装配式建筑钢结构应用探讨

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摘要:为了提高装配式建筑的适用性，促进我国绿色建筑行业的发展，对钢结构在装配式建筑中的应用进行了研究。简述了装配式钢结构建筑具有的集成化、抗震性强、环保节能、效率高、综合效益好等优势。分析了国内外有关装配式钢结构建筑的应用现状。为了深化钢结构在装配式建筑中的应用，对影响装配式钢结构发展的因素进行了探讨，并提出了相应的改进方法。

关键词:装配式建筑，钢结构，改进方法

钢结构的主要受力构件是钢，具有适用性强、防风抗震性能强、造型美观、自重轻等优点，被广泛应用在了医院、学校等建筑工程中。将其与装配式建筑结合在一起，正可以充分发挥出钢结构的优势，提升装配式建筑的使用性能。并且从实际来看，钢结构自应用以来，一直都是采用的装配式结构。所以，我们应继续加大钢结构在装配式建筑中的应用。

1钢结构装配式建筑的优势

1．1集成化。相比于传统砌体结构建筑来说，钢结构装配式建筑的灵活性非常强。用户完全可以根据自身的需求，对建筑空间、建筑装饰进行二次分割、布置，且不会影响到建筑工程的安全性。最重要的是可根据建筑特点将水电、空调等完全融合到空间中，在保证建筑结构完整性的同时也可提升建筑空间的美观性、舒适性。1．2抗震性强。钢结构装配式建筑的构件多是应用热轧型钢或冷弯钢板组合截面。这种构件不仅自重轻，而且受力设计比较合理。另外，钢结构本身就具有良好的抗震性，可使得钢结构装配式建筑的抗震性得到进一步提升。1．3环保节能。钢结构装配式建筑的施工材料多是提前在工厂加工的，在施工现场只按照施工图图纸进行组装即可。相对于传统的现场施工来说，既可以杜绝噪声污染、水污染、垃圾污染、粉尘污染，而且也方便后期的改造、围护，极大地减少了建筑垃圾的产生。可以说，钢结构装配式建筑真正落实了节能、环保理念，非常有利于建筑行业的可持续发展。1．4效率高。钢结构装配式建筑的施工主要分为两部分。一部分是在加工厂进行结构部件的预先加工，并利用数控加工技术、互联网技术进行简单组装。另一部分是在施工现场进行建筑工程整体的安装。这样可省去许多施工环节，且能规范进行每一个环节的施工，保证工程施工效率。1．5综合效益好。钢结构装配式建筑的主要施工材料来源于预制品加工厂。而预制品加工厂的生产规模比较大，可进行规模化生产，保证生产效益。并且在施工现场进行组装、施工，可降低材料投资费用，减少材料施工人员成本、建筑垃圾回收成本，真正提升建筑工程的经济效益。

2钢结构装配式建筑的应用现状

2．1国外应用现状。在这方面美国的钢结构装配式建筑行业发展更为成熟，不仅社会分工明确、生产效益高，而且设计施工标准统一，产品供应方也能协调配合。现如今，其钢结构住宅多是以装配式建筑为主。另外，在日本钢结构装配式建筑业也得到了广泛应用。2．2国内应用现状。我国最早是在1999年提出了要对预制装配式钢结构住宅及其产业化发展提供政策支持。2015年，国家又出台了多项政策，引导我国钢结构装配式建筑的健康快速发展。同时，国家和住建部还出台了《装配式钢结构建筑技术标准》《装配式建筑工程消耗量定额》等法规文件，以此规范装配式钢结构建筑市场。可以说，在国家的大力推动下，装配式钢结构建筑的建设规模、应用领域在不断扩大，尤其是其技术水平也在不断提高。但是与发达国家相比，我国装配式钢结构建筑的比例仍比较低，且钢结构用钢量也比较少。在国内各大城市中，上海作为住宅产业化建设的先锋已经在大力推广装配式钢结构建筑。与此同时，河北、合肥、济南等省市也加入到住宅产业化及装配式钢结构建筑的发展和推广中。

3制约装配式钢结构建筑发展的因素

3．1环境因素。考虑施工成本，大多数高层住宅楼仍是采用的钢筋混凝土剪力墙结构形式。并且很多房地产企业并不考虑住宅建筑后期的生态效益、节能环保，只是追求经济效益。这也是装配式钢结构建筑难以大面积推广、应用的根本原因。也正因为如此，国家一直在出台发展政策，给予优惠的税收、补贴，促使房地产企业主动开发装配式钢结构建筑。3．2装配式钢结构建筑自身的问题。除却环境因素的影响，装配式钢结构建筑本身还存在的问题，无法大面积推广。如腐蚀问题。依据相关设计规程，建筑物在环境腐蚀等级为二级及以上时，设计防腐年限在15年以下。但是住宅楼的使用寿命在70年左右，原有的防腐要求根本无法满足防腐需求。最重要的是梁柱构件都需要包覆，后期防腐维修成本极高。又如防火问题。钢材虽不可燃，但钢结构耐火性差，在高温下材质性能容易发生变化。当温度达到600℃时，钢材性能会完全失效，造成钢结构建筑坍塌。另外，装配式钢结构建筑的舒适性也存在一定的弊端。尤其是装配式钢结构住宅的舒适性问题比较突出。造成这一问题的根本原因是建筑围护部品及构造技术不成熟。如围护墙体的构造不合适，会引发外墙裂缝问题，导致外墙保温、隔热、隔音等性能无法得到保证。3．3建筑配套不完善。由于我国装配式钢结构建筑行业起步较晚，且得不到重视。所以，与其配套的产业链并不完善，远远落后于钢结构产业、装配式建筑行业的发展。如配套外墙板、楼板等产品的选择范围比较窄，且价格比较高。加之，一套完整产业链的建设周期比较长，以致于相关产业链仍不够完善。3．4建筑模式不合理。从实际来看，钢结构工程师主导的建筑模式并不合适装配式钢结构建筑的生产、发展。因为装配式钢结构建筑工程施工需要综合考虑建筑功能、结构、围护、机电等因素，保证围护系统、管线系统、防火系统等的协调、集成。这就意味着以往的工程师主导、产品经理负责一个产品开发的建筑模式无法满足装配式钢结构建筑的集成化生产需求。

