鋼結構在裝配式建筑中的實際運用價值研究

童亮

（中船第九設計研究院工程有限公司，上海 200090）

0 引言

人類消耗資源的速度加快，建立資源節約型、環境友好型社會是未來發展的大趨勢。作為傳統的資源高消耗型的建筑行業，更是急切地需要探索出一種新的生產和發展方式。在這個過程中，裝配式建筑走入人們的視野。裝配式建筑指把傳統建造方式中的大量需要在工地進行的工作，預先在工廠中完成，加工建造房屋需要的樓板、樓梯和陽臺等配件，將這些配件運送到施工現場，通過可靠的方式進行連接，快速完成施工。

裝配式建筑按照建筑材料的不同，可以分為混凝土裝配式、木結構裝配式和鋼結構裝配式三種[1]。木結構裝配式建筑在我國存在了很長的時間，古代宮殿和寺廟就是典型的木結構裝配式建筑，其采用木材質制造房梁、柱等構件，并用榫卯連接。但因為木材短缺和耐火性能差等缺點，其逐漸被鋼結構和混凝土所取代。按照使用用途的不同，鋼結構裝配式建筑可以分為輕型鋼結構和重型鋼結構兩種。輕型鋼結構具有施工和維護方便、自重輕、建設周期短的特點；重型鋼結構主要應用于高層或超高層、大跨度等大型建筑，具有剛度和強度非常大的特點。

1 鋼結構在裝配式建筑中的應用及優勢

1.1 國內的具體應用

新年伊始，新冠肺炎在武漢肆虐，病患數目增長迅速，當地現有的醫院已不能完成收治工作，火山神醫院和雷神山醫院在極短的時間內建造完成，其中，雷神山醫院僅十天時間就完成了驗收，之所以如此快速，很大的原因是采用了鋼結構裝配式建筑。雖然建造時間短，但其功能非常完善，包括病房、接診室、醫技房、綜合后勤區等。為了方便施工，提高效率，按照功能區的使用要求不同，施工方采用了不同的裝配式建筑模式，其中有代表意義的是采用了模塊鋼結構裝配式建筑[2]。模塊鋼結構裝配式建筑是對技術要求非常高的先進建筑方式，其技術集成度，施工難度遠遠高于其他類型，可以很大程度上提高裝配率指標。上海、南京、雄安和深圳都有模塊鋼結構裝配式建筑的展示。

1.2 優勢

1.2.1 抗震能力強，重量輕

鋼結構裝配式建筑的主要施工材料是較輕的材料。例如在建筑承重墻方面，選用的材料是經過復雜的材料力學計算，既滿足承重要求，又能使自重盡可能低的薄壁鋼管和高強度角鋼。正是由于使用了自重輕、高強度、塑性和韌性好的材料，才能使房屋在地震中保持穩定，才能最大限度發揮鋼結構裝配式建筑抗震能力強的優勢。

1.2.2 裝配率高

裝配率指在工業化建筑中預制構件、建筑部品的數量（面積）占同類構件或部品總數量（總面積）的比率[3]。按照裝配率的高低，可以將建筑分為A級、AA級、AAA級裝配式建筑。從住房和城鄉建設部2017年12月12日發布《裝配式建筑評價標準》，可以得到裝配率的計算公式：

式中，P為裝配率；

Q1為主體結構指標實際得分值；

Q2為圍護墻和內隔墻指標實際得分值；Q3為裝修和設備管線指標實際得分值；

Q4為評價項目中缺少的評價項分值總和。

在混凝土裝配式建筑中，Q1的得分很小，這主要是因為在施工過程中會同時存在預制部分和現澆部分，而在鋼結構裝配式建筑種，基本不需要現澆部分，因此Q1的得分很高，這也就使得鋼結構的裝配率高。

1.2.3 綠色環保

鋼結構裝配式建筑的施工材料大部分在工廠加工完成，在施工現場只需將預制品部件按照要求進行連接、裝配即可。這種方式不僅能夠降低施工現場的噪聲、粉塵污染，環保節能，也方便后期用戶根據自己的喜好進行改造和維修。由于很多預制品部件以鋼材作為主要材料，在回收和二次利用方面也非常有優勢。

2 鋼結構應用于裝配式建筑的現狀

2.1 國外發展現狀

現代鋼結構裝配式建筑主要起源于歐洲，尤其是在經歷了二次世界大戰之后，歐洲滿目瘡痍，更快、更高效的裝配式建筑在那個時期得到了很大的發展。鋼結構裝配式建筑在歐洲的發展也推動了其在全世界范圍內的普及。

美國的裝配式建筑的研究始于20世紀初期，經過近一個世紀的發展，美國的鋼結構裝配式建筑已經非常先進[4]，其不僅各部門分工完善，且施工標準一致、效率高，能夠極大縮短項目的時間。美國的成功進一步推動了鋼結構裝配式建筑的興盛。

日本由于地震多發的原因，其對鋼結構裝配式建筑的需求遠遠高于其他國家。日本鋼結構裝配式建筑始于1868年建設“鐵橋”，后為了追求抗震性在全國范圍內快速推廣開來，時至今日，日本鋼骨結構動工面積占總面積30%-40%左右，遠超其他國家。

2.2 國內發展現狀

我國的鋼結構裝配式建筑發展與我國的鋼鐵產量密切相關。20世紀50年代我國鋼鐵產量不大，因此并不重視發展鋼結構式建筑，致使我國的鋼結構裝配式建筑發展起步比較晚，發展速度不快，導致了我國現在依然以混凝土結構為主[5]。隨著我國鋼鐵產量滿足甚至超出國民經濟需求，產能過剩，國家認識到推廣鋼結構裝配式建筑非常有前景?！蹲》亢统青l建設部建筑市場監管2019年工作要點》中要求開展鋼結構裝配式住宅的建設試點，推動建立成熟的鋼結構裝配式住宅建設體系。

3 結語

任何事物都有兩面性。鋼結構裝配式建筑也具有制約其進一步推廣和發展的缺點：

1）成本問題。為了降低工程的成本，許多房地產開發商在建造高層建筑時依然采用鋼筋混凝土剪力墻結構形式。

2）缺乏熟練的工人。建筑預制件的制作、施工現場的裝配、施工一體化實施都要求受過專業培訓、技術熟練的工人。這是阻礙我國鋼結構裝配式建筑發展的一個重要原因。

3）自身原因。鋼結構裝配式建筑本身因為采用大量鋼材，因此對防腐的要求很高，為了使鋼材能夠達到70年使用要求，需要對鋼材進行防腐處理，這導致使用和后期的維修費用升高。另外，鋼結構裝配式建筑在防火、隔熱、保溫、隔音等方面也存在一定的問題。

雖然鋼結構裝配式建筑具有以上的缺點，但其施工速度快，抗震性能好、綠色環保、能夠很好保證施工質量的優點也是其他的建筑形式所不能取代的。經過行業的不斷推廣和攻堅克難，未來鋼結構裝配式建筑一定能夠得到更好的發展。