對于鋼結構建筑“三板”問題的思考

山東萬斯達建筑科技股份有限公司 張波 張樹輝

萬斯達作為山東首家裝配式鋼結構企業至今已有二十年的歷史，從2005年開始公司又開始發展PC業務，在全國來說也算較早接觸PC的企業，將鋼結構與PC結合來考慮可能是一個較為獨特的角度。鋼結構和PC的項目我們都做了很多，我們一直在思考一個問題，為什么PC發展兩三年便突飛猛進，而鋼結構我們推廣二十年了，卻感覺推得非常苦，非常累。我們認為，PC實際上也促進了鋼結構，當前國家大力推廣裝配式建筑，這其中就包含了鋼結構，當前鋼結構的發展實際上也受到了PC行業發展的推動，近年來不論是住建部還是國務院都提出要大力裝配式建筑，這當然也就包含了鋼結構?，F在鋼結構和PC可以說是兵合一處，將打一家，共同來推動中國裝配式建筑的發展。

“三板”所存在的問題

鋼結構建筑發展的問題在于如何進入民用住宅領域，公共建筑領域鋼結構已然發展得非常好了，大型場館基本上是鋼結構一統天下，現在鋼結構的橋梁也越來越多了。鋼結構的優勢就是大跨空間結構，而民用住宅大多是小開間，三四米的寬度，使得構件都非常的小，小梁、小柱結點非常多，而且不規則，成本無法和剪力墻結構相比，形不成價格優勢，其中三板問題突出，即樓板、內墻板和外墻板。

首先是樓板問題。鋼結構施工特別快，而現澆板施工特別慢，這就造成了施工效率不匹配的問題，就像用牛和馬拉同一輛車，效率不匹配最后把牛拖死把馬累死，都跑不快。過去很多鋼結構建筑采用的現澆板的比較多，我們也這樣做過，因為那時壓型鋼板貴，不舍得用，成本也高。

其次是內墻板問題。鋼結構比較柔，帶來各種條板及砌塊的裂縫問題，任何一個混凝土剪力墻結構的層間位移很容易達到千分之一，但是鋼結構要達到五百分之一，用鋼量就會大量提升，通?？刂瞥^在三百五十分之一以上，是混凝土剪力墻結構的三分之一，鋼材本身又容易變形，只要一發生變形，徹磚的內墻、橋板的內墻都會開裂，這是鋼結構進入民用的一個痛點。當然也有板材自身開裂的因素。

第三是外墻板問題，這是最復雜的一個問題，也是我們鋼結構在民用建筑領域發展的最大阻礙點。我梳理了一下，外墻板有十二條指標：①滿足受力、②防開裂、③防漏水、④保溫、⑤防火、⑥隔聲、⑦防冷橋、⑧門窗復合、⑨外飾面復合、⑩方便制造、 方便施工、 成本控制。

這十二個指標很多是相互關聯的，比如外墻板要抵抗重力，還要計算風荷載、材料內力，最重要的是溫度用力，外墻特別是受光面每天的溫差能達到50度，溫度用力造成了外墻開裂，進而發生漏水，漏水一旦進去了很難排出，在北方還會凍融問題。現在國家也在嚴格要求建筑節能，外墻的保溫是必不可少的，而保溫往往又與防火沖突，貼上保溫就容易著火。老百姓為什么喜歡磚房，混凝土房？因為墻板可以蓄熱，可以對房間的熱量平衡有調結作用。門窗及外飾面的復合，還要方便制造和施工。當所有這些都滿足了，這就是一塊好墻了。我們還要考慮性價比問題，一平米幾千塊錢是用不起的。所以說要做一個成功的外墻這十二指標是缺一不可的。

“三板”問題的解決

針對三板問題，萬斯達研發了許多新產品來解決。

首先是PK預應力混凝土疊合板來解決上述的樓板問題。這項技術至今已有15年，里面有周緒紅院士、吳方伯教授等技術帶頭人的心血。

我們現在最新的PKⅢ型板由C40、C50混凝土底板，1570級消除應力鋼絲和鋼管混凝土桁架組成，底板厚度35mm 40mm，標準寬度0.5m 1.0m 1.5m 2.1m，長度2.1～9.0m，與現澆層共同作用形成疊合板。PKⅢ型板上面的桁架上玄桿采用鋼管充填沙漿制成，形成以較大的受壓區，我們的樓板雖然很薄卻有著較強的剛度。目前最長做到了12米長，可有效減少次梁的應用，大幅提升施工效率。

PKⅢ型板用鋼量省，采用1570級消除應力鋼絲，抗拉強度為三級鋼的4.2倍，比其它疊合板用鋼量節省，抗裂性能好。相比現在一般常的混凝土桁架疊合板，僅留一端胡子筋，與端部梁不干涉，安裝方便也非常方便。單塊板面積最大可達20平方米，重量輕僅為1.7噸，單板面積大, 板薄自重輕，無補空板,支撐少，使得施工效率高。同時PKⅢ型板長線臺生產、板標準化成度高、制造效率非常高。從鋼筋下料、混凝土布料、起板、轉運、清掃都高效運轉。生產效率比混凝土桁架疊合板高，設備的投資也比較低。

