裝配式鋼結構綠色建筑體系初探

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摘要:目前我國各行業都在大力推進綠色產業和可持續發展，建筑業是關系到人民生活的支柱產業，因此，建筑業未來的發展方向必然要大力推進節約能源。裝配式鋼結構是指將鋼結構構件按照統一的建筑標準和規范制成建筑單元或構件，然后運到施工現場進行組裝和定位的建筑體系。實現了建筑制造業的產業化，大大降低了傳統現場生產的污染和能源消耗，提高了生產效率，縮短了工程建設周期。我國建筑業已經進入了轉型的新時期，傳統的建筑模式已經不能適應新的正常經濟形勢，大力發展鋼結構拼裝式綠色建筑是一個很好的方向，具有廣闊的發展前景。

關鍵詞:裝配式;鋼結構;綠色建筑;體系研究

1我國裝配式鋼結構發展現狀

我國對裝配式鋼結構綠色建筑體系的研究起步較晚，曾出現過兩次建筑產業化熱潮。第一次是在20世紀中葉，當時全國建筑業實行機械化、標準化和工業化，發展了預制件、構件和低層預制裝配建筑，并在實現建筑自動化方面取得了第一批成果。耐火材料生產部件、中小型工程機械、預制工業廠房、框架結構等有一定的效果。第二次是20世紀60年代和70年代，我國廣泛借鑒國外經驗，結合我國國情，進一步完善了標準化設計方法，提高了結構件的生產能力，開發了新的建筑體系和建筑物。加固材料，在一定程度上提高了施工技術、建筑能力和建筑速度。近兩年來，國家出臺了一系列新政策，特別是鋼結構裝配式建筑。加快建設項目預制裝配技術的發展，提高建設產業化技術的集成化水平，促進預制混凝土、鋼結構等適合工業化生產的建筑體系，采取率先采用工業化建設模式進行政府投資和住房保障工程，年增長2%，促進鋼結構在建設領域的發展，增加鋼結構在公共建筑中的比重和政府投資等。這一系列政策表明，鋼結構綠色建筑體系和鋼結構裝配工業生產將大大發展。

2我國裝配式鋼結構的特點

2.1薄板鋼骨住宅體系

北新集團開發的北新鋼板及鋼結構住宅系統如圖1所示。該結構是一種特殊型式的冷彎薄壁鋼結構，由1.0～1.3mm厚的熱鍍鋅鋼軋制成U型和C型輕鋼托梁，當墻體板、地板和屋面桁架在沒有焊接的情況下形成工廠規模的生產。在現場施工中，是一種承載力大、能耗快的墻板群。裝配式輕鋼結構房屋系統。北新薄板鋼結構住宅系統是現代高新技術成果的集合。具有鋼材消耗低、抗震性能好、外墻裝飾豐富、保溫性能好、能源自給等特點。北新集團利用該系統在兩個月內建造了一座300m2的小建筑，從設計到交付的費用為每m2為1200～3000元。

2.2多、高層輕鋼裝配式住宅

遠大集團提出了“像汽車一樣建造房子”的概念。結構體系主要由主板、立柱和斜支撐組成，如圖2所示。特殊鋼板混凝土組合樓板由鋼梁支撐，形成主板。主板支撐在立柱上。斜支撐支撐在梁和柱之間。斜支撐加強了節點的連接，它還能抵抗水平和垂直荷載的梁和柱框架。支撐部件均采用高強度螺栓連接。此外，“塊”的施工方法大大加快了施工速度。

2.3新型分層裝配式支撐鋼結構體系

對寶業集團開發的一種新型層狀復合鋼筋結構體系進行了改進和開發，并對其相關性能進行了研究，復合支撐鋼結構產業結構體系是一種新型的低層產業結構體系，以柱密度、梁連接、柱梁鉸、柱支撐為主的水平力、模塊化集成和各種結構形式為特征。

3鋼結構———21世紀的綠色建筑

目前，建筑行業每年浪費35%左右的資源，產生大約3億t建筑垃圾，對環境造成污染，如果不及時處理和利用，將會對社會、環境和資源造成不良影響。建筑行業造成的水污染、空氣污染、土壤污染、土地資源占用等問題亟待解決。從“國家戰略儲備”的角度看，鋼鐵行業產能過剩矛盾突出。中國的優質鐵礦石資源相對稀缺，鐵礦石主要依靠進口，并且需求量巨大。從未來國家儲備發展的角度出發，必須開始有目的地儲備鋼鐵，而鋼結構建筑是最好的方式。提高政府投資建設公共建筑和鋼結構的比例，在地震等自然災害高發地區推廣輕鋼結構等抗震建筑。統一的標準生產和現場整體裝配，可以實現鋼結構從現場“施工”到工廠“制造”的轉變，實現建筑精度從“cm”到“mm”的轉變。減少現場施工引起的質量不可控缺點，提高施工速度，提高施工質量，易于實現建筑業現代化。綠色建筑技術的結合將大大減少建筑對環境的污染，“多、安全、環保、快捷、高效”。裝配式鋼結構施工具有無現場模板、無現場砌筑、無外部腳手架、無現場焊接、無水泥砂漿抹灰、無鋼筋綁扎、無濕作業等優點。

