裝配式鋼結構建筑體系概述與技術要點分析

劉志剛

摘要：“十九大”背景下的建筑產業，應結合生態、綠色的理念進行實踐與應用，確保建筑經濟及生態建設更為合理，裝配式鋼結構建筑采用了“一體化”的設計理念，減小了傳統工程建筑所使用的材料支出，能夠在生態基礎上提高建筑產業的社會效益，因此，工作人員須全面認知綠色裝配式建筑體系的內容，根據環境需求提高裝配式鋼結構的運行效益，這對于推動我國建筑產業發展提供了良好的推力。基于此，本文謹就裝配式鋼結構建筑體系及其技術特點進行探討，以期為提高裝配式鋼結構建筑施工效率及工程質量的提升提供參考。

Abstract： The construction industry under the background of the Nineteenth National Congress of the Communist Party of China should be practiced and applied in combination with ecological and green concepts to ensure a more rational construction economy and ecological construction. The prefabricated steel structure adopts the "integrated" design concept， reduces the expenditure of materials used in traditional engineering construction and can improve the social benefits of the construction industry on an ecological basis. Therefore， staff must fully understand the content of the green prefabricated building system and improve the operation benefit of prefabricated steel structures according to environmental requirements， which provides a good boost for the development of China's construction industry. Based on this， this article discusses the prefabricated steel structure building system and its technical characteristics， with a view to providing reference for improving the construction efficiency and engineering quality of prefabricated steel structure buildings.

關鍵詞：裝配式鋼結構;結構體系;綠色建筑

Key words： prefabricated steel structure;structural system;green building

中圖分類號：TU3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）36-0020-03

0? 引言

從建筑材料上分類，裝配式建筑包括三類，即混凝土裝配式、木結構裝配式、鋼結構裝配式[1]。木結構的裝配式建筑發展歷史最為悠久。而鋼結構裝配式建筑因其強度高、抗震性能強、施工方便、熱工性能良好等優點而被廣泛應用。鋼結構的裝配式建筑從用途上分為重型鋼結構建筑和輕型鋼結構建筑。重型鋼結構建筑的特點一般為跨度大、空間大、強度高、剛度大，比如高層鋼結構、設備鋼結構、橋梁鋼結構等。而輕型鋼結構主要是指普通的房屋建筑，比如普通住宅、度假村建筑、臨時類建筑等，具有拆卸方便、結構安全、建筑設計年限短等特點[2]。

1? 我國裝配式鋼結構發展現狀

近三年，在政府部門的大力支持下，鋼結構裝配式建筑迎來了新的發展時期。2016年3月，李克強總理在《政府工作報告》中提出，要大力發展裝配式建筑，積極推廣綠色建材;同年9月，國務院印發的《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》中提出：“發展裝配式建筑是建造方式的重大變革，是推進建筑業供給側結構性改革的重要舉措。”[3]國務院發布的《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》中指出，要求在10年之內使裝配式建筑占新建建筑比例達到30%。黨的十八大以來，各地政府多部門相繼提出了發展裝配式建筑的實施意見（見表1）[4]。

2? 裝配式鋼結構建筑結構體系介紹

目前，裝配式鋼結構建筑主要有以下幾種體系。

2.1 鋼管混凝土裝配式建筑體系

該體系以鋼管混凝土為基本受力構件，同時設置鋼板、核心筒、鋼支撐等抗側力構件。其圍護結構以輕質混凝土砌塊或新型輕質墻板為主，新型輕質墻板根據構造方式分為內嵌式、外掛式以及嵌掛結合式[5]，內嵌式墻板需要設置鋼支撐，施工工序復雜，限制了其應用推廣。常用的外掛式墻板有輕質混凝土夾芯板、太空復合板、增強夾芯板，嵌掛結合板有DK復合板、ALC板等。

該體系使用裝配化的樓板，免去了支模施工工序，實現了部分裝配化[6]。

與傳統的鋼柱建筑和鋼筋混凝土建筑相比，裝配化率達到 70%左右，力學性能、抗震性能和熱工性能都優良，具有節省鋼材、降低了造價、施工工期短等優點。但是，鋼管混凝土裝配式結構沒有實現主體結構系統與外圍護系統、內部管線設備系統的一體化建造。樓板施工中的水電管線等設備大都需要敷設在現澆層內，這還有待研究開發[7]。