4促进装配式钢结构建筑发展的措施

4．1提高钢结构、装配式建筑的适应性。钢结构、装配式建筑各自有不同的优势、特点。若想提高装配式钢结构建筑的使用性能，就要选择合理的搭配方式，使两者能完全协调、配合。对此，可采取以下措施:首先，从建筑结构设计规律入手，优化、改进钢结构的设计，使其更符合建筑结构设计要求。如加强钢结构的设计管理，提升钢结构的安全性、可靠性，保证钢结构建筑的舒适性、经济性。其次，要深入研究装配式建筑户型设计，并依据标准化、定型化的设计规范，对装配式建筑空间、装饰设计进行优化、改进，从而带给人们更良好的视觉、居住体验。比如减少异形板的使用，保证建筑结构的稳定性;要统一板材尺寸，方便规模化生产。最后，应高度重视平面布置的设计。尽量依据动态性、开放性的原则进行平面配置，保证装配式钢结构建筑的设计质量。4．2划分功能分区。在我国装配式建筑的发展前景非常广阔。无论是商业楼，还是住宅楼，亦或者是办公楼都有这方面的需求。但是不同功能的建筑物其功能分区是不相同的。而装配式钢结构建筑的生产、加工都是要以既定功能分区方式为基础的。所以，在大力发展装配式钢结构建筑行业时，要重点做好功能区划分。首先，要充分考虑业主的需求进行功能区划分。毕竟，装配式钢结构建筑的施工是以业主需求为导向的。在功能区划分时也要充分考虑业主需求。其次，要从大局出发对装配式钢结构建筑进行动静分区，从而最大程度的利用现有的空间面积。尤其是保证不同分区相互之间不会产生太大的干扰，以免影响到人们的日常使用体验。最后，在划分功能区时，还应做好建筑结构设计，尽可能地节约钢材，从而进一步提升装配式钢结构建筑的经济效益。4．3加强安全设计。在装配式钢结构建筑设计中还应高度重视安全设计工作，保证装配式钢结构建筑安全等级达到设计标准。尤其是加强装配式钢结构建筑的防火、防腐等的设计，消除装配式钢结构建筑自身的缺陷。首先，要充分考虑构件的使用寿命，加强围护材料、密封材料的设计管理。如灵活应用镀锌方式对各种构件、材料进行防腐处理，并结合实际要求灵活选择材料种类。其次，要重视关键节点的设计。如连接节点、防水节点、外墙保温节点等。如在结构防护节点设计中，要严格遵循相关设计规范，加强钢管混凝土柱的耐火极限计算、排气孔设计管理，提升钢结构的安全性。同时，还要灵活选择钢结构防火材料，并依据国家相关标准进行保护层设计以及设计防腐涂层方案。只有这样才能真正提高钢结构的防火、防腐性能。最后，应当严格管控装配式钢结构建筑的外围护系统、设备与管线系统、内装系统的施工，使其切实满足抗风、抗震、耐撞、防火等安全性要求。同时，还应保证其能满足水密、气密、隔音等要求，从而真正提升装配式钢结构建筑的安全性、适用性。4．4实现装配化。若想促进装配式钢结构建筑行业的发展，真正实现钢结构建筑的装配化，就要实现其主体结构及其部件产品的标准化。具体来说，是实现梁柱标准化、墙体产品化、楼板产品化、连接节点标准化等。首先，实现梁柱构件及节点的标准化。在传统的梁柱构件焊接中，要先对钢柱单体进行加工，才能进行构件加工。但是受到人工、工艺、环境等因素的干扰，钢柱单体加工质量很难保证。也就是说，若想实现梁柱构件及节点的标准化，就要分离节点、构件加工。如德力公司提出的将方钢管柱、H型钢梁连接点做成产品的方法正可以省去加工梁柱连接节点的加工环节，实现梁柱构件及节点加工的标准化生产。其次，围护墙体的产品化。目前使用的墙体主要是以发泡混凝土内添加保温轻质材料、轻钢龙骨复合墙体为主。但其与主体结构的配合仍存在一定的缺陷，仍待研究。最后，楼板产品化。目前钢结构建筑楼板主要以预应力大板、叠合板等为主。但其中最易进行规模化生产的只有钢筋桁架楼板，然而其价格比较高。所以仍需加大楼板产品化的研究，研发出适用于规模化生产，且经济效益较高的楼板产品。

综上所述，装配式钢结构建筑发展仍比较慢。尤其是受到了外界环境、自身缺陷等因素的影响，老百姓接受程度较差。所以，在现代化建筑行业背景下，我们应继续加大钢结构在装配式建筑中的应用研究。

参考文献:

［1］马倩．钢结构在装配式建筑中的应用研究［J］．绿色环保建材，2020(3):198，201．

［2］胡泊，刘冰，韦凯杰．钢结构建筑在装配式建筑发展过程中的优势［J］．福建建材，2020(2):31-32，106．

［3］徐林刚．钢结构在装配式建筑中的应用研究［J］．建材与装饰，2020(1):19-20．

［4］马世长，孙燕飞．浅谈钢结构在装配式建筑中的应用［J］．建材与装饰，2019(27):14-15．

作者:张马斌 单位:山西省建筑科学研究院有限公司