淺談鋼結構綠色建造

張 微

長江大學城市建設學院，湖北 荊州 434023

0 引言

為順應世界經濟增長方式轉變，綠色、生態、可持續發展已成為建筑業發展必然趨勢。國務院于2013 年1 月1 日發布《綠色建筑行動方案》［1］，財政部和住建部并提出對高星級綠色建筑實施獎勵措施［2］。鋼結構具有“輕、快、好、省”四大優異特性，是綠色建筑的典型代表［3］。為促進建筑業轉型升級，推動綠色施工和建筑節能減排，住建部批準15 家鋼結構企業開展房屋建筑工程施工總承包試點［4］，各單位紛紛成立鋼結構產業化基地及集成裝配研究中心，向綠色商業建筑、綠色鋼結構住宅、模塊化生態建筑、綠色生態工業園等方向推廣和試點，并取得豐富成果、積累一定經驗，為鋼結構行業綠色施工和綠色建造起到了引領作用。

杭蕭鋼構在包頭試點“萬郡·大都城”鋼結構住宅項目［5］，東南網架承建的錢江世紀城人才專項用房［6］，中建鋼構建設的中建鋼構大廈［7］，均采用裝配式鋼結構創新技術，以鋼結構作為建筑承重骨架，用環保、輕質、節能材料做圍護結構，施工便捷、周期短、空間利用率大，建筑垃圾少等優點，可真正實現四節一環保和可持續發展的目標。

本文結合鋼結構深化設計、加工制作、現場裝配等環節，對鋼結構綠色施工進行研究。同時對鋼結構綠色建造的發展導向進行探討，引領鋼結構工業化、裝配式、集成化發展。

1 綠色施工

鋼結構建筑主要采用鋼板或成品型材，在加工廠制作，現場安裝而成，其綠色施工技術主要貫穿于深化設計、加工制作、現場安裝三個環節。

1.1 深化設計

深化設計要滿足制作工藝、過程運輸、現場安裝等要求，還涉及與各專業的交叉配合。深化設計由總包方牽頭，土建、鋼構、機電、幕墻、裝飾、暖通、消防、給排水等各專業參與，成立深化設計部門，創建信息共享平臺，確保信息及時、準確地傳遞，將圖紙上的問題反映到模型中提前解決，避免后期施工出現的構件碰撞及因返工造成的人力、材料浪費情況。

在設計過程中結合制作、運輸、安裝等綜合因素，根據現場堆場和起重設備能力，最大限度的減少構件分段。例如高層建筑從下往上外框柱截面不斷縮小，最下面可一層一段，中間兩層一段，上面三層一段，在減少吊次的同時也降低了安全風險，同時也減少了焊接工作量及焊接引起的建筑垃圾。

對臨時連接措施，例如耳板、夾板等，根據構件尺寸和重量采用不同厚度的連接板。對鋼柱對接焊接的下環板、襯板等零部件進行優化，減少材料浪費。優化節點構造方式，現場盡量采用螺栓和栓焊連接，減少現場焊接工作量。

涉及到與各專業搭接問題，需站在總體局面上考慮，不能只顧單方利益。例如鋼骨混凝土勁性梁結構，拉筋與腹板的常規做法為腹板開孔，拉筋穿入；如采用腹板焊接搭接板，搭接板上焊接鋼筋，拉筋與構造筋連接方式，可避免工廠開孔的繁瑣手段，又極大地方便了土建施工，加快項目施工進度。

1.2 加工制作

加工制作是深化設計和現場裝配的紐帶，也是鋼結構材料和資源消耗量最大的環節。

鋼結構加工廠應選擇長期合作的合格材料供應商，避免因材料不合格造成的質量隱患及引起的材料、資源、勞動力的浪費。根據構件本體和零部件分別進行排版，向鋼廠定尺訂貨，減少鋼材廢料。對鋼材切割產生的廢料和廢渣，分類收集、集中堆放、定期回收處理。制定廢棄物管理計劃，優化下料、綜合利用下腳料，廢料。

