談裝配式鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展和設(shè)計(jì)問題

李 響

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

談裝配式鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展和設(shè)計(jì)問題

李 響

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

論述了裝配式鋼結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，從梁柱連接與裝配工藝兩方面，分析了裝配式鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中所遇到的問題，指出裝配式鋼結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，應(yīng)用前景十分廣闊。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)，Conxtech結(jié)構(gòu)體系，裝配工藝，節(jié)能環(huán)保

0 引言

裝配式結(jié)構(gòu)是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的簡稱，將工廠中生產(chǎn)出來的預(yù)制構(gòu)件裝配而成的結(jié)構(gòu)。裝配式建筑具有施工周期短，節(jié)能減排，經(jīng)濟(jì)效益好的優(yōu)點(diǎn)，這是我國實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化的重要方式。鋼結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)高強(qiáng)等特點(diǎn)，可以輕松應(yīng)用于大跨度、高層建筑物中。由于其優(yōu)越的性能，目前在發(fā)達(dá)國家應(yīng)用較為廣泛；裝配式鋼結(jié)構(gòu)也是我國未來鋼結(jié)構(gòu)建筑的主要發(fā)展趨勢。

1 發(fā)展

1.1 國外的發(fā)展

國外的裝配式鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)于20世紀(jì)中期，其中較為發(fā)達(dá)的國家莫過于美國和日本。美國的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)是一種集成化技術(shù)，生產(chǎn)效率較高，并且依據(jù)一套標(biāo)準(zhǔn)化的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展迅速，并且以裝配式住宅為主。美國的Conxtech鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系作為一種新型的結(jié)構(gòu)體系適用于裝配化鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑，并且值得進(jìn)一步推廣使用。

日本作為一個(gè)多震國家，所需鋼結(jié)構(gòu)建筑物較多，而且日本建筑工業(yè)化發(fā)展較早，其裝配式鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展處于世界領(lǐng)先水平，我國目前較多研究都是向日本借鑒的。日本大和房屋工業(yè)株式會社的設(shè)計(jì)理念就是建筑工業(yè)化，輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋作為主攻對象進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，制造出來的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑提升建造速度并且可以幫助日本解決房屋不足的問題。裝配鋼結(jié)構(gòu)在日美兩國的應(yīng)用比例見表1。日本東京塔見圖1。

表1 裝配鋼結(jié)構(gòu)在日美兩國應(yīng)用比例 %

其他裝配式鋼結(jié)構(gòu)較為發(fā)達(dá)的國家有法國和瑞典等，法國是最早實(shí)行建筑工業(yè)化的國家，瑞典是建筑工業(yè)化最發(fā)達(dá)的國家，輕鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件占95%[1]。但是這些國家的裝配式鋼結(jié)構(gòu)還僅僅集中在低層建筑物上，高層建筑物的發(fā)展仍需進(jìn)一步研究。

1.2 國內(nèi)的發(fā)展

我國雖然產(chǎn)鋼量很多，但是目前的鋼結(jié)構(gòu)住宅相對于美國日本等發(fā)達(dá)國家來說仍然較少，所以說裝配式鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展可以擴(kuò)大鋼結(jié)構(gòu)建筑物的市場占有率，對我國冶金等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也起到了促進(jìn)的作用。我國在20世紀(jì)末期開始鼓勵(lì)用鋼，推動(dòng)了建筑工業(yè)化的發(fā)展。建設(shè)部也開始采取措施來推動(dòng)裝配式鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，比如說組織召開鋼結(jié)構(gòu)住宅研討會等。

我國目前具有代表性的裝配式鋼結(jié)構(gòu)示范項(xiàng)目有北新，遠(yuǎn)大和寶光集團(tuán)等，尤其遠(yuǎn)大集團(tuán)在360 h內(nèi)建造完成一座30層高的酒店的施工充分展現(xiàn)了建筑工業(yè)化的優(yōu)勢，也是我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展路上的里程碑。目前我國已經(jīng)建造完成的裝配式鋼結(jié)構(gòu)有長沙遠(yuǎn)大集成住宅，北京12層金寰公寓和在建的首都經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的12萬m2青年公寓等。但是其中的大部分建筑物都是層數(shù)較低的鋼結(jié)構(gòu)建筑物，我國目前應(yīng)用在高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑物中的主要是空腹梁支撐鋼框架結(jié)構(gòu)體系。

2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)勢

2.1 輕質(zhì)、高強(qiáng)

鋼結(jié)構(gòu)相對于傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)來說，有質(zhì)量較輕，抗拉性能好，強(qiáng)度大的優(yōu)點(diǎn)。并且由于其質(zhì)量較輕，所以抗震性能較好，比如說對于日本這個(gè)經(jīng)常地震的國家來說，鋼結(jié)構(gòu)所占比例較大，所以抗震能力較強(qiáng)。而且鋼材材質(zhì)較均勻，韌性好，不易變形，承載力高。

