裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑現(xiàn)狀與趨勢報告

來源：http://yantaisifang.cn

第八屆亞洲國際建筑工業(yè)化展覽會
國家會展中心（上海）| 2019年11月21-23日

鋼結(jié)構(gòu)體系非常適合工業(yè)化裝配，鋼材本身具有良好的機械加工性能，適合工廠化生產(chǎn)和加工制作；與混凝土相比，鋼結(jié)構(gòu)較輕，適合運輸、裝配；另外鋼結(jié)構(gòu)適合于高強螺栓連接，便于裝配和拆卸。目前裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在國內(nèi)處于發(fā)展階段。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用現(xiàn)狀

1、國外應(yīng)用現(xiàn)狀
在日本，由于地震頻繁，有超過1/3的房屋使用鋼結(jié)構(gòu)，在住宅方面更是大量采用鋼結(jié)構(gòu)。到20世紀90年代末，日本裝配式住宅中木結(jié)構(gòu)占18%，混凝土結(jié)構(gòu)占11%，鋼結(jié)構(gòu)住宅占比達71%。

在美國，采用鋼結(jié)構(gòu)的住宅，目前占據(jù)的市場份額已超過40%。除了住宅以外，鋼結(jié)構(gòu)在多層酒店中也有較多應(yīng)用。

在澳大利亞，以冷彎薄壁輕鋼結(jié)構(gòu)體系為主的鋼結(jié)構(gòu)建筑建造量大約占全部新建住宅的50%。

2、國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀
根據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布的數(shù)據(jù)，2016年，房地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)房屋施工面積75.9萬㎡，其中，住宅施工面積52.1萬㎡，占比為68.6%。房屋新開工面積16.7萬㎡，其中，住宅新開工面積11.6萬㎡，占比為69.5%。截止至2016年，在我國民用建筑結(jié)構(gòu)體系中，鋼結(jié)構(gòu)體系占比僅為5%，且鋼結(jié)構(gòu)建筑還僅僅集中于高層、超高層建筑、大空間公共建筑與工業(yè)建筑中；普通辦公樓、學(xué)校、醫(yī)院等多高層公共建筑以及低層、多層及高層住宅中，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的非常少。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的政策支持

從國家政策層面看，以2013年全國建設(shè)工作會議為標志，首次提出“促進建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化”的發(fā)展要求，以建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級為目標。建筑工業(yè)化是實現(xiàn)這一目標的首選項，而其中的抓手即為裝配式建筑。

2013年1月1日，國務(wù)院辦公廳以國辦發(fā)〔2013〕1號《綠色建筑行動方案》，明確重點任務(wù)推動建筑工業(yè)化，推廣適合工業(yè)化生產(chǎn)的預(yù)制裝配式混凝土、鋼結(jié)構(gòu)等建筑體系，提高建筑工業(yè)化技術(shù)集成水平，支持集設(shè)計、生產(chǎn)、施工于一體的工業(yè)化基地建設(shè)，開展工業(yè)化建筑示范試點。

2014年5月4日，住建部發(fā)布《關(guān)于開展建筑改革發(fā)展試點工作的通知》，將建筑產(chǎn)業(yè)列入建筑改革發(fā)展試點工作。2014年7月1日，住建部發(fā)布《關(guān)于推進建筑業(yè)發(fā)展和改革的若干意見》，促進建筑業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，推動建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化。

2016年2月21日，國務(wù)院發(fā)布《中共中央國務(wù)院關(guān)于進一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》，其中第11條指出：力爭用10年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%。積極穩(wěn)妥推廣鋼結(jié)構(gòu)建筑。2016年9月30日，國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，指出要因地制宜發(fā)展裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)等裝配式建筑。

2017年2月24日，國務(wù)院辦公廳發(fā)布《國務(wù)院辦公廳關(guān)于促進建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》，指出要大力推廣智能和裝配式建筑，創(chuàng)新建筑方式。

2018年12月24日，全國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)工作會議在京召開，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部黨組書記、部長王蒙徽全面總結(jié)了2018年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)工作，并提出了2019年的工作要求：大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)等裝配式建筑，積極化解建筑材料、用工供需不平衡的矛盾，加快完善裝配式建筑技術(shù)和標準體系。