加工車間應合理規劃，確保從下料、矯正到加工、組立、涂裝一條生產線，部署材料和構件堆場，最大限度的利用加工場地，減少構件轉運次數。車間配置的機械設備，應采用綠標認證和節能認證的機械設備。嚴格控制機械使用時間，嚴禁設備空運轉。對于設備加工期間產生的廢料（廢油）等需回收處理。

根據鋼材型號不同進行分類，使用不同的回收箱和清楚的標識等合理方法來管理回收材料，現場的大宗原料堆放點不應混有其它原材料，不同品種的鋼材分類堆放。場地要有相應的坡度，利于排水，避免因鋼材生銹產生土壤和水體污染。

嚴格把控加工質量，減少因構件制作不合格引起的返工和材料浪費，對于桁架層等復雜部位，鋼結構的制作和安裝前，應在工廠預拼裝，以避免或減少錯誤或誤差。在使用油漆、涂料等含有揮發性有機化合物材料時，注意選擇低揮發性產品，須提供有害物質檢測報告或提供有害物質檢測報告，涂裝作業應在指定區域進行，工人進行涂裝作業時需穿戴配套的防護用品，最大限度的降低職業病危害。

1.3 現場裝配

對現場安裝人員進行綠色施工培訓，召開綠色施工專題會議，建立環保、節能和綠色施工理念。根據現場安裝、焊接質量和材料重復利用情況，建立獎懲制度，對焊絲浪費少，廢料利用率高的班組進行獎勵。

項目部設置配套勞保設施，為工人提供安全操作平臺。電焊人需佩戴護目鏡、面罩等防護器具，在高空、危險處作業應佩戴安全帶；油漆和防火涂料施工人員應佩帶口罩等。對夜間實施對焊和電焊作業以及鋼結構焊接加工，應有設置遮光棚，減少光污染。

使用的焊材應有焊材、油漆和防火涂料，應取得國家環境體系和綠色認證，且產品質量合格。焊絲具有優良的焊接性能，最大程度減少因為焊接問題產生的材料浪費和環境污染。采用高強、高韌、低氫、綠色、環保焊材，減少焊接煙霧對大氣環境的污染和有毒有害成分焊接人員健康的影響。油漆和防火涂料施工時，應對地面采取隔離措施，減少油漆和涂料滴落引起的樓板污染。

制定施工廢棄物管理計劃，并按照計劃內容落實措施。將切割的連接耳板，作為鋼結構安裝臨時靠碼；對鋼柱連接夾板進行重復利用，確保利用率不低于50%；對擰掉的高強螺栓梅花頭進行回收，對多余的廢鋼進行集中堆放統一，交由公司廢棄物管理科進行回收處理。

2 綠色建造

在建筑全生命周期中，需貫穿“減量化、再利用、資源化”的循環發展原則，鋼結構的工業化、標準化和產業化生產方式、循環型的產業體系，恰恰滿足了滿足建筑“節能、節地、節水、節材和環保”的要求。未來鋼結構綠色建造主要朝綠色商業建筑、綠色鋼結構住宅、模塊化生態建筑、綠色生態工業園等方向發展，其結構體系主要為：鋼框架+輕質墻板以及全模塊化體系。

2.1 鋼框架+輕質墻板體系

鋼框架+輕質墻板體系以結構骨架+三板體系構成，結構骨架采用板厚較薄、截面較小的 H 型鋼、箱型鋼柱，墻體體系以ALC 板、EPS 砼復合夾芯板、輕鋼龍骨灌漿板、保溫裝飾一體板為內外墻板，以鋼筋桁架組合板為樓板體系，組成完整的建筑體系。相較于傳統的鋼筋混凝土體系，工時工效可提升30～40%，得房率提升5～10%，建筑垃圾降低70～80%，綜合成本基本持平［9］。鋼框架+輕質墻板體系屬于主流市場，目前已建成的鋼結構住宅如“蘭州新區裝配式鋼結構保障房項目”、“文昌嘉苑社區裝配化住宅”均采用此類結構體系。