2.2 新型模塊化鋼結構

新型模塊化鋼結構建筑體系一般用于工業建筑，裝配化率超過90%。該體系目前主要有兩類，模塊化可建模式和盒子建筑。

模塊化鋼結構建筑體系的主體結構包括裝配式主板和斜向支撐。裝配式主板由工廠預制好，并與斜向支撐立柱共同組成空間受力體系。裝配式主板由壓型鋼板組合板、支撐鋼桁架組成，裝配式主板內部嵌入空調、消防、水電等管線設備。該體系具有施工速度快、現場安裝無垃圾等優點[8]。同時，建筑的戶型以及門窗的位置可自由改變。但該結構還存在結構受力構件裸露以及隔音效果差等問題。

盒子建筑，是先將傳統建筑房間按功能區域進行劃分，由工廠提前預制好模塊的立柱、墻體、樓板、門窗等構件，然后將箱型模塊運輸到現場進行整體吊裝組合，其裝配化程度高，建筑自重輕，工期短[9]。

盒子建筑在國內應用較少，目前還在研究階段。對工廠要求較高，由于盒子建筑的構件尺寸較大，運輸、吊裝、施工都有困難，成本問題也是制約原因[10]。

2.3 鋼管混凝土組合異形柱結構

鋼管混凝土組合異形柱建筑體系通過豎向構件相互連接，并按設計要求設置縱橫向加勁肋。從而能夠使各異形柱之間形成有效地空間格構式整體結構，相互之間協同工作，具有很強的抗震能力。異形柱的截面尺寸較小，方便隱藏在墻體內部，房間布置靈活，可用于小高層項目中。

2.4 整體式空間鋼網格盒式結構

空間鋼網格盒式結構多應用于高層建筑中。空間鋼板網格結構或鋼框架-核心筒結構作為豎向承重外墻及分戶墻，橫向鋼網格樓蓋作為建筑的樓板，兩者連接后其結構形式就形成了三維受力結構[11]。空間鋼板網格結構或鋼框架-核心筒結構可以根據建筑功能自由劃分，居室布置較為靈活。

2.5 鋼管束組合剪力墻結構

該體系由鋼管束剪力墻作為豎向承重構件，鋼筋桁架作為樓板體系。在鋼管束內澆筑混凝土，使鋼管束和混凝土協同工作。同時，可根據需要將鋼管任意排列，解決了梁柱在室內容易暴露的問題。其缺點是用鋼量多，施工工作量大。

3? 裝配式鋼結構施工體系技術分類

裝配式鋼結構體系的技術要點主要有標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修、智能化應用、信息化管理為六大典型特征[12]。鋼結構住宅施工技術按照不同的劃分方式，可劃分為“三大體系”，即結構支撐體系、外圍護體系和內裝體系。

3.1 結構支撐體系

鋼結構住宅的結構體系可劃分為：鋼框架體系、鋼框架-混凝土剪力墻結構體系、鋼框架-鋼支撐結構體系、鋼框架-核心筒體系等[13]，隨著技術進步，會出現更新型的結構體系。鋼框架體系和鋼框架-混凝土剪力墻結構體系較為常見。鋼框架結構體系建筑平面布置靈活，可做成需要大空間的會議室、餐廳、辦公室等。鋼框架-混凝土剪力墻結構體系有效的將鋼材的強度高、重量輕、施工速度快和混凝土的抗壓強度高、防火性能好、抗側剛度大的特點結合起來。變形較小，舒適性好，且造價較低，易于推廣。

3.2 外圍護體系

外圍護體系按照構造形式分類主要有砌塊式、條板式、大板式等。應用比較廣泛的有幕墻、PC掛板等;但成本較高，只能應用于高檔項目。為了推廣應用，應加強研發外圍護與保溫裝飾一體化產品，研發外墻板與鋼結構的連接技術，其連接節點更加適應鋼結構建筑。

