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關(guān)于裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展的再思考

2019年02月02日

打印專業(yè)人士：林樹枝來源：綠色裝配式建筑產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟

專家簡介：林樹枝，工學博士，教授級高級工程師。現(xiàn)任廈門市建設局巡視員、副局長，兼任廈門市軌道交通建設總指揮部副總指揮。住房和城鄉(xiāng)建設部“全國超限高層建筑抗震設防審查專家委員會”成員，中國建筑學會建筑結(jié)構(gòu)分會常務理事。

超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑

主要結(jié)構(gòu)類型

1）大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)：主要包括網(wǎng)架、網(wǎng)殼、桁架、索-膜結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)類型，用于體育場館、會展中心、航站樓、機庫等。

2）低層輕型鋼結(jié)構(gòu)：主要用于輕型的工業(yè)廠房、倉庫、超市、活動房屋、住宅等。

3）多高層、超高層鋼結(jié)構(gòu)：主要用于住宅和辦公建筑等。

主要結(jié)構(gòu)體系

1）鋼結(jié)構(gòu)體系，采用鋼框架+鋼支撐，或者鋼框架+鋼支撐+鋼板剪力墻。為了減少側(cè)移可以加上約束屈曲支撐、阻尼器。

2）高層辦公建筑，或公共建筑，采用鋼結(jié)構(gòu)體系，外加石幕墻、金屬幕墻、玻璃幕墻，技術(shù)上已很成熟。

3）工業(yè)建筑，采用大跨度鋼結(jié)構(gòu)，已經(jīng)很普及。

4）外圍護采用幕墻結(jié)構(gòu)的高檔鋼結(jié)構(gòu)住宅（住宅公建化），在技術(shù)上已經(jīng)沒有問題，但這類高層住宅，造價高，工程項目并不多。

工業(yè)化建造特色明顯

①真正具有裝配式建筑天然優(yōu)勢的是鋼結(jié)構(gòu)。

②適合工廠化生產(chǎn)，在現(xiàn)場裝配焊接，能熔成一體，保持了結(jié)構(gòu)的整體性。

③能滿足多種建筑高度、多種建筑平面的需要。

④能與非承重輕質(zhì)墻體材料配套使用，施工安裝工業(yè)化程度高。

⑤構(gòu)件制作精度高，施工吊裝速度快。

標志性鋼結(jié)構(gòu)建筑

中國多個具有標志性的知名建筑都是鋼結(jié)構(gòu)建筑，“鳥巢”、國家大劇院、中央電視臺、世界最大天文望遠鏡FAST等…… ，憑借著綠色化、可持續(xù)、強度高、抗震能力強等天然優(yōu)勢，鋼結(jié)構(gòu)建筑如雨后春筍，蓬勃興起。

鋼結(jié)構(gòu)公共建筑

大跨度鋼結(jié)構(gòu)在體育館、會議展覽中心、車站、候機樓等大空間公共建筑中的應用越來越多，鋼結(jié)構(gòu)已從一種結(jié)構(gòu)設計理念變成一種建筑思潮。鋼結(jié)構(gòu)成為展現(xiàn)優(yōu)美建筑景觀的重要手段。

鋼結(jié)構(gòu)公共建筑大量興起，離不開鋼結(jié)構(gòu)固有的天然優(yōu)勢。鋼結(jié)構(gòu)整體性好、施工速度快、工期短，構(gòu)件加工精度高、安裝尺寸精準。若建筑方案追求大膽創(chuàng)意和獨特造型，結(jié)構(gòu)體系非鋼結(jié)構(gòu)莫屬。

鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑

工業(yè)廠房

廈門的典型工程實例

超高層辦公建筑

全鋼結(jié)構(gòu)建筑，地下5層，地上39層，建筑總高度192m。特點：①跨度大、柱網(wǎng)稀、凈空高；②結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面小，有效使用面積大；③視野開闊、物業(yè)品質(zhì)高；④鋼結(jié)構(gòu)吊裝速度快；⑤逆作法施工，節(jié)省工期。

廈門財富中心

全國最高的全鋼結(jié)構(gòu)住宅大樓。5幢，62層，建筑高度258米

廈門帝景苑

住宅公建化：高檔內(nèi)外裝修，外圍護全部采用幕墻。主體結(jié)構(gòu)可以是純鋼結(jié)構(gòu)，外圍護采用幕墻，但造價高，這類高層鋼結(jié)構(gòu)住宅項目并不多。