PKⅢ型板

PKⅢ型板結構示意圖

辦公樓PKIII型疊合板施工無支撐系統 普通鋼筋桁架疊合板施工過程布滿腳手架

第二是內墻板。內墻板采用輕質內墻大板，解決墻板開裂問題。墻體和梁柱間預留合適的空隙，允許變形，空隙內柔性有防火隔音材料，外面是密封裝飾條。梁柱變形時不會與墻體間產生擠壓，這樣內墻就不會開裂，墻反過來，也不會擠壓梁柱。梁柱與墻作必要的拉結，既能變形，又不會脫開。在墻體內有芯孔，可在墻內安裝管線和管道。如果有較大吊掛承重要求，芯孔內可提前灌入混凝土。同時墻體表面光滑潔凈，不用抹灰，方便室內裝修，加快施工速度，減少施工占地，基本實現建筑墻體的工廠化生產。

輕質內墻大板工廠內從生產線上下線

輕質內墻大板工地上安裝完成

第三是外墻板。外墻板采用外掛形式，不屬于主體結構，但要做受力分析和設計。先說一下墻板和結構的關系。墻板與梁四點連接，下面兩個支座承受重為，上面兩個支座拉接。支座上設有機構，允許墻板平動或轉動。墻板布置在梁柱外側，形成外包墻形式。墻板可隨結構一起變形，由于在外側，不會擠壓梁柱。依據變形量墻板之間預留有足夠縫隙，變形時墻板之間不會互相擠壓。地震時保護結構，也保護墻板。變形量考慮結構變形和溫度形兩者取大值。墻板與墻板接縫處構造防水、材料防水兩種方式配合使用。外墻板我們有兩種，一種是 “三明治”外墻掛板，另一種是輕質外墻掛板。

第一種 “三明治”外墻掛板，也就是預制混凝土夾心保溫外墻板，有三層構造，兩層混凝土夾一層保溫，用保溫連接件將這三層連起來，減少冷熱橋，內層鋼筋混凝土承重，外層鋼筋混凝土是保溫層的保護層，表面可以作裝飾面，比如用膠模形成各種紋理或表面是彩色混凝土等，是集承重、圍護、保溫、防水、防火等功能為一體的裝配式預制構件。預制混凝土夾心保溫外墻板是預制構件中技術含量最高、工藝簡化率最高的構件，與傳統施工工藝相比，夾心保溫外墻板具有明顯的優勢。不滿意之處是對于鋼結構來說就是自重大了一點。

三明治外墻掛板工廠內從生產線上下線存放

“三明治”外墻掛板工在地上安裝

輕質外墻掛板在工廠內預拼裝

外墻采用輕質外墻掛板建筑建成實景

另一種輕質外墻掛板，特點是金屬骨架和保溫芯材通過斷橋構造與內外裝飾板復合為一體。重量輕，容重800kg/立方，僅為預制混凝土夾心復合外墻板的1/3；厚度薄，200毫米厚，比傳統墻體和預制混凝土夾心復合外墻板都薄。在滿足抵抗風荷載的情況下，剛度和重量比預制混凝土夾心復合外墻板的小，有利于抗震。除了減輕墻體自重還減輕了整個建筑物的結構自重，從而低了造價。該項技術2013年初開始陸續獲得了多項國檢專利。使用該墻板的萬斯達濟陽工廠辦公樓，2012年建成，已使用6年，效果良好。

行業發展的幾點思考

1. 堅持系統化思考和無差錯設計理念：裝配式建筑容錯率低，沒有補救的機會，關鍵技術細節會造成重大的質量和安全事故，所以應該在設計源頭上做好把控，做好技術前移，管理前置。

2. 大力推廣EPC工程總承包模式：EPC模式可以減少各方的扯皮，降低工程造價，也能更好的促進科技進步，與國際接軌。

3. 裝配式建筑應有豐富的建筑外立面：要大力推廣裝配式保溫飾面一體化外墻板，國外有許多外型十分漂亮的外墻板應用，我們的裝配式建筑也可以做得很美觀。

國外裝配式保溫飾面一體化外墻板

4. 建筑產業轉型中需要大量裝配式專業人材：當前我們的行業正在快速發展，但在發展的同時，我們也要注意到未來行業的擴充和發展需要大量的人才來支撐，而我們高校課程設置幾近空白，師資及教材匱乏，需要加緊人才培養，才能滿足行業發展的需要。

5. 裝配式鋼結構建筑成本高嗎？隨著我國對于裝配式的大力推廣，規模擴大之后，裝配式的成本必然會大幅下降，而施工周期短、勞動強度低、節能、環境等諸多優勢正在慢慢體現。