低層裝配式鋼結構民用建筑的應用

袁偉杰

（青島理工大學）

1 政策

早在2013年，國務院提出了“綠色建筑行動計劃”，明確把推進工業化作為重點任務，促進適合工業化的裝配式混凝土和鋼結構建筑體系的生產。2016年9月，《國務院關于大力發展裝配式建筑的指導意見》指出，裝配式混凝土結構、鋼結構和現代木結構都應采用因地制宜發展。5年的發展歷程，各省市的配套政策得到積極落實，已有多個省、市出臺了專項指導意見和相關措施，對裝配式建筑提出了更為具體的發展要求。

“十四五”規劃指出，優先發展鄉村，推進城鄉融合，其中強調未來農村住宅實行“一戶一宅”、集中建設住宅的模式。因此，發展裝配式鋼結構在鄉村建設中起重要地位（見圖1）。

圖1 近年來有關發展完善與規劃裝配式鋼結構的政策

2 中國與發達國家的發展對比

在鋼結構行業發展成熟的國家，鋼結構在建筑結構上的占比超過40%，美國和日本等發達國家近些年來的鋼結構建筑占比達到50%以上。通過參考國外發展歷程，鋼結構行業的高速發展期一般為22年左右，隨后進入成熟穩定期，預計成熟階段，鋼結構產量占鋼產量的比重約為20%～30%。據統計，美國進入成熟期鋼結構產量最大已經達到5000多萬t，占總比45%，之后有所下降，維持在30%左右。日本鋼結構產量穩定在年均2500萬t，占總比25%[1]。

中國的鋼結構住宅發展依舊處于新興階段，據統計，2020年中國的鋼材產量已經達到13.2億t，而國家預期鋼結構產量達到1億t，占比約為7.5%。我國鋼產量過剩問題，其實還有很大的市場發展空間。

3 相比傳統住宅的優點

3.1 強度、重量、塑性

強度比較高。相比農村傳統砌體結構（磚混）而言，鋼結構有很好的抗拉強度（鋼結構的強度主要體現在彈塑性階段）、抗彎強度、抗剪強度。磚混結構的抗壓能力強度主要取決于粘結磚之間的砂漿。傳統住宅建筑因受力問題，導致民用建筑風格單一、不能靈活變化。

自重輕。傳統的混凝土結構和砌體結構自重很大，施工不方便。鋼結構自重輕，便于施工，容易控制精度，對地基基礎的要求大大降低，減少了基礎投入資金。

塑性和韌性好。鋼材有良好的變形協調能力，有著很好的抗震、抗風能力，且鋼材發生塑性破壞的時候有明顯變形，易于及時發現補救避免發生事故。

3.2 有效使用面積，承載能力

鋼結構具有良好的材料性能，截面尺寸相對較小，承載能力卻很高，因此能夠增加建筑的有效使用面積，能夠隨意打造空間，進而提升生活品質。同時，鋼結構的加工性能，為建筑設計提供了無限的可能，使住宅體現藝術美學[2]。

3.3 工業化，施工周期

鋼結構是在工廠提前預制好，然后通過運輸運到現場進行安裝。這一過程提升了施工質量，降低了施工難度，縮短了施工周期。通俗來講，讓造房子變得像造汽車一樣高效方便。而傳統砌筑工藝步驟繁瑣、人工量大、施工技術要求高、工期長效率低、施工作業質量低。而預制裝配式解決了以上不足。例如，火神山的建設，僅十天一所可容納1000張床位的醫院就拔地而起。

3.4 綠色環保，節省能源

國家號召應用綠色建材，建設環保型社會。2020年5月住建部出臺《關于推進建筑垃圾減量化的指導意見》，建議優先使用綠色建材（鋼結構），并減少施工現場建筑垃圾的產生，做到回收利用，節省資源。

材料方面。截至2020年，中國鋼材產量達到13.2億t，位居世界第一。而鋼結構的產量不足1億t，導致鋼結構成本遠低于混凝土成本，因此鋼結構是目前性價比最高的建造材料。

施工方面。大大減少了砂石、灰、水泥的用量，減少噪聲污染，保護了施工作業環境。數據表明，與傳統的混凝土結構相比，鋼結構建筑節省了約50%的混凝土用量、85%的用水量、67%的木材消耗量。

裝配式施工主要使用連接、焊接。因此，鋼材是一種100%可回收材料，在拆除、重建過程中節省了資源，避免了材料浪費，不會產生大量生產垃圾。對比磚混住宅，從材料的生產使用到拆除，嚴重損壞了土地資源、破壞了大氣生態、浪費了大量材料和財力。

4 鋼結構缺點及解決方案

4.1 耐熱性

不耐熱是鋼結構的主要缺點，但是低層民用建筑對防火要求遠沒有高層鋼結構高。解決這一問題可以從材料方面入手，鋼材雖然是不燃材料，但在高溫作用下，其屈服強度、彈性模量會急劇下降，在十五分鐘左右失去承重能力而倒塌。所以只要使鋼材在高溫作用下達不到臨界溫度就能保證穩定性。主要有以下幾個方法：用防火板裝飾保護、涂刷防火材料、設置火災自動報警系統（煙霧報警器等）[3]。

4.2 防腐蝕

天然的金屬與空氣中的氧氣、水、二氧化碳等會發生化學反應。如果鋼結構建筑受到腐蝕，對結構的承載力是很不利的，易產生安全隱患，且做好防腐有利于后期降低維修成本。

使用涂裝耐候鋼，相比使用其他方法成本低，而且低層民用建筑使用年限不高，不需要花費高成本用鍍鋅等方法防腐。室內防腐主要采用涂層法，同樣成本低，但是不能長期防腐（約50年）[4]。

4.3 體系完善

裝配式鋼結構建造過程和傳統磚混結構建造過程完全不同，前者更是一種工業流水式的建造方式，需要有一套完整成熟的體系支撐整個施工過程。

一些落后地域鋼結構建筑并不普遍，而是保守傾向于傳統的磚混結構，或選擇購買城鎮的樓房。如今國家已經全面脫貧，響應“十四五”規劃，鄉村建設必然會有大的變革。

隨著政策的利好，鋼結構產業鏈不斷完善，國內興起大量鋼結構民建公司，為民用住宅建筑提供服務與保障。通過承包單位施工或政府扶持集中建設鋼結構住宅，做到工業化建設。當裝配式鋼結構建設成為民用住宅建設的主流時，將為中國全面建設社會主義現代化國家提供堅實基礎。

5 結語

中國新基建新發展離不開最基本的房屋建筑，而順應新時代的背景，裝配式鋼結構的發展成為必然。中國在民用建筑的發展道路上還屬于未成熟階段。對于發展體系來說，應積極學習借鑒發達國家的完善體系，總結并找出適合中國發展的體系和道路。對于人民群眾來說，改變傳統觀念，學習新思想，有利于提高自身的環保意識，并且建立綠色發展的理念，還應積極響應國家政策，推動民用建筑的改革進程。