裝配式鋼結構建筑圍護結構體系研究

李其廉 仇紫璇 溫紅廣

(河北科技大學建筑工程學院，河北 石家莊 050018)

預制裝配式建筑即集成房屋是將建筑的部分或全部構件在工廠預制完成，然后運輸到施工現場將構件通過可靠的連接方式組裝而建成的房屋[1]。近年來，我國城市建設發展迅速，高層建筑逐步增加，我國大力實施創新驅動戰略，促進鋼結構產業化供給側改革。裝配式鋼結構建筑在我國歷經多年的發展，具有空間布置靈活，綠色環保、可持續發展，自重輕、承載力高，質量優良、抗震性能好，建設簡易、施工工期短以及經濟適用等特點。

在我國裝配式鋼結構建筑發展中，建筑的圍護結構體系既要滿足輕質的要求，又要有足夠的強度和剛度，達到綠色節能的效果，滿足密封性能、熱工性能、隔聲性能、裝飾性能的要求[2]，所以進行建筑樓面及圍護結構體系的研究，對于裝配式鋼結構的發展尤為重要。

1 圍護結構體系國內外發展優勢

1.1 國外發展優勢

國外裝配式鋼結構住宅的各項技術比較成熟完善，以墻體為代表的圍護體系也不例外[3]。裝配式鋼結構建筑在美國發展已較為成熟，鋼結構建筑成功應用于住宅、工業及公共設施領域。日本的鋼結構住宅占七成以上的建筑市場份額，在日本的圍護結構中，樓面板為鋼筋混凝土疊合現澆板，外墻板采用ALC板，內墻板采用強化石膏板。新加坡大力推進裝配式建筑，新加坡建設局采用Mech-c and PIP計劃，最高可獎勵采用先進技術的企業20萬新幣，目前我國的海南省在裝配式施工階段也采用此計劃。

1.2 國內發展優勢

2017年住房城鄉建設部發布《裝配式鋼結構建筑技術標準》，為裝配式鋼結構建筑提供了合理的發展條件。鋼結構建筑的特點就是適合工廠化進行生產，裝配式鋼結構建筑的圍護結構構件可以在工廠內制作，減少工人在工地的現場制作，提高了工程質量，節約了施工現場的場地，便于施工現場文明施工，有利于現場的安全管理。在建造的過程中產生的垃圾和噪聲污染大大減少，促使各類環境問題得到有效的緩解，符合可持續發展。此外，圍護結構構件使用的材料可以實現再循環利用，減少資源的浪費，體現了我國提倡的綠色環保理念。對于圍護結構體系來說，裝配式樓板和墻板可以大大地節省空間，提高建筑物的凈高，創造更多的空間，結構布置也更加靈活。

2 裝配式鋼結構樓(屋)面板體系

樓面板在裝配式鋼結構建筑物中主要承受由樓板自重和活荷載組成的豎向荷載以及傳遞水平荷載，樓板應具有足夠的強度、剛度和穩定性。裝配式鋼結構的樓板應與結構體系要求相適應，達到工業化、標準化生產，并減輕自重。屋面板除要滿足樓面板防水、隔聲等使用功能外，還需要抵御外部環境的侵襲，如雨、雪和風等，并達到保溫隔熱的效果。裝配式鋼結構建筑的樓面板形式選用主要從抗震設防烈度、建筑高度、裝配化和造價等考慮，目前我國采用的樓面板類型主要有壓型鋼板組合樓板、鋼筋桁架樓承板、現澆混凝土樓板和預制混凝土疊合樓板。

壓型鋼板組合樓板是由鋪設在鋼梁上的凹凸薄鋼板與現澆混凝土結合而成，鋼梁有圓柱頭栓釘，可以對樓板的整體性進行加強。壓型鋼板組合樓板可達到裝配式鋼結構建筑的要求，施工效率快，但濕作業較大，適用于樓層凈高小的裝配式建筑，造價產生較高。

鋼筋桁架樓承板是由鋼桁架與底模鋼板焊接成一體的樓板，鋼桁架是由樓板底部鋼筋在工廠加工而成。樓面板施工效率快，一定程度上減少現場鋼筋綁扎的數量，不需要做防火與防腐，適用于低層工業裝配式建筑，但濕作業量較大，不易于開洞，設備安裝麻煩，需嚴格把控節點焊接質量。

現澆混凝土樓板在工程中應用最廣，可以直接應用在裝配式鋼結構建筑中，其施工技術簡單，成本低廉，便于設備的管道鋪設，但無裝配化，自重大，施工效率較其他三種樓面板低，進而導致工期加長。