廈門帝景苑

把鋼結(jié)構(gòu)推廣應用到高層辦公建筑、大型公共建筑、大跨度工業(yè)建筑，甚至是高端住宅建筑（住宅公建化）、高端酒店建筑，在技術(shù)上已經(jīng)基本沒有問題，外圍護墻體可以用幕墻解決。可以做到建筑物具有良好的采光通風、隔音隔熱、綠色節(jié)能、舒適環(huán)保，同時外圍護結(jié)構(gòu)還可做到抗震抗風、不滲不漏。

高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的建造優(yōu)勢

1）總的結(jié)構(gòu)造價增加較少。除了材料直接費用外，勞動力成本降低、施工模板減少等間接經(jīng)濟效益也明顯。

2）提高結(jié)構(gòu)性能。結(jié)構(gòu)構(gòu)件勻質(zhì)性好，使各構(gòu)件受力均勻合理，確保結(jié)構(gòu)的安全可靠。結(jié)構(gòu)斷面明顯減小，減輕了結(jié)構(gòu)自重，有利于結(jié)構(gòu)抗震，節(jié)省地基基礎成本。

3）提高建筑使用空間。總建筑面積和建筑總高度不變，由于減小了構(gòu)件尺寸，而增大了使用面積。

4）縮短施工周期。機械化施工，可以大大縮短施工周期。地下室可用逆作法施工，可進一步縮短工期。

綿陽市九州體育館

鋼結(jié)構(gòu)由于抗震性能優(yōu)越，地震來臨時，可作為理想的應急避難場所。

鋼結(jié)構(gòu)建筑的建造效率還有提升空間

1）盡量采用鋼框架-支撐體系作為鋼結(jié)構(gòu)建筑的主導抗側(cè)力體系，抗側(cè)剛度由支撐提供，采用這樣的體系，要比鋼框架-鋼筋砼筒體、鋼框架-鋼筋砼剪力墻體系的裝配效率高很多。

2）為提高構(gòu)件加工效率，應盡可能采用軋制型鋼以及成品型材，以減少使用焊接型鋼。

3）為了提高裝配效率，應盡可能采用現(xiàn)場全螺栓連接，千方百計減少現(xiàn)場焊接的工作量。

4）構(gòu)件設計要標準化，以減少構(gòu)件的品種和規(guī)格，降低制作和安裝的成本。

普通鋼結(jié)構(gòu)住宅--鋼結(jié)構(gòu)推廣應用的瓶頸

普通鋼結(jié)構(gòu)住宅就存在較多問題，鋼結(jié)構(gòu)本身并沒有任何技術(shù)難點，問題出在鋼結(jié)構(gòu)住宅的其他配套技術(shù)不完善，鋼結(jié)構(gòu)與外圍護系統(tǒng)、管線設備系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)等的匹配方面，仍有較多問題需要解決，鋼結(jié)構(gòu)住宅在國內(nèi)無法迅速推廣的原因是，外圍護系統(tǒng)、管線設備系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)等沒有統(tǒng)一的規(guī)范、標準，企業(yè)的標準體系也各不相同。

鋼結(jié)構(gòu)住宅并非用鋼材代替混凝土作為受力結(jié)構(gòu)體系如此簡單，開發(fā)鋼結(jié)構(gòu)住宅所面臨的主要問題在于，采用怎樣的材料和體系（包括樓板、墻體、廚衛(wèi)等），才能與鋼結(jié)構(gòu)住宅相配套，從而用戶在使用時不會出現(xiàn)問題。鋼結(jié)構(gòu)住宅設計和施工技術(shù)已經(jīng)較為成熟和完善，但樓板、墻板等的配套體系仍存在諸多問題尚未解決。樓板應具有較大的平面剛度和隔聲效果，且施工應當方便快捷；外墻必須具備防潮、防濕、隔熱、保溫、防裂、防火等功能；內(nèi)墻應具有隔聲效果，并能靈活地安裝與拆卸；廚衛(wèi)設施也應該標準化設計。鋼結(jié)構(gòu)還有防火防腐問題。

