裝配式鋼結(jié)構(gòu)綠色建筑體系初探

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摘要:目前我國各行業(yè)都在大力推進(jìn)綠色產(chǎn)業(yè)和可持續(xù)發(fā)展，建筑業(yè)是關(guān)系到人民生活的支柱產(chǎn)業(yè)，因此，建筑業(yè)未來的發(fā)展方向必然要大力推進(jìn)節(jié)約能源。裝配式鋼結(jié)構(gòu)是指將鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件按照統(tǒng)一的建筑標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范制成建筑單元或構(gòu)件，然后運(yùn)到施工現(xiàn)場進(jìn)行組裝和定位的建筑體系。實(shí)現(xiàn)了建筑制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)化，大大降低了傳統(tǒng)現(xiàn)場生產(chǎn)的污染和能源消耗，提高了生產(chǎn)效率，縮短了工程建設(shè)周期。我國建筑業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了轉(zhuǎn)型的新時(shí)期，傳統(tǒng)的建筑模式已經(jīng)不能適應(yīng)新的正常經(jīng)濟(jì)形勢(shì)，大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)拼裝式綠色建筑是一個(gè)很好的方向，具有廣闊的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞:裝配式;鋼結(jié)構(gòu);綠色建筑;體系研究

1我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀

我國對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)綠色建筑體系的研究起步較晚，曾出現(xiàn)過兩次建筑產(chǎn)業(yè)化熱潮。第一次是在20世紀(jì)中葉，當(dāng)時(shí)全國建筑業(yè)實(shí)行機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化和工業(yè)化，發(fā)展了預(yù)制件、構(gòu)件和低層預(yù)制裝配建筑，并在實(shí)現(xiàn)建筑自動(dòng)化方面取得了第一批成果。耐火材料生產(chǎn)部件、中小型工程機(jī)械、預(yù)制工業(yè)廠房、框架結(jié)構(gòu)等有一定的效果。第二次是20世紀(jì)60年代和70年代，我國廣泛借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國國情，進(jìn)一步完善了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方法，提高了結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)能力，開發(fā)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(shù)、建筑能力和建筑速度。近兩年來，國家出臺(tái)了一系列新政策，特別是鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑。加快建設(shè)項(xiàng)目預(yù)制裝配技術(shù)的發(fā)展，提高建設(shè)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的集成化水平，促進(jìn)預(yù)制混凝土、鋼結(jié)構(gòu)等適合工業(yè)化生產(chǎn)的建筑體系，采取率先采用工業(yè)化建設(shè)模式進(jìn)行政府投資和住房保障工程，年增長2%，促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)在建設(shè)領(lǐng)域的發(fā)展，增加鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)綠色建筑體系和鋼結(jié)構(gòu)裝配工業(yè)生產(chǎn)將大大發(fā)展。

2我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

2.1薄板鋼骨住宅體系

北新集團(tuán)開發(fā)的北新鋼板及鋼結(jié)構(gòu)住宅系統(tǒng)如圖1所示。該結(jié)構(gòu)是一種特殊型式的冷彎薄壁鋼結(jié)構(gòu)，由1.0～1.3mm厚的熱鍍鋅鋼軋制成U型和C型輕鋼托梁，當(dāng)墻體板、地板和屋面桁架在沒有焊接的情況下形成工廠規(guī)模的生產(chǎn)。在現(xiàn)場施工中，是一種承載力大、能耗快的墻板群。裝配式輕鋼結(jié)構(gòu)房屋系統(tǒng)。北新薄板鋼結(jié)構(gòu)住宅系統(tǒng)是現(xiàn)代高新技術(shù)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(diǎn)。北新集團(tuán)利用該系統(tǒng)在兩個(gè)月內(nèi)建造了一座300m2的小建筑，從設(shè)計(jì)到交付的費(fèi)用為每m2為1200～3000元。

2.2多、高層輕鋼裝配式住宅

遠(yuǎn)大集團(tuán)提出了“像汽車一樣建造房子”的概念。結(jié)構(gòu)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(qiáng)了節(jié)點(diǎn)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(qiáng)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(jié)構(gòu)體系

對(duì)寶業(yè)集團(tuán)開發(fā)的一種新型層狀復(fù)合鋼筋結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了改進(jìn)和開發(fā)，并對(duì)其相關(guān)性能進(jìn)行了研究，復(fù)合支撐鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)體系是一種新型的低層產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式為特征。

3鋼結(jié)構(gòu)———21世紀(jì)的綠色建筑

目前，建筑行業(yè)每年浪費(fèi)35%左右的資源，產(chǎn)生大約3億t建筑垃圾，對(duì)環(huán)境造成污染，如果不及時(shí)處理和利用，將會(huì)對(duì)社會(huì)、環(huán)境和資源造成不良影響。建筑行業(yè)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(zhàn)略儲(chǔ)備”的角度看，鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能過剩矛盾突出。中國的優(yōu)質(zhì)鐵礦石資源相對(duì)稀缺，鐵礦石主要依靠進(jìn)口，并且需求量巨大。從未來國家儲(chǔ)備發(fā)展的角度出發(fā)，必須開始有目的地儲(chǔ)備鋼鐵，而鋼結(jié)構(gòu)建筑是最好的方式。提高政府投資建設(shè)公共建筑和鋼結(jié)構(gòu)的比例，在地震等自然災(zāi)害高發(fā)地區(qū)推廣輕鋼結(jié)構(gòu)等抗震建筑。統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)和現(xiàn)場整體裝配，可以實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)從現(xiàn)場“施工”到工廠“制造”的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)建筑精度從“cm”到“mm”的轉(zhuǎn)變。減少現(xiàn)場施工引起的質(zhì)量不可控缺點(diǎn)，提高施工速度，提高施工質(zhì)量，易于實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)現(xiàn)代化。綠色建筑技術(shù)的結(jié)合將大大減少建筑對(duì)環(huán)境的污染，“多、安全、環(huán)保、快捷、高效”。裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工具有無現(xiàn)場模板、無現(xiàn)場砌筑、無外部腳手架、無現(xiàn)場焊接、無水泥砂漿抹灰、無鋼筋綁扎、無濕作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)。

