裝配式建筑中鋼結構的應用探討★

張 馬 斌

(山西省建筑科學研究院有限公司，山西 太原 030013)

鋼結構的主要受力構件是鋼，具有適用性強、防風抗震性能強、造型美觀、自重輕等優點，被廣泛應用在了醫院、學校等建筑工程中。將其與裝配式建筑結合在一起，正可以充分發揮出鋼結構的優勢，提升裝配式建筑的使用性能。并且從實際來看，鋼結構自應用以來，一直都是采用的裝配式結構。所以，我們應繼續加大鋼結構在裝配式建筑中的應用。

1 鋼結構裝配式建筑的優勢

1.1 集成化

相比于傳統砌體結構建筑來說，鋼結構裝配式建筑的靈活性非常強。用戶完全可以根據自身的需求，對建筑空間、建筑裝飾進行二次分割、布置，且不會影響到建筑工程的安全性。最重要的是可根據建筑特點將水電、空調等完全融合到空間中，在保證建筑結構完整性的同時也可提升建筑空間的美觀性、舒適性。

1.2 抗震性強

鋼結構裝配式建筑的構件多是應用熱軋型鋼或冷彎鋼板組合截面。這種構件不僅自重輕，而且受力設計比較合理。另外，鋼結構本身就具有良好的抗震性，可使得鋼結構裝配式建筑的抗震性得到進一步提升。

1.3 環保節能

鋼結構裝配式建筑的施工材料多是提前在工廠加工的，在施工現場只按照施工圖圖紙進行組裝即可。相對于傳統的現場施工來說，既可以杜絕噪聲污染、水污染、垃圾污染、粉塵污染，而且也方便后期的改造、圍護，極大地減少了建筑垃圾的產生。可以說，鋼結構裝配式建筑真正落實了節能、環保理念，非常有利于建筑行業的可持續發展。

1.4 效率高

鋼結構裝配式建筑的施工主要分為兩部分。一部分是在加工廠進行結構部件的預先加工，并利用數控加工技術、互聯網技術進行簡單組裝。另一部分是在施工現場進行建筑工程整體的安裝。這樣可省去許多施工環節，且能規范進行每一個環節的施工，保證工程施工效率。

1.5 綜合效益好

鋼結構裝配式建筑的主要施工材料來源于預制品加工廠。而預制品加工廠的生產規模比較大，可進行規模化生產，保證生產效益。并且在施工現場進行組裝、施工，可降低材料投資費用，減少材料施工人員成本、建筑垃圾回收成本，真正提升建筑工程的經濟效益。

2 鋼結構裝配式建筑的應用現狀

2.1 國外應用現狀

在這方面美國的鋼結構裝配式建筑行業發展更為成熟，不僅社會分工明確、生產效益高，而且設計施工標準統一，產品供應方也能協調配合。現如今，其鋼結構住宅多是以裝配式建筑為主。另外，在日本鋼結構裝配式建筑業也得到了廣泛應用。

2.2 國內應用現狀

我國最早是在1999年提出了要對預制裝配式鋼結構住宅及其產業化發展提供政策支持。2015年，國家又出臺了多項政策，引導我國鋼結構裝配式建筑的健康快速發展。同時，國家和住建部還出臺了《裝配式鋼結構建筑技術標準》《裝配式建筑工程消耗量定額》等法規文件，以此規范裝配式鋼結構建筑市場。可以說，在國家的大力推動下，裝配式鋼結構建筑的建設規模、應用領域在不斷擴大，尤其是其技術水平也在不斷提高。但是與發達國家相比，我國裝配式鋼結構建筑的比例仍比較低，且鋼結構用鋼量也比較少。在國內各大城市中，上海作為住宅產業化建設的先鋒已經在大力推廣裝配式鋼結構建筑。與此同時，河北、合肥、濟南等省市也加入到住宅產業化及裝配式鋼結構建筑的發展和推廣中。

3 制約裝配式鋼結構建筑發展的因素

3.1 環境因素

考慮施工成本，大多數高層住宅樓仍是采用的鋼筋混凝土剪力墻結構形式。并且很多房地產企業并不考慮住宅建筑后期的生態效益、節能環保，只是追求經濟效益。這也是裝配式鋼結構建筑難以大面積推廣、應用的根本原因。也正因為如此，國家一直在出臺發展政策，給予優惠的稅收、補貼，促使房地產企業主動開發裝配式鋼結構建筑。

3.2 裝配式鋼結構建筑自身的問題

除卻環境因素的影響，裝配式鋼結構建筑本身還存在的問題，無法大面積推廣。如腐蝕問題。依據相關設計規程，建筑物在環境腐蝕等級為二級及以上時，設計防腐年限在15年以下。但是住宅樓的使用壽命在70年左右，原有的防腐要求根本無法滿足防腐需求。最重要的是梁柱構件都需要包覆，后期防腐維修成本極高。又如防火問題。鋼材雖不可燃，但鋼結構耐火性差，在高溫下材質性能容易發生變化。當溫度達到600 ℃時，鋼材性能會完全失效，造成鋼結構建筑坍塌。另外，裝配式鋼結構建筑的舒適性也存在一定的弊端。尤其是裝配式鋼結構住宅的舒適性問題比較突出。造成這一問題的根本原因是建筑圍護部品及構造技術不成熟。如圍護墻體的構造不合適，會引發外墻裂縫問題，導致外墻保溫、隔熱、隔音等性能無法得到保證。