高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的配套體系

裝配式內(nèi)外裝系統(tǒng)

在工廠預制好地板、墻板、頂板的面層，制作好地面、墻面、頂面所需要的組件，再運到現(xiàn)場進行組裝嵌掛。可歸結(jié)為：集成地面系統(tǒng)、集成墻面系統(tǒng)、集成吊頂系統(tǒng)。再加上：集成設備與管線系統(tǒng)，以及門窗幕墻、集成衛(wèi)浴、集成廚房、智能家居等系統(tǒng)，就構(gòu)成完整的裝配式內(nèi)外裝系統(tǒng)。

1.標準化設計：建筑設計與裝修設計一體化模數(shù)，BIM模型協(xié)同設計；驗證建筑、設備、管線與裝修零沖突。

2.工業(yè)化生產(chǎn)：產(chǎn)品統(tǒng)一部品化、部品統(tǒng)一型號規(guī)格、部品統(tǒng)一設計標準。

3.裝配化施工：由產(chǎn)業(yè)工人現(xiàn)場裝配，通過工廠化管理規(guī)范裝配動作和程序。

4.信息化協(xié)同：部品標準化、模塊化、模數(shù)化，從測量數(shù)據(jù)與工廠智造協(xié)同，現(xiàn)場進度與工程配送協(xié)同。

裝配式外裝

預先做電腦模擬預拼裝

裝配式幕墻的特征：

1）利用專業(yè)的工廠設備和生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)幕墻的結(jié)構(gòu)、保溫防水、外裝飾一體化的大板塊在工廠組裝完成。

2）大板塊組件在項目現(xiàn)場與主體結(jié)構(gòu)經(jīng)過簡便的連接固定就可以完成幕墻的安裝。

3）分格構(gòu)造有規(guī)律，板塊模數(shù)統(tǒng)一。

4）單元式玻璃幕墻本身就是裝配式建筑幕墻。

裝配式內(nèi)裝

①墻體與管線分離。建筑結(jié)構(gòu)的使用年限在70年以上，而內(nèi)裝部品和設備的使用壽命多為10年到20年左右。在建筑物的使用壽命期間內(nèi)，最少要進行兩到三次的內(nèi)裝改造施工。要把壽命短的部品和設備，與主體結(jié)構(gòu)徹底分離，以利于日后設備管線的日常維護檢修。

②公共管井與板上同層排水。在公共樓道部分設置公共管道井，盡可能地將排水立管安裝在公共空間部分。再通過橫排水管將室內(nèi)排水連接到管道井內(nèi)。在室內(nèi)采用同層排水技術(shù)也就是將部分樓板降板，實現(xiàn)板上排水。

③冷熱水分別設計與計量。冷熱水管不埋入主體結(jié)構(gòu)。

④新風負壓式換氣裝置，安裝在裝配式吊頂內(nèi)。

⑤裝配式整體浴室，接入冷熱水管，實現(xiàn)同層排水。

外掛PC整體解決方案

潤泰外掛PC 重慶項目

集成裝修系統(tǒng)：住宅精裝修+裝配式部品部件

高層鋼結(jié)構(gòu)住宅一次性裝修到位，實現(xiàn)住宅裝修產(chǎn)業(yè)化。杜絕每家業(yè)主自行進行居室裝修時，野蠻施工釀成的建筑物安全隱患。對高層住宅，可避免因二次裝修時間差造成的不同用戶之間的作息影響，消除由于二次裝修而形成的空氣粉塵污染源。商品住宅一次性裝修到位，通過建筑材料的集團采購，還會降低裝修成本。

國內(nèi)的毛坯房是一種怪胎：

商品住宅作為一種商品，在還沒有做成成品之前就被推向市場。國內(nèi)很多城市，只銷售毛坯房，而毛坯房僅能算是一種半成品。汽車、家用電器、服裝等商品都要制成成品甚至是精品才推向市場，只有商品住宅是例外。國內(nèi)的這一做法，讓許多境外開發(fā)商不能理解。開發(fā)商（專業(yè)制造商）把半成品（毛坯房）賣給住戶（外行），由這個外行再去搞精裝修，這在國外簡直是不可思議。更不可思議的是，部分原來推行商品房一次性裝修到位的城市，還想回潮到毛坯房。商品住宅應從家庭作坊式的裝修走向?qū)I(yè)化，由專業(yè)開發(fā)商從建造到裝修一次性開發(fā)到位。按照這一模式，不同的專業(yè)開發(fā)商可以向市場提供大量的品種多樣、風格各異的成品房，住戶通過充分的比選，就能按自己的意愿挑選到滿意的住房。這是住宅精品化的要求，也是與國際接軌的需要。