4我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)目前存在的問題及對(duì)策

4.1裝配式鋼結(jié)構(gòu)存在的問題

阻礙我國鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化的根本原因是:①思想保守落后，指責(zé)新鋼結(jié)構(gòu)體系和新技術(shù)的制度障礙較多，政策法規(guī)不健全。國家和財(cái)政支持尚未實(shí)施，主要鋼結(jié)構(gòu)施工項(xiàng)目存在誤導(dǎo)，缺乏對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展戰(zhàn)略地位的認(rèn)識(shí)。②高層鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)鏈不完善，支撐產(chǎn)業(yè)滯后于鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)自身的發(fā)展，內(nèi)墻板和外墻板還沒有完全解決。③我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的編制和修訂存在嚴(yán)重滯后。我國對(duì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求還不夠。工業(yè)總裝鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、加工、生產(chǎn)、安裝、施工、竣工驗(yàn)收、維修等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范比較落后。由于缺乏規(guī)范和規(guī)范的基礎(chǔ)，新的建筑體系的開發(fā)和建設(shè)受到了限制。住房和建設(shè)部的住房生產(chǎn)是有限的。工業(yè)中心正在組織起草工業(yè)建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，但仍以混凝土結(jié)構(gòu)為主，沒有突出鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。④缺乏高層鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)裝配創(chuàng)新體系和簡單快速的裝配節(jié)點(diǎn)，從而降低鋼材消耗，縮短施工周期。⑤國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)多采用焊接結(jié)構(gòu)，螺栓連接少，焊接體積大、焊接難度大、周期長，受區(qū)域氣候氣候影響大，焊接質(zhì)量難以保證。例如，2010年兩座大型鋼結(jié)構(gòu)倒塌的主要原因是焊縫質(zhì)量不合格。⑥工業(yè)預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)體系的突出優(yōu)勢(shì)在于擁有大量面積在100m以下的辦公樓和住宅樓，具有深遠(yuǎn)意義且具有建設(shè)性(包括特許權(quán)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(shí)現(xiàn)對(duì)策

為實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)房屋從標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)到裝配施工的過程，需要從建筑形式、結(jié)構(gòu)體系、圍護(hù)體系等方面來克服裝配式鋼結(jié)構(gòu)房屋中存在的一些問題，這些問題包括:①?zèng)]有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)模量體系;②建筑構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化水平低，通用性差，預(yù)制構(gòu)件集成度低，并且施工成本不能有效地降低;③現(xiàn)場裝配效率低;④預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)房屋的管道、供暖管道系統(tǒng)、廚房和衛(wèi)生設(shè)施不夠完善，無法形成完整的裝配體系;⑤裝配式鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)落后，施工程序不統(tǒng)一，施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)不夠完善。

5結(jié)論與展望

要實(shí)現(xiàn)裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的穩(wěn)定、可持續(xù)、健康發(fā)展，必須解決四個(gè)主要問題:產(chǎn)業(yè)化、系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化。裝配式鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化是我國建筑業(yè)發(fā)展的必由之路，它將成為促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新增長點(diǎn)。裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，與之配套的墻體材料可采用新型節(jié)能環(huán)保材料。它是一個(gè)綠色環(huán)保建筑，可再生和可重復(fù)使用，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此，必須完成裝配鋼結(jié)構(gòu)體系成套技術(shù)的研究成果。它將極大地促進(jìn)工業(yè)化的快速發(fā)展，直接影響我國建筑業(yè)的發(fā)展水平和未來。目前，國內(nèi)建筑業(yè)的生產(chǎn)效率較低，屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)。裝配式鋼結(jié)構(gòu)屬于高技術(shù)、高效率的產(chǎn)業(yè)。加快鋼結(jié)構(gòu)裝配的研究，將促進(jìn)建筑業(yè)向技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)建材、冶金、機(jī)械，特別是鋼鐵企業(yè)的發(fā)展。裝配式鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展將促進(jìn)住宅建筑業(yè)的更新?lián)Q代。裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系需要多年的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)研究以及大量的工程實(shí)踐。與傳統(tǒng)建筑相比，鋼結(jié)構(gòu)的綜合造價(jià)沒有比較優(yōu)勢(shì)，開發(fā)量相當(dāng)小。鋼結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用需要各級(jí)政府的支持。希望全國建筑業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟能夠走合作研發(fā)、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和共同發(fā)展的道路，為國家工業(yè)化的發(fā)展服務(wù)，也希望工人們也能這樣做。產(chǎn)業(yè)化系統(tǒng)可以為產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有益的參考。目前，鋼結(jié)構(gòu)在組合鋼結(jié)構(gòu)中的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用存在一系列瓶頸。其中最突出的是鋼結(jié)構(gòu)住宅模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化研究的不足。目前，一些多層和高層鋼結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展不是設(shè)計(jì)和構(gòu)建系統(tǒng)的思想，并沒有真正充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)適合工業(yè)化生產(chǎn)。只有建立一套基本的模數(shù)系統(tǒng)，使建筑平面、立面布置、結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸、構(gòu)件的連接、鋼結(jié)構(gòu)墻系統(tǒng)遵循尺寸協(xié)調(diào)統(tǒng)一的原則，才能實(shí)現(xiàn)從工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)到現(xiàn)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(xué)土木工程與建筑學(xué)院