鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的發(fā)展及技術(shù)體系特點(diǎn)

引言2020年一場(chǎng)突如其來(lái)的“新冠”疫情打亂了人們?cè)镜恼Ｉ?，也將裝配式建筑這個(gè)新的建筑體系帶入了人們的視野，在全國(guó)人民的見(jiàn)證下，建筑單位在短短十日內(nèi)完成了火神山的建設(shè)、十八日之內(nèi)完成了雷神山的建設(shè)；2021年初，河北石家莊的疫情，裝配式集成房屋再一次發(fā)揮巨大的作用，僅僅幾日，3000套集成房屋拔地而起，凸顯了鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的巨大作用，同時(shí)也讓人們逐漸了解鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑。鋼結(jié)構(gòu)在居住類房屋建筑中的發(fā)展應(yīng)用，需要具有較高的技術(shù)水平，與傳統(tǒng)鋼筋混凝土的建筑相比，鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的工程造價(jià)相對(duì)較高，但因其在相同條件下占地面積較小，得房率高[1]，施工速度快，受環(huán)境因素影響較小等多重優(yōu)點(diǎn)而逐漸被接受。特別是國(guó)內(nèi)的一些大中型城市，因人口密度大[2]、土地稀缺等因素，多采用高層鋼結(jié)構(gòu)建筑，這也是我國(guó)工業(yè)化發(fā)展的必然趨勢(shì)[3]。同時(shí)建筑用鋼構(gòu)件、PC預(yù)制構(gòu)件等均由預(yù)制生產(chǎn)廠家在工廠內(nèi)完成下料、切割機(jī)焊接、澆筑、養(yǎng)護(hù)等，達(dá)到齡期后運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，為后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)工作提供了極大的便利。該種建造方式不受季節(jié)的影響，全年均可正常施工，省去了現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)的時(shí)間，無(wú)需按跳倉(cāng)等工序，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)施工，大大縮短了工期。并且就建筑的功能性而言，因鋼結(jié)構(gòu)裝配式具有重量輕、強(qiáng)度高、抗震性能好、易于加工等特點(diǎn)，也更易于被開(kāi)發(fā)者采用。1、鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)1996年開(kāi)始成為全球鋼材生產(chǎn)量第一的國(guó)家，此后鋼材產(chǎn)量更是不斷增加，然而用鋼量卻很有限，導(dǎo)致產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩。國(guó)內(nèi)當(dāng)時(shí)采用較為傳統(tǒng)的建造方式，建筑中含鋼量只是總鋼材量的4%，但當(dāng)時(shí)發(fā)達(dá)國(guó)家總的用鋼量為30%，而國(guó)內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)也僅占鋼材總量的5%，遠(yuǎn)低于其他發(fā)達(dá)國(guó)家。因此，國(guó)家出臺(tái)多項(xiàng)利好政策鼓勵(lì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，消耗過(guò)剩鋼材產(chǎn)能。2016年國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)在政府工作報(bào)告中提出了要大力推廣綠色建筑和綠色建筑材料，積極倡導(dǎo)推進(jìn)裝配式建筑和鋼結(jié)構(gòu)建筑，同時(shí)要提高裝配式領(lǐng)域的規(guī)范等[4]。這是國(guó)家首次在政府層面提出發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)建筑的工作報(bào)告，隨后幾年，越來(lái)越多的省市、自治區(qū)頒布相關(guān)政策，鼓勵(lì)建筑單位應(yīng)用裝配式建造的方式開(kāi)展建設(shè)工作。2020年河北、浙江、四川、山西、云南等多個(gè)省市陸續(xù)出臺(tái)關(guān)于推動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑發(fā)展的政策，其中河北省政策指出要開(kāi)展為期3年的建設(shè)試點(diǎn)，建設(shè)不少于5萬(wàn)平方米的鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑，建設(shè)中要著重提高建筑的品質(zhì)，大力開(kāi)展應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)裝配式的部品部件和節(jié)點(diǎn)技術(shù)[5]。

1.2國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀20世紀(jì)70年代，裝配式建筑形式開(kāi)始應(yīng)用于美國(guó)。1976年，美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)了《國(guó)家工業(yè)住宅建設(shè)和安全法案》。同年，國(guó)會(huì)制定了一套更為嚴(yán)格的規(guī)范，目前也在應(yīng)用。如今美國(guó)的裝配式建筑不僅注重住宅的品質(zhì)，在性能方面也做出了很多關(guān)注。德國(guó)的裝配式房屋建筑體系，主要應(yīng)用剪力墻、混凝土、組合板等，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)具有較好的強(qiáng)度和耐久性能，并且德國(guó)是目前推進(jìn)低能耗建筑速度最快的國(guó)家，走在了大部分國(guó)家的前列。英國(guó)正大力推進(jìn)裝配式建筑的發(fā)展。政府指出要努力提升施工現(xiàn)場(chǎng)的發(fā)展，減低生產(chǎn)成本，提升裝配率，節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間，提高建筑品質(zhì)及安全性能，最后增加產(chǎn)出利潤(rùn)率10%；通過(guò)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，強(qiáng)化組織和工業(yè)生產(chǎn)。1968年，日本提出了預(yù)制房屋的概念。1990年，日本引進(jìn)了中高層住宅生產(chǎn)體系，采用構(gòu)件化、工業(yè)化的生產(chǎn)模式，生產(chǎn)效率高，住宅內(nèi)部結(jié)構(gòu)多變，適應(yīng)了居民的各種不同需求。在推進(jìn)規(guī)模和工業(yè)化結(jié)構(gòu)調(diào)整的過(guò)程中，住宅產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了從標(biāo)準(zhǔn)化、多元化、工業(yè)化到集約化、信息化的不斷演進(jìn)和完善過(guò)程。新加坡的裝配式建筑推廣速度較快、范圍廣，住房政策和裝配式住房發(fā)展理念被多數(shù)國(guó)家認(rèn)同。2、鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑體系的技術(shù)特點(diǎn)