4我國裝配式鋼結構目前存在的問題及對策

4.1裝配式鋼結構存在的問題

阻礙我國鋼結構產業化的根本原因是:①思想保守落后，指責新鋼結構體系和新技術的制度障礙較多，政策法規不健全。國家和財政支持尚未實施，主要鋼結構施工項目存在誤導，缺乏對鋼結構建筑發展戰略地位的認識。②高層鋼結構產業鏈不完善，支撐產業滯后于鋼結構產業自身的發展，內墻板和外墻板還沒有完全解決。③我國標準規范的編制和修訂存在嚴重滯后。我國對鋼結構產業發展的要求還不夠。工業總裝鋼結構的設計、加工、生產、安裝、施工、竣工驗收、維修等標準規范比較落后。由于缺乏規范和規范的基礎，新的建筑體系的開發和建設受到了限制。住房和建設部的住房生產是有限的。工業中心正在組織起草工業建筑評價標準，但仍以混凝土結構為主，沒有突出鋼結構的優勢和特點。④缺乏高層鋼結構產業裝配創新體系和簡單快速的裝配節點，從而降低鋼材消耗，縮短施工周期。⑤國內鋼結構多采用焊接結構，螺栓連接少，焊接體積大、焊接難度大、周期長，受區域氣候氣候影響大，焊接質量難以保證。例如，2010年兩座大型鋼結構倒塌的主要原因是焊縫質量不合格。⑥工業預制鋼結構體系的突出優勢在于擁有大量面積在100m以下的辦公樓和住宅樓，具有深遠意義且具有建設性(包括特許權人)，但沒有迅速得到提升，其原因是它沒有按要求建造。

4.2實現對策

為實現鋼結構房屋從標準化生產到裝配施工的過程，需要從建筑形式、結構體系、圍護體系等方面來克服裝配式鋼結構房屋中存在的一些問題，這些問題包括:①沒有統一的標準模量體系;②建筑構件標準化水平低，通用性差，預制構件集成度低，并且施工成本不能有效地降低;③現場裝配效率低;④預制鋼結構房屋的管道、供暖管道系統、廚房和衛生設施不夠完善，無法形成完整的裝配體系;⑤裝配式鋼結構的施工技術落后，施工程序不統一，施工驗收標準不夠完善。

5結論與展望

要實現裝配式鋼結構住宅的穩定、可持續、健康發展，必須解決四個主要問題:產業化、系統化、標準化和模塊化。裝配式鋼結構產業化是我國建筑業發展的必由之路，它將成為促進我國經濟發展的新增長點。裝配式鋼結構體系易于實現工業化生產和標準化生產，與之配套的墻體材料可采用新型節能環保材料。它是一個綠色環保建筑，可再生和可重復使用，符合可持續發展戰略。因此，必須完成裝配鋼結構體系成套技術的研究成果。它將極大地促進工業化的快速發展，直接影響我國建筑業的發展水平和未來。目前，國內建筑業的生產效率較低，屬于勞動密集型產業。裝配式鋼結構屬于高技術、高效率的產業。加快鋼結構裝配的研究，將促進建筑業向技術密集型產業的轉變，促進建材、冶金、機械，特別是鋼鐵企業的發展。裝配式鋼結構的發展將促進住宅建筑業的更新換代。裝配式鋼結構體系需要多年的系統設計、試驗研究以及大量的工程實踐。與傳統建筑相比，鋼結構的綜合造價沒有比較優勢，開發量相當小。鋼結構的推廣應用需要各級政府的支持。希望全國建筑業創新聯盟能夠走合作研發、產業聯盟和共同發展的道路，為國家工業化的發展服務，也希望工人們也能這樣做。產業化系統可以為產業的發展提供有益的參考。目前，鋼結構在組合鋼結構中的進一步推廣和應用存在一系列瓶頸。其中最突出的是鋼結構住宅模塊化與標準化研究的不足。目前，一些多層和高層鋼結構在我國的發展不是設計和構建系統的思想，并沒有真正充分發揮鋼結構適合工業化生產。只有建立一套基本的模數系統，使建筑平面、立面布置、結構構件尺寸、構件的連接、鋼結構墻系統遵循尺寸協調統一的原則，才能實現從工廠標準化生產到現場拼裝施工的完美過程。

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作者:高聞 王雅超 單位:山東科技大學土木工程與建筑學院