3.3 建筑配套不完善

由于我國裝配式鋼結構建筑行業起步較晚，且得不到重視。所以，與其配套的產業鏈并不完善，遠遠落后于鋼結構產業、裝配式建筑行業的發展。如配套外墻板、樓板等產品的選擇范圍比較窄，且價格比較高。加之，一套完整產業鏈的建設周期比較長，以致于相關產業鏈仍不夠完善。

3.4 建筑模式不合理

從實際來看，鋼結構工程師主導的建筑模式并不合適裝配式鋼結構建筑的生產、發展。因為裝配式鋼結構建筑工程施工需要綜合考慮建筑功能、結構、圍護、機電等因素，保證圍護系統、管線系統、防火系統等的協調、集成。這就意味著以往的工程師主導、產品經理負責一個產品開發的建筑模式無法滿足裝配式鋼結構建筑的集成化生產需求。

4 促進裝配式鋼結構建筑發展的措施

4.1 提高鋼結構、裝配式建筑的適應性

鋼結構、裝配式建筑各自有不同的優勢、特點。若想提高裝配式鋼結構建筑的使用性能，就要選擇合理的搭配方式，使兩者能完全協調、配合。對此，可采取以下措施：

首先，從建筑結構設計規律入手，優化、改進鋼結構的設計，使其更符合建筑結構設計要求。如加強鋼結構的設計管理，提升鋼結構的安全性、可靠性，保證鋼結構建筑的舒適性、經濟性。其次，要深入研究裝配式建筑戶型設計，并依據標準化、定型化的設計規范，對裝配式建筑空間、裝飾設計進行優化、改進，從而帶給人們更良好的視覺、居住體驗。比如減少異形板的使用，保證建筑結構的穩定性；要統一板材尺寸，方便規模化生產。最后，應高度重視平面布置的設計。盡量依據動態性、開放性的原則進行平面配置，保證裝配式鋼結構建筑的設計質量。

4.2 劃分功能分區

在我國裝配式建筑的發展前景非常廣闊。無論是商業樓，還是住宅樓，亦或者是辦公樓都有這方面的需求。但是不同功能的建筑物其功能分區是不相同的。而裝配式鋼結構建筑的生產、加工都是要以既定功能分區方式為基礎的。所以，在大力發展裝配式鋼結構建筑行業時，要重點做好功能區劃分。

首先，要充分考慮業主的需求進行功能區劃分。畢竟，裝配式鋼結構建筑的施工是以業主需求為導向的。在功能區劃分時也要充分考慮業主需求。其次，要從大局出發對裝配式鋼結構建筑進行動靜分區，從而最大程度的利用現有的空間面積。尤其是保證不同分區相互之間不會產生太大的干擾，以免影響到人們的日常使用體驗。最后，在劃分功能區時，還應做好建筑結構設計，盡可能地節約鋼材，從而進一步提升裝配式鋼結構建筑的經濟效益。

4.3 加強安全設計

在裝配式鋼結構建筑設計中還應高度重視安全設計工作，保證裝配式鋼結構建筑安全等級達到設計標準。尤其是加強裝配式鋼結構建筑的防火、防腐等的設計，消除裝配式鋼結構建筑自身的缺陷。

首先，要充分考慮構件的使用壽命，加強圍護材料、密封材料的設計管理。如靈活應用鍍鋅方式對各種構件、材料進行防腐處理，并結合實際要求靈活選擇材料種類。其次，要重視關鍵節點的設計。如連接節點、防水節點、外墻保溫節點等。如在結構防護節點設計中，要嚴格遵循相關設計規范，加強鋼管混凝土柱的耐火極限計算、排氣孔設計管理，提升鋼結構的安全性。同時，還要靈活選擇鋼結構防火材料，并依據國家相關標準進行保護層設計以及設計防腐涂層方案。只有這樣才能真正提高鋼結構的防火、防腐性能。最后，應當嚴格管控裝配式鋼結構建筑的外圍護系統、設備與管線系統、內裝系統的施工，使其切實滿足抗風、抗震、耐撞、防火等安全性要求。同時，還應保證其能滿足水密、氣密、隔音等要求，從而真正提升裝配式鋼結構建筑的安全性、適用性。

4.4 實現裝配化

若想促進裝配式鋼結構建筑行業的發展，真正實現鋼結構建筑的裝配化，就要實現其主體結構及其部件產品的標準化。具體來說，是實現梁柱標準化、墻體產品化、樓板產品化、連接節點標準化等。

首先，實現梁柱構件及節點的標準化。在傳統的梁柱構件焊接中，要先對鋼柱單體進行加工，才能進行構件加工。但是受到人工、工藝、環境等因素的干擾，鋼柱單體加工質量很難保證。也就是說，若想實現梁柱構件及節點的標準化，就要分離節點、構件加工。如德力公司提出的將方鋼管柱、H型鋼梁連接點做成產品的方法正可以省去加工梁柱連接節點的加工環節，實現梁柱構件及節點加工的標準化生產。其次，圍護墻體的產品化。目前使用的墻體主要是以發泡混凝土內添加保溫輕質材料、輕鋼龍骨復合墻體為主。但其與主體結構的配合仍存在一定的缺陷，仍待研究。最后，樓板產品化。目前鋼結構建筑樓板主要以預應力大板、疊合板等為主。但其中最易進行規模化生產的只有鋼筋桁架樓板，然而其價格比較高。所以仍需加大樓板產品化的研究，研發出適用于規模化生產，且經濟效益較高的樓板產品。

綜上所述，裝配式鋼結構建筑發展仍比較慢。尤其是受到了外界環境、自身缺陷等因素的影響，老百姓接受程度較差。所以，在現代化建筑行業背景下，我們應繼續加大鋼結構在裝配式建筑中的應用研究。