòu)，而中國高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)是支撐鋼框架結(jié)構(gòu)的空心梁。因此，我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)還是需要不斷的發(fā)展。

四、結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)由于其優(yōu)越的性能，是目前工業(yè)生產(chǎn)中最適合的結(jié)構(gòu)體系，具有良好的發(fā)展前景。我國目前的裝配式鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展較發(fā)達國家來說仍有很大的發(fā)展空間。雖然低水平裝配式鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展已經(jīng)形成了產(chǎn)業(yè)鏈，但可以應(yīng)用于高水平裝配式鋼結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)較少，需要進一步的研究和開發(fā)。

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