精裝部品部件——玄關(guān)

精裝部品部件——客廳/餐廳

精裝部品部件——廚房

精裝部品部件——臥室

精裝部品部件——衛(wèi)生間

精裝部品部件——陽臺

整體廚房

整體衛(wèi)浴

住宅室內(nèi)裝修，可衍生出集設計、制作、安裝、裝修、整體廚衛(wèi)為一體的集成住宅產(chǎn)業(yè)，工廠化生產(chǎn)，工地現(xiàn)場安裝。

大力發(fā)展各類鋼結(jié)構(gòu)住宅

①鋼結(jié)構(gòu)住宅包括各類高層、超高層住宅，城鎮(zhèn)低多層鋼結(jié)構(gòu)房屋。我國這類鋼結(jié)構(gòu)房屋規(guī)模偏小，每年建設量僅占房屋新建面積的不足2%。

②在城市密集區(qū)，由于土地稀缺，適宜推廣超高層鋼結(jié)構(gòu)住宅。

③汶川地震時，農(nóng)村災區(qū)房屋損毀最嚴重。主要是存在大量沒有抗震設防的房屋。為了從根本上徹底解決這一問題，應借鑒歐美等發(fā)達國家的經(jīng)驗，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村，積極推廣輕鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)等抗震性能優(yōu)良的結(jié)構(gòu)體系。輕鋼結(jié)構(gòu)，抗震能力強。可重點推廣集設計、制作、安裝、裝修、整體廚衛(wèi)為一體的輕鋼集成住宅。

歐美多采用鋼、木結(jié)構(gòu)建設住宅。木結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)，抗震能力強。

中國大量采用磚混結(jié)構(gòu)、或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建造住宅，重量大，地震力也大，加上施工質(zhì)量難于確保，地震時，住宅垮塌較多。

汶川地震前四川綿竹市遵道鎮(zhèn)鵬花村

汶川地震后四川綿竹市遵道鎮(zhèn)鵬花村

國內(nèi)采用磚混結(jié)構(gòu)建設住宅，建設標準低，抗震性能不好，未來也難于做功能性改造。磚墻承重，也不符合國家的墻改方向。因此，經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)或條件允許的地區(qū)，應淘汰磚混結(jié)構(gòu)。

實心粘土磚的生產(chǎn)要挖地取土，對耕地造成很大破壞。磚窯燒制，污染非常嚴重。因此，全國城市、縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村全面限制使用黏土制品，禁止使用實心粘土磚。磚混結(jié)構(gòu)已走到了盡頭，從城市、到鄉(xiāng)鎮(zhèn)、再到農(nóng)村，逐步被淘汰。

環(huán)保風暴 | 砂石行業(yè)禁采、停產(chǎn)

1）2018年7月15日，住房城鄉(xiāng)建設部、公安部、自然資源部、生態(tài)環(huán)境部、交通運輸部、水利部、商務部、國家市場監(jiān)管總局八部門近日聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于開展治理違規(guī)海砂專項行動的通知》，決定在沿海、沿長江有關(guān)省(區(qū)、市)開展治理違規(guī)海砂專項行動。

2）水利部發(fā)布《關(guān)于開展全國河湖“清四亂”專項行動的通知》。決定自2018年7月20日起，用1年時間，在全國范圍內(nèi)對亂占、亂采、亂堆、亂建等河湖管理保護突出問題開展 “清四亂”專項行動。

3）大部分省市出臺非常嚴厲的政策規(guī)定，加強砂石礦山資源開發(fā)管理。大面積劃定砂石禁采區(qū)，嚴格控制砂石礦山數(shù)量，對不符合環(huán)保要求的礦山實施關(guān)閉停產(chǎn)。