該體系內墻選用輕質、高強的ALC 板等輕質條板，與傳統的砌塊相比，輕質防火隔墻板重量輕，厚度小，大大的節省了建筑空間和建造成本。輕質條板采用A 級防火，大大提高建筑耐火等級，其內部組成材料及聚苯乙烯泡沫顆粒，都具有良好的隔聲和吸音功能的保溫隔聲效果良好。且輕質隔墻板施工便捷，相比傳統的砌體施工效率提高10～15 倍，大大縮短了施工周期。

外墻選用ALC 板基墻+保溫裝飾ET 板面層。ALC 板基墻采用蒸壓加氣混凝土條板和蒸壓加氣塊兩種材料，并在基墻面層進行防水處理。ET 板是由粘結層、保溫裝飾成品板、錨固件、密封材料等組成，其新型錨固方法、節點及冷橋設計處理大大加快了施工速度和降低節能損失。ALC 板基墻+保溫裝飾ET 板面層可實現材料、構造、結構三重防水功能，滿足外墻保溫與裝飾效果。

鋼筋桁架樓承板可采用疊合板和現澆樓板兩種體系，現澆樓板底模又分為鍍鋅鋼板、木板和復塑板，其中木板和復塑板底模可在混凝土澆筑完成后拆除底模重復利用。鋼筋桁架樓承板實現立體交叉作業，大大縮短主體結構施工周期。

2.2 全模塊化體系

全模塊化結構體系劃分為柱模塊、梁模塊和板模塊和圍護模塊，由柱、單元連接件、主梁、次梁、水泥基墻體、結構保溫墻板、木格柵、金屬屋面組成，采用集成廚房、集成衛浴，智能家居電器等集成系統，滿足生態、宜居、智能、高效、多元的未來生活方式。

全模塊化體系V1.0 以構件模塊化進行裝配，包含主結構（梁模塊、柱模塊、屋面模塊、外墻模塊、內墻模塊）、圍護體系（門模塊、窗模塊、外掛保溫板模塊、格柵模塊）、連接構造（螺栓、標準件連接）。鋼結構主體部分采用現場全螺栓連接；圍護體系與結構構件間采用標準連接件快速連接；主體結構均采用可再生的型鋼材料，屋頂采用彩光板，外圍護采用輕質墻板等，絕大部分材料回收后可作為再生資源，可再生材料占總類別比例超過40%。同時在屋頂設置24 塊太陽能光伏板，年發電量可達2.1 萬度。

隨著工業化和裝配化的發展，模塊化鋼結構逐步邁入V2.0時代，將梁板等組成樓板模塊，內外墻在加工廠組裝成墻板模塊，同時在樓板及墻板內穿入集成管線，在墻板模塊外增加裝修飾面，實現建筑裝飾一體化。模塊化鋼結構V3.0 時代采用BIM 技術實現可視化虛擬建造，可根據業主需求在設計期間隨時進行修改，根據模塊間可進行多樣組合，并根據不同的功能需求，形成學校、辦公樓、住宅等多種產品。

全模塊化體系鋼結構，從構件裝配到模塊裝配發展到單元裝配，是智能建造的發展產物，其工業化程度高，結構靈活性強，可按照建筑模數進行批量生產，可滿足大面積建造，是未來鋼結構全模塊化體系綠色建造的主要發展方向。

3 結論

（1）本文對鋼結構深化設計、加工制造到現場裝配各個方面的綠色施工技術進行探討，提出鋼結構實現綠色施工和四節一環保的具體措施和方法，可為鋼結構施工企業綠色施工提供參考。

（2）就鋼結構綠色建造采用的鋼框架+輕質墻板體系以及全模塊化體系進行研究，對其結構組成和材料進行闡述。鋼框架+輕質墻板體系主要適用于大面積鋼結構住宅開發，全模塊化鋼結構裝配體系是未來鋼結構綠色建造發展的必然趨勢。

（3）鋼結構施工企業應緊抓國家大力推動鋼結構綠色建筑發展和新型城鎮化建設的戰略機遇，進行產業結構調整和升級，為建筑工業化、鋼結構綠色節能建筑產業的發展做出貢獻。