3.3 內裝體系

目前內裝體系與結構體系不分離的特點，嚴重制約著鋼結構裝配式產業現代化工業化的發展;而裝配式建筑設備管線分離，水電管線埋在裝飾層中，同時還應進一步加強研發一體化產品及其與鋼結構的連接技術。

4? 裝配式鋼結構體系應用的優勢及亟待解決的問題

4.1 應用優勢

4.1.1 建造質量好，施工精度高

鋼結構構件是由各種型材組成，制作簡便、工業化程度高、加工精度高;現場裝配采用螺栓或焊接連接，能確保施工的精度，為外圍護墻和內隔墻的安裝及裝飾裝修提供了方便。鋼結構相關企業質量體系均比較健全，鋼結構建筑的建造質量容易保證。構件屬于綠色建材，污染小，材料可回收。

4.1.2 施工速度快，有效縮短工期

構件均為工廠化生產，現場裝配，施工速度很快;外圍護墻和內隔墻采用工廠生產的一體化墻板運到現場進行裝配，不僅能保證質量，且能縮短工期[14]。

4.1.3 抗震性能好

鋼結構建筑重量輕、延性好、塑形變形能力強，抗震性能良好尤其適用于高烈度區幼兒園、學校、醫院重點設防類建筑。

4.2 裝配式鋼結構存在的問題

4.2.1 圍護體系有待改進

建筑圍護結構的性能直接關系到應用效果。目前，在隔熱、隔音等技術指標上建筑存在問題。墻體和鋼梁鋼柱連接措施不完善，易引起漏水、開裂等，墻體接縫處理也存在問題。

4.2.2 設備管線系統發展滯后

目前尚未重視配套管線設備研究。無法發揮出“結構、圍護、管線一體化”優勢，設計標準不一致，未合理布置梁柱墻體等與設備管線的關系。工程建成后易出現了管線不匹配、設備不協調等情況。

前期沒有結構、圍護、管線一體化設計，就會影響了施工成本和效率，施工中存在開槽開洞情況。如在預制構件中預埋暖通管線，樓板多為半預制半現澆。

4.2.3 鋼梁鋼柱外露

大開間、大跨度的建筑由于對強度和剛度要求，鋼梁鋼柱尺寸較大難于隱藏。同時，鋼結構斜撐、加勁肋等構件也不便隱藏。

5? 結語

進行鋼結構裝配式建筑體系設計和施工時，應基于建筑功能設計裝配式鋼結構構件，滿足安全性、個性化，充分考慮實用性、經濟性，不斷推動建筑行業可持續發展。

參考文獻：

[1]苗昊逸.新型城鎮化裝配式建筑標準化研究[D].太原理工大學，2018.

[2]趙彧洋.裝配式鋼結構建筑體系發展與應用[A].第十七屆全國現代結構工程學術研討會論文集[C].天津大學，2017：7.

[3]李素蘭.裝配式建筑的現狀與發展[J].上海建材，2018（05）：27-35.

[4]賀婷.裝配式混凝土民用建筑經濟性研究[D].華南理工大學，2017.

[5]安百平.裝配式建筑外圍護系統分析[J].建筑技術，2018.

[6]李勝才.鋼結構建筑中節點系統的解析與建構[D].同濟大學，2007.

[7]郭德坤.裝配式建筑的方案及造價分析[D].鄭州大學，2017.

[8]溫宇.適應工業化建設的城市住宅建筑體系研究[D].西安建筑科技大學，2005.

[9]高穎.住宅產業化—住宅部品體系集成化技術及策略研究[D].同濟大學，2006.

[10]鐘敦字.產業化促進與普通住宅設計策略[D].重慶大學，2007.

[11]彭登.新型裝配整體式空間鋼網格“筒中筒”盒式結構在超高層結構的研究與應用[D].貴州大學，2014.

[12]蔡玉春.面向產業化的鋼結構住宅工程管理模式研究[D].武漢理工大學，2010.

[13]席暉.多高層鋼結構住宅設計研究[D].河北工業大學，2006.

[14]丁穎.高層新型工業化住宅設計與建造模式研究[D].東南大學，2018.