砂石供應緊張，商品混凝土生產(chǎn)成無米之炊，全國商品混凝土生產(chǎn)產(chǎn)量會逐年下降，建筑鋼結(jié)構(gòu)的應用將成為大勢所趨。

大城市適宜推廣高層鋼結(jié)構(gòu)住宅

超高層住宅：在城市密集區(qū)，由于土地稀缺，適宜推廣超高層鋼結(jié)構(gòu)住宅。

紐約中央公園

紐約中央公園外景

紐約中央公園內(nèi)景

在鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村適宜推廣輕鋼集成住宅

住宅建設可衍生出集設計、制作、安裝、裝修、整體廚衛(wèi)為一體的集成住宅產(chǎn)業(yè)，工廠化生產(chǎn)，工地現(xiàn)場安裝。應加大輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的推廣力度。將輕鋼住宅發(fā)展成為集成住宅市場的主力。

輕鋼集成住宅體系

輕鋼集成住宅：以冷彎薄壁型鋼構(gòu)件為結(jié)構(gòu)骨架，采用工廠化生產(chǎn)的板材集成裝配。截面小、自重輕，使用面積可提高5-10%。還可顯著降低基礎造價。建筑造型獨特，室內(nèi)布置靈活，抗震性能好，綠色低碳。

輕鋼集成住宅體系

工廠化定制現(xiàn)場裝配

安全放心

舒適宜居

建筑的發(fā)展方向是鋼結(jié)構(gòu)

1）鋼結(jié)構(gòu)性價比好，特別適用于高層建筑、大跨度建筑、大懸挑建筑、高聳建筑。和傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、抗震性能好、工期短、易修復、基礎造價低、材料可回收和再生，節(jié)能、省地、節(jié)水等優(yōu)點。推動鋼結(jié)構(gòu)在建筑中的應用，是綠色建筑發(fā)展的迫切需要。從建筑的全壽命周期考慮，鋼結(jié)構(gòu)使用壽命結(jié)束后，拆下來的鋼材可再循環(huán)使用，減少建筑垃圾，符合循環(huán)經(jīng)濟的原則，是對城市環(huán)境影響最小的一種結(jié)構(gòu)形式。

2）推動鋼結(jié)構(gòu)在建筑中的應用，將使建筑業(yè)從傳統(tǒng)作業(yè)方式向現(xiàn)代化施工模式提升。鋼結(jié)構(gòu)在工廠進行標準化制作，在施工現(xiàn)場快速拼裝，使建造過程無噪音，無大氣污染，無污水排放。這是對傳統(tǒng)建造模式的重大變革，可明顯改善施工環(huán)境，大大提高作業(yè)功效，顯著縮短施工周期。

結(jié)束語：

1）我國是產(chǎn)鋼大國，但不是鋼結(jié)構(gòu)應用強國。建筑鋼結(jié)構(gòu)用材占全國鋼材總產(chǎn)量不足6%，與發(fā)達國家占50-60%的比重相比，還有很大的差距，也就是說，鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展還有很大的空間。

2）隨著政府對建筑鋼結(jié)構(gòu)應用的鼓勵和扶持，特別是我國經(jīng)濟持續(xù)高速增長，高度高、規(guī)模大、跨度長、造型特的高層建筑、公共建筑、工業(yè)建筑等大批建設項目待建，為建筑鋼結(jié)構(gòu)提供了廣闊的應用前景。

3）鋼結(jié)構(gòu)建筑是綠色建筑的主要代表，為了節(jié)能減排、綠色環(huán)保，減輕建筑在建造、使用、拆除的全生命周期內(nèi)對環(huán)境資源的壓力，為了材料的可循環(huán)、再利用，更為了可持續(xù)發(fā)展，推廣應用鋼結(jié)構(gòu)已越來越成為全社會的共識。

4）鋼結(jié)構(gòu)研發(fā)投入逐年增加，鋼結(jié)構(gòu)應用的關(guān)鍵技術(shù)難題不斷被攻克。國內(nèi)多家設計研究機構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)制造企業(yè)，在解決鋼結(jié)構(gòu)住宅應用瓶頸方面，有了突破性進展，逐步為高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的大面積推廣應用掃清了障礙。建筑鋼結(jié)構(gòu)迎來了大規(guī)模推廣應用的春天。

(責任編輯：何雯麗)