唐山啟新C01三棟高層鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅項(xiàng)目，采用金隅特色高層鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑體系，解決傳統(tǒng)裝配式鋼結(jié)構(gòu)滲漏、防腐、保溫冷橋、露梁露柱及設(shè)備安裝式結(jié)構(gòu)破壞等常見(jiàn)問(wèn)題，是金隅智造房屋極具代表性的樣板工程。2019年，憑借領(lǐng)先的技術(shù)和優(yōu)異的工程質(zhì)量，項(xiàng)目榮膺“十三五國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃綠色建筑及建筑工業(yè)化重點(diǎn)專項(xiàng)示范工程”和河北省裝配式建筑示范工程。

該項(xiàng)目基于高層鋼結(jié)構(gòu)裝配式的建設(shè)形成了多套施工技術(shù)體系，方便施工的同時(shí)，大大的縮短了建設(shè)周期，并能保障施工質(zhì)量，所采用技術(shù)均獲得了良好的施工效果，并收獲了一致好評(píng)。

2.1支撐體系技術(shù)2.1.1鋼桁架樓承板倒掛式支撐技術(shù)可重復(fù)利用鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅桁架樓承板倒掛式支撐系統(tǒng)（如圖所示），該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能滿足大開(kāi)間、靈活分割的要求，施工簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅工程的多層同時(shí)施工，大大縮短了工期[6]。倒掛式支撐系統(tǒng)2.1.2PC疊合樓板支撐三腳架該三腳架式獨(dú)立支撐施工技術(shù)，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，在一定范圍內(nèi)高度可調(diào)節(jié)，適用于各種建筑工程疊合樓板支撐。PC疊合樓板支撐三腳架模型如圖所示。PC疊合樓板支撐三腳架模型2.1.3可拆卸空調(diào)板支撐支架可拆卸空調(diào)板支撐支架，將支架固定在鋼結(jié)構(gòu)的型鋼鋼梁上，無(wú)需在地面搭建腳手架即可實(shí)現(xiàn)多層樓板同時(shí)施工，進(jìn)而大大縮短施工工期。該支架利用螺栓頂住鋼梁的上下翼緣之間，無(wú)需在鋼梁上打孔、焊接。

2.2鋼梁預(yù)制栓釘技術(shù)鋼結(jié)構(gòu)工程中，栓釘屬于一種高強(qiáng)度剛度連接的緊固件，用于各種鋼結(jié)構(gòu)工程中，在不同連接件中起剛性組合連接作用（如圖所示）。栓釘用在鋼結(jié)構(gòu)表面用來(lái)連接表面的混凝土層，起到增大連接面積，增加接觸面抗剪強(qiáng)度，使鋼梁與混凝土表層牢固結(jié)合、共同受力等作用。通過(guò)合理設(shè)計(jì)改變栓釘焊接方式，工廠焊接既能保證焊接精度，同時(shí)不影響模板鋪設(shè)，提高施工質(zhì)量，節(jié)省人力物力縮短施工工期。鋼梁預(yù)制栓釘2.3預(yù)制鋼管柱成套技術(shù)采用鋼管柱工廠預(yù)灌注混凝土的方法解決了小截面方管柱不安全、質(zhì)量不穩(wěn)定、工期較長(zhǎng)等問(wèn)題（如圖所示）。每層可有效節(jié)約工期1.5天，顯著提升了施工效率及施工質(zhì)量。采用鋼管柱工廠預(yù)制灌漿通過(guò)鋼柱內(nèi)部特殊結(jié)構(gòu)，對(duì)預(yù)制鋼管混凝土柱進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接安裝，并進(jìn)行灌注高強(qiáng)灌漿料補(bǔ)強(qiáng)。與傳統(tǒng)施工方式造成鋼管柱灌漿不密實(shí)的弊病相比，該技術(shù)提高整體施工質(zhì)量；能夠降低施工過(guò)程造成的噪音、揚(yáng)塵等不良影響；受氣候條件制約小，節(jié)約項(xiàng)目冬施成本費(fèi)用。

2.4鋼管混凝土柱防火節(jié)點(diǎn)處理技術(shù)鋼管混凝土柱的防火處理組合方案：厚型防火涂料+加氣混凝土防火板，加氣混凝土防火板能夠有效解決反水、潮濕問(wèn)題；厚型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料保溫隔熱性能好，耐火、耐候、防腐性能優(yōu)異，粘結(jié)牢，附著力強(qiáng)，直接噴涂和抹涂施工，施工方便快捷，干燥固化快。3、鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑體系的優(yōu)勢(shì)

唐山啟新C01三棟高層鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅項(xiàng)目，其鋼結(jié)構(gòu)裝配式有以下四方面的優(yōu)勢(shì)，一是質(zhì)量可控：工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，尺寸精確到毫米，現(xiàn)場(chǎng)裝配化施工，隱蔽工程少，質(zhì)量透明；二是工期可控：現(xiàn)場(chǎng)用工量減少，工期可縮短；三是施工受天氣和氣候影響??；四是成本可控：工程量計(jì)算精確，工程變更少、簽證少，成本易于控制。結(jié)語(yǔ)

目前高層鋼結(jié)構(gòu)