2.2 節(jié)能環(huán)保

裝配式建筑物的特點(diǎn)就是將工廠預(yù)制化的構(gòu)件運(yùn)到施工現(xiàn)場然后進(jìn)行組裝，由于其在工廠制作時(shí)都是標(biāo)準(zhǔn)化制作，誤差較少，不合格鋼材出現(xiàn)的概率較小，并且都是運(yùn)到現(xiàn)場進(jìn)行組裝，所以廢棄的混凝土、鋼材也很少，節(jié)省了較多能源。并且裝配式建筑也不會像傳統(tǒng)建筑那樣產(chǎn)生較大的粉塵，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，保護(hù)了環(huán)境。

2.3 經(jīng)濟(jì)性能良好

由于采用的都是預(yù)制化構(gòu)件，減少了施工現(xiàn)場腳手架、混凝土等能源費(fèi)用。而且其施工周期較短，所需施工人員少，勞動(dòng)強(qiáng)度低，所以降低勞動(dòng)成本，提升了競爭能力，綜合來說造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)效益高。

2.4 建造工期短、工作效率高

裝配式建筑的工廠預(yù)制與現(xiàn)場施工聯(lián)系較為緊密，各工種之間協(xié)調(diào)一致，整體效率較高，建造速度快，可以將工期縮短到1/2～1/3[2]。

3 設(shè)計(jì)時(shí)所遇問題

由于目前各國的地層裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)較為完善，所以以下主要分析高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)所遇問題。

3.1 梁柱連接問題

常見的高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系為Conxtech結(jié)構(gòu)體系和空腹梁支撐鋼框架結(jié)構(gòu)體系，二者均為框架結(jié)構(gòu)體系。構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)對一個(gè)結(jié)構(gòu)體系是否穩(wěn)定的影響主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)形式和受力情況上。對于Conxtech結(jié)構(gòu)體系來說，梁柱連接依靠在柱子的四個(gè)側(cè)面安裝楔形插頭，在梁端設(shè)置楔形插頭，保證梁柱能夠順利完成鎖定，最后依靠螺栓進(jìn)行進(jìn)一步穩(wěn)定。空腹支撐鋼架體系與其的不同就是梁柱構(gòu)件整合在樓蓋上，該連接構(gòu)件是一種帶有法蘭板的套管，這種連接構(gòu)件可以滿足建筑工業(yè)化中的標(biāo)準(zhǔn)化要求，節(jié)點(diǎn)連接可靠，滿足“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)要求(見圖2，圖3)[3]。

3.2 裝配工藝問題

裝配工藝從很大程度上決定了結(jié)構(gòu)的施工效率。對Conxtech結(jié)構(gòu)體系來說，它的梁與樓蓋板并不是一個(gè)整體，而且選擇的是現(xiàn)澆樓蓋板，所以裝配單元只有梁和柱兩個(gè)單元，二者通過連接構(gòu)件進(jìn)行裝配，由于該結(jié)構(gòu)體系各層的柱單元是整體，對于裝配鋼結(jié)構(gòu)來說施工較快，效率較高；空腹梁支撐鋼框架體系各層的柱子并不是一個(gè)整體，各層的柱子與其上的斜撐是一個(gè)裝配單元，梁板是另一個(gè)裝配單元，在工廠中預(yù)制化生產(chǎn)完成之后，運(yùn)到施工現(xiàn)場進(jìn)行組裝，每一層施工完成后的梁板結(jié)構(gòu)可以作為下一層施工時(shí)的作業(yè)平臺，這種施工方法可以減少高空作業(yè)，并且施工效率大大提高。空腹梁支撐鋼框架結(jié)構(gòu)體系見圖4。

4 結(jié)語

1)鋼結(jié)構(gòu)由于其自身優(yōu)越的性能，是目前最適合工業(yè)化生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)體系，具有良好的發(fā)展前景。2)我國目前的裝配式鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展較發(fā)達(dá)國家來說仍有很大的發(fā)展空間。3)雖然較低層裝配式鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展已經(jīng)形成了一條產(chǎn)業(yè)鏈，但是目前可以應(yīng)用于高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)的體系較少，有待進(jìn)一步研究發(fā)展。

[1] 張愛林.工業(yè)化裝配式多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵問題和發(fā)展趨勢[J].住宅產(chǎn)業(yè),2016(1)：99.

[2] 徐春財(cái).我國鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化研究[D].重慶：重慶大學(xué),2002.

[3] 張?jiān)偃A，舒興平，賀 冉.兩種多高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系及技術(shù)特點(diǎn)比較分析[J].建筑結(jié)構(gòu),2014，44(13)：110-111.

Discussion on the development and design matters of assembly-style steel structure

Li Xiang

(CollegeofCivilEngineering,NortheastUniversityofForestry,Harbin150040,China)

The paper discusses the development status of assembly-style steel structure at home and abroad, analyzes assembly-style streel structure design problems from two aspects of beam-column connection and assembly technology, and points out advantages of assembly-style steel structure, such as light weight, high strength, energy saving and environment protection and so on, which has wide application prospect.

assembly-style steel structure, Conxtech structure system, assembly technology, energy saving and environment protection

1009-6825(2017)03-0035-02

2016-11-19

李 響(1995- )，男，在讀本科生

TU391

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