低層裝配式鋼結構民用建筑運用

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【摘要】文章對發(fā)展低層鋼結構民建在政策扶持、國內(nèi)外發(fā)展對比、相比傳統(tǒng)住宅的優(yōu)點、裝配式鋼結構的不足和解決辦法等方面進行了探討。

【關鍵詞】裝配式鋼結構；低層民用建筑；鄉(xiāng)村建設改革

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(yè)化作為重點任務，促進適合工業(yè)化的裝配式混凝土和鋼結構建筑體系的生產(chǎn)。2016年9月，《國務院關于大力發(fā)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(xiàn)代木結構都應采用因地制宜發(fā)展。5年的發(fā)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(fā)展要求?！笆奈濉币?guī)劃指出，優(yōu)先發(fā)展鄉(xiāng)村，推進城鄉(xiāng)融合，其中強調未來農(nóng)村住宅實行“一戶一宅”、集中建設住宅的模式。因此，發(fā)展裝配式鋼結構在鄉(xiāng)村建設中起重要地位（見圖1）。

2中國與發(fā)達國家的發(fā)展對比

在鋼結構行業(yè)發(fā)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(fā)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(fā)展歷程，鋼結構行業(yè)的高速發(fā)展期一般為22年左右，隨后進入成熟穩(wěn)定期，預計成熟階段，鋼結構產(chǎn)量占鋼產(chǎn)量的比重約為20%～30%。據(jù)統(tǒng)計，美國進入成熟期鋼結構產(chǎn)量最大已經(jīng)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(chǎn)量穩(wěn)定在年均2500萬t，占總比25%[1]。中國的鋼結構住宅發(fā)展依舊處于新興階段，據(jù)統(tǒng)計，2020年中國的鋼材產(chǎn)量已經(jīng)達到13.2億t，而國家預期鋼結構產(chǎn)量達到1億t，占比約為7.5%。我國鋼產(chǎn)量過剩問題，其實還有很大的市場發(fā)展空間。

3相比傳統(tǒng)住宅的優(yōu)點

3.1強度、重量、塑性強度比較高

相比農(nóng)村傳統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)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(xié)調能力，有著很好的抗震、抗風能力，且鋼材發(fā)生塑性破壞的時候有明顯變形，易于及時發(fā)現(xiàn)補救避免發(fā)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(xiàn)藝術美學[2]。

3.3工業(yè)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(xiàn)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(tǒng)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(yè)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(yī)院就拔地而起。

3.4綠色環(huán)保，節(jié)省能源

國家號召應用綠色建材，建設環(huán)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(yōu)先使用綠色建材（鋼結構），并減少施工現(xiàn)場建筑垃圾的產(chǎn)生，做到回收利用，節(jié)省資源。材料方面。截至2020年，中國鋼材產(chǎn)量達到13.2億t，位居世界第一。而鋼結構的產(chǎn)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(yè)環(huán)境。數(shù)據(jù)表明，與傳統(tǒng)的混凝土結構相比，鋼結構建筑節(jié)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(jié)省了資源，避免了材料浪費，不會產(chǎn)生大量生產(chǎn)垃圾。對比磚混住宅，從材料的生產(chǎn)使用到拆除，嚴重損壞了土地資源、破壞了大氣生態(tài)、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(wěn)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(tǒng)（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(fā)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(chǎn)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(nèi)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(tǒng)磚混結構建造過程完全不同，前者更是一種工業(yè)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(tǒng)的磚混結構，或選擇購買城鎮(zhèn)的樓房。如今國家已經(jīng)全面脫貧，響應“十四五”規(guī)劃，鄉(xiāng)村建設必然會有大的變革。隨著政策的利好，鋼結構產(chǎn)業(yè)鏈不斷完善，國內(nèi)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(yè)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(xiàn)代化國家提供堅實基礎。

5結語

中國新基建新發(fā)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(fā)展成為必然。中國在民用建筑的發(fā)展道路上還屬于未成熟階段。對于發(fā)展體系來說，應積極學習借鑒發(fā)達國家的完善體系，總結并找出適合中國發(fā)展的體系和道路。對于人民群眾來說，改變傳統(tǒng)觀念，學習新思想，有利于提高自身的環(huán)保意識，并且建立綠色發(fā)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。

參考文獻

[1]劉釗，王喆，邱林波，等.國外鋼結構住宅發(fā)展歷程及現(xiàn)狀[J].住宅產(chǎn)業(yè)，2020，229(Z1):61-65.

[2]曾先國.民用住宅建筑設計中的鋼結構造型藝術美學表現(xiàn)技法[J].藝術研究，2019（86）:144-145.

[3]趙保興.淺談鋼結構防火保護[J].建材與裝飾，2020，616(19):199-200.

[4]王克誠.鋼結構建筑防腐保護工程的質量控制途徑[J].全面腐蝕控制，2021，35(3):114-115.

作者:袁偉杰 單位:青島理工大學