預制混凝土疊合樓板是由工廠預制板與現澆混凝土層組合而成。預制混凝土疊合樓板較其他三種樓板形式的濕作業量少，樓板剛度大，且造價適中，但疊合樓板密拼板縫處理技術及疊合樓板四周不出筋技術為施工主要難題[4]。

樓面板的設計分為施工階段和使用階段，在兩階段的計算中，應參考現行GB 50010混凝土結構設計規范和JGJ 138組合結構設計規范，按承載能力極限狀態驗算強度和正常使用極限狀態驗算變形，做好組合樓板的設計與計算。四種類型的樓面板各有優勢，不論采用哪種都需要確保樓板可以與鋼結構較好的連接，連接節點問題不容忽視，并且保證樓板的整體性。

3 裝配式鋼結構外墻板體系

裝配式鋼結構外墻板圍護系統是重要的組成部分，外墻板的裝配化是考核裝配式建筑的關鍵[5]。國家“墻改”政策的實施，推動了新型墻體的研發，這個“新型”主要在兩方面，一方面是新材料，另一方面是新的墻體連接技術，外墻板應重點考慮與鋼結構主體的配合，突出新材料和新型節點連接方式的優勢。

在裝配式鋼結構建筑中，外墻類型主要有預制砌塊、預制條板、輕鋼龍骨大板和輕質混凝土復合大板四類。預制砌塊裝配化低，濕作業量大且施工效率低，主要有輕質加氣混凝土砌塊和混凝土小型空心砌塊；預制條板裝配化一般，會有部分濕作業且施工效率較高，但國內預制條板的種類較少，技術落后；剩余兩種類型外墻裝配化高，兩者的濕作業量不多，但輕質混凝土復合大板是由兩種以上材料結合而成，較輕鋼龍骨大板有相對高的抗彎承載力和高度，保溫性能更優越。

在我國應用較多的裝配式外墻板有輕質蒸壓加氣混凝土板(NALC板)、玻璃纖維增強水泥板(GRC板)、輕質水泥發泡夾心板、鋼絲網架水泥聚苯乙烯夾芯板、鋼筋混凝土絕熱材料復合墻板、金屬復合板和輕鋼龍骨組合板，其中NALC板技術比較成熟，在國內應用最廣，被列為“國家住宅建設推薦產品”。裝配式外墻板在設計時，必須符合規范的相關規定。

4 裝配式鋼結構內墻板體系

裝配式鋼結構內墻板主要采用的是無機非金屬墻板，內墻板分為分戶墻和內隔墻，它可替代由空心磚或混凝土砌塊組成的非承重墻，達到更好的分室分戶的作用。裝配式內墻板的主要優點是強度高、綠色環保、造價低、施工效率高、隔聲性能和防火性能好。

在我國應用較多的裝配式內墻板有植物纖維復合隔墻、空心石膏板隔墻和粉煤灰泡沫水泥墻板。植物纖維復合隔墻輕質環保，施工速度快，墻體表面極其平整，較適合商業店鋪、酒樓、KTV等調整布局頻繁的場合。空心石膏板隔墻能起到調節室內空氣中濕度的作用，構造簡單，便于加工與安裝。粉煤灰泡沫水泥墻板是國家鼓勵發展的新型墻體材料，在缺乏輕質集料的地區作用顯著，具有明顯的技術、經濟和環境效益。

5 結語

目前圍護體系還存在一些問題，比如樓(屋)層板采用現場澆筑較多，但現場澆筑的樓層板耗時，并且也比較重，裝配式樓板除自重問題外還有施工問題，安裝水平較差，施工粗放式管理，導致板縫間誤差太大，后期彌補困難；外墻板組合材料的保溫性能還需進一步研究；圍護結構體系中的連接技術問題是關鍵，內外墻板的連接形式復雜，連接類型多，不能達到規范統一，連接后與主體結構的細節部分處理復雜，施工技術不先進，時間長久可能會滲漏和開裂。企業和高校科研機構應對連接技術問題深入研究并完善相應設計理論，為推動我國裝配式鋼結構建筑發展提供有力支撐。

經過對我國裝配式鋼結構建筑的樓(屋)面體系、外墻板體系、內墻板體系進行系統分析，列出了當前應用較多的樓板和內外墻板的類型及優點。裝配式鋼結構建筑既可實現建筑節能減排，又符合可持續發展的要求，加速我國裝配式鋼結構實現工業化、綠色化、標準化制作的目標，推動綠色建筑事業和建筑行業產業化的發展。