為了確保國家政策的落實，各省市也積極制定了各項配套政策。目前，全國已有 30 多個省市出臺了裝配式建筑專門的指導(dǎo)意見和相關(guān)配套措施，不少地方更是對裝配式建筑的發(fā)展提出了明確要求。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的技術(shù)發(fā)展

政策的支持促進了裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的技術(shù)發(fā)展，從結(jié)構(gòu)體系和圍護體系兩方面闡述現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展情況。

1、結(jié)構(gòu)體系
目前多高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)體系，傳統(tǒng)的有純框架、框架-支撐體系，新型的有集裝箱、鋼管束、鋼異形柱等。各類鋼結(jié)構(gòu)體系的特點如下。

純框架體系

圖1 純框架體系

該體系具有如下優(yōu)點：
可根據(jù)建筑功能的需求進行梁柱的靈活布置，可增加建筑使用空間的利用率。
自重較輕，材料延性好，有利于抗震。
構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸和現(xiàn)場的安裝快。

不足之處：
由于純鋼框架抗側(cè)力剛度較小，為了控制位移，構(gòu)件的截面很大。
鋼框架屬于有側(cè)移結(jié)構(gòu)，因此較難滿足高烈度地區(qū)對建筑抗震性能的要求，建筑層數(shù)及高度受限較嚴重。
變形較大，舒適度較差。

框架-支撐體系

圖2 框架-支撐體系

該體系具有如下優(yōu)點：
同純鋼框架建筑，可根據(jù)建筑功能的需求進行梁柱的靈活布置，而支撐可選擇設(shè)置在不影響建筑使用功能的位置，構(gòu)件截面尺寸更小，進一步增加建筑使用空間的利用率，同時降低了整體用鋼量。
由于支撐的存在，較純框架建筑，鋼框架支撐體系抗側(cè)力能力有顯著增加。柱長細比限制較純框架結(jié)構(gòu)有較大優(yōu)勢，截面尺寸可有效減小，建筑層數(shù)和建造高度有較大提升。
自重較輕，材料延性好，有利于抗震。

不足之處：
支撐布置受建筑功能的影響，不易找到合適布置位置。
構(gòu)件截面較大，對建筑功能產(chǎn)生一定影響。
支撐（大撐）布置位置零散，造成結(jié)構(gòu)剛度不均勻。

集裝箱體系

圖3 集裝箱體系

該體系具有如下優(yōu)點：
可像積木一樣將各個功能房間或戶型進行多樣的組合。
建設(shè)周期較短。
取材較容易。

不足之處：
抗震性能較低，連接及單體強度較難滿足高抗震設(shè)防烈度地區(qū)的高層建筑建設(shè)需求，適用于低、多層建筑。
集裝箱常規(guī)尺寸難以滿足國內(nèi)住宅市場對層高和房間開間的要求。
使用運輸行業(yè)淘汰的集裝箱，可能會由于自身質(zhì)量問題產(chǎn)生安全隱患，但使用新集裝箱進行改造成本較高。

鋼管束、鋼異形柱體系

圖4 鋼管束體系

圖5 鋼異形柱體系

該體系具有如下優(yōu)點：
采用鋼管束、鋼異形柱代替?zhèn)鹘y(tǒng)混凝土剪力墻，基本做到室內(nèi)不凸柱，在平面空間上最大化的服務(wù)于建筑。
同混凝土墻一樣，平面布置可跟隨建筑功能房間的需求靈活調(diào)整。
鋼管束剪力墻、鋼異形柱較常規(guī)混凝土墻柱，承載力和構(gòu)件延性更好，施工效率更高。

不足之處：
較常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)，用鋼量增大。
較常規(guī)鋼管混凝土柱，由于此類構(gòu)件空腔數(shù)量較多，截面較小，因此對混凝土作業(yè)的質(zhì)量要求更高，人工及材料成本有一定的上升。
組合截面在工廠生產(chǎn)過程中，在具備完整的機械化生產(chǎn)線前，人工及時間成本較高，且焊接次數(shù)較多，焊縫較多，質(zhì)量較難控制，同時檢測成本也相應(yīng)提高。
設(shè)計方法缺乏現(xiàn)行規(guī)范支持，設(shè)計工作需進行論證。

2、外圍護體系
裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑提倡采用非砌筑墻體，采用工廠預(yù)制墻板。根據(jù)圍護體系應(yīng)用位置，分為外墻、內(nèi)墻和分戶墻；根據(jù)圍護體系的構(gòu)成形式和主要構(gòu)成材料，分為預(yù)制混凝土墻板、輕鋼龍骨類復(fù)合墻板、輕質(zhì)條板和夾心板等。外墻板和內(nèi)墻板需分別滿足如表1所示性能。

目前常用的墻板有，預(yù)制混凝土復(fù)合墻板、輕鋼龍骨類復(fù)合墻板、灌漿墻、蒸壓加氣混凝土條板、金屬面板夾心墻板等。

預(yù)制混凝土復(fù)合墻板
由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)里層、保溫層和混凝土飾面層復(fù)合而成的承重或非承重的復(fù)合墻板。

圖6 預(yù)制混凝土復(fù)合墻板

優(yōu)點：集圍護、保溫和裝飾一體化，具有強度高、保溫隔熱性能好、材料耐久性好的特點。
不足之處：面密度較大、施工難度大、安裝效率較低。

輕鋼龍骨類復(fù)合墻板
以紙面石膏板、纖維增強水泥板等各種輕質(zhì)薄板為面層材料，以輕鋼龍骨為骨架，中間為空氣層或填充聚苯泡沫、巖棉等保溫吸聲材料的復(fù)合墻板。

圖7 輕鋼龍骨類復(fù)合墻板

優(yōu)點：具有質(zhì)量輕、現(xiàn)場全干法施工、施工便捷、保溫隔熱性好、易穿管線的特點。
不足之處：任意吊掛性、耐久性及抗撞擊性取決于面板材料，通常低于混凝土類材料。

灌漿墻
以輕鋼龍骨為骨架，兩側(cè)用纖維增強水泥板作為面層，然后在骨架與面層板形成的空腔內(nèi)灌注輕骨料混凝土，形成的實心復(fù)合墻體。

圖8 灌漿墻

優(yōu)點：與輕鋼龍骨類復(fù)合墻板類似，具有質(zhì)量輕、保溫隔熱性好、易穿管線的特點。
不足之處：現(xiàn)場存在濕作業(yè)、施工質(zhì)量較難控制。

蒸壓加氣混凝土條板
以水泥、石灰、硅砂等為主要原料再配置不同數(shù)量的鋼筋網(wǎng)片的一種輕質(zhì)多孔的墻板。

圖9 蒸壓加氣混凝土條板

優(yōu)點：具有質(zhì)量輕、耐火性能好、可加工性強、耐久性好的特點。
不足之處：強度較低、抗沖擊能力差，易破損，易出現(xiàn)干縮裂縫。

金屬面板夾心墻板
兩側(cè)用金屬面材料形成面層，中間夾以保溫隔熱材料的復(fù)合墻板。

圖10 金屬面板夾心墻板

優(yōu)點：多用于工業(yè)、公共建筑，具有施工便捷，可拆裝的特點。
不足之處：金屬面板不耐腐蝕，需采取措施提高其耐久性。

展望

目前，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展迎來了良好的機遇，因此，我們需要進一步加強裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的研究，主要體現(xiàn)在以下幾方面：設(shè)計理念的更新（建筑、設(shè)備、裝修、結(jié)構(gòu)等）；創(chuàng)新適合我國工業(yè)化建筑的多元化體系；加大相關(guān)應(yīng)用設(shè)計技術(shù)研究；與BIM技術(shù)、信息化技術(shù)的深度融合應(yīng)用；適合的施工機具及相應(yīng)施工工法；適合的質(zhì)量檢測技術(shù)、檢測設(shè)備、驗收技術(shù)研發(fā)；專業(yè)人員、產(chǎn)業(yè)工人的培育等。通過研究，推動裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國的推廣應(yīng)用，加快建筑生產(chǎn)的工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進程。

文章來源：設(shè)計管理（ID:jianzhushejiguanli）