(西安工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院 陜西 西安 710000)

我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的現(xiàn)狀

鄒超

(西安工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院 陜西 西安 710000)

新世紀(jì)以來，隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人均生活水平的顯著提升，人們對(duì)于居住環(huán)境和住房條件的要求也隨之提高。如今，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)住宅形式已經(jīng)逐步滿足不了人們的需求，為了解決這一矛盾，裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅體系逐步進(jìn)入國內(nèi)市場，總體走向從成熟。裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅具有模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，適應(yīng)工業(yè)化發(fā)展需求，且抗震性能優(yōu)越、施工周期短、鋼材可回收等顯著特點(diǎn)。本文主要闡述了我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的現(xiàn)狀及發(fā)展前景。

裝配式；鋼結(jié)構(gòu)住宅體系；發(fā)展與應(yīng)用

一、鋼結(jié)構(gòu)住宅體系概念及特點(diǎn)

(一)鋼結(jié)構(gòu)住宅體系概述。我國鋼結(jié)構(gòu)住宅起步較晚，大規(guī)模研究開發(fā)、設(shè)計(jì)制造、施工安裝結(jié)構(gòu)住宅還是最近幾年發(fā)展起來的，觀望著多，需求量少，實(shí)施者少。近年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)住宅體系在發(fā)達(dá)國家和地區(qū)得到了深入發(fā)展，并逐步走向成熟。國外鋼結(jié)構(gòu)住宅的快速發(fā)展，這對(duì)國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展和應(yīng)用有很大的借鑒作用。通常所說的鋼結(jié)構(gòu)住宅是指以鋼結(jié)構(gòu)住宅為最終產(chǎn)品，通過社會(huì)化大生產(chǎn)，將鋼結(jié)構(gòu)住宅的投資、開發(fā)、設(shè)計(jì)、施工、售后服務(wù)等過程集中統(tǒng)一成為一個(gè)整體的組織形式。

(二)鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土住宅相比，裝配式鋼結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：

(1)空間布置靈活、工業(yè)化程度高，符合產(chǎn)業(yè)化要求。鋼結(jié)構(gòu)住宅所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件均可采用工業(yè)化生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)技術(shù)集成化，拆裝方便，適宜大批量生產(chǎn)，這改變了傳統(tǒng)的住宅建造方式，促進(jìn)了住宅產(chǎn)業(yè)從粗放型到集約型的轉(zhuǎn)變，提高了房屋住宅的技術(shù)水平，同時(shí)促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展。

(2)施工周期短、產(chǎn)品質(zhì)量高。由于鋼結(jié)構(gòu)住宅體系具有工廠預(yù)制，現(xiàn)場拼裝，現(xiàn)場作業(yè)量小等特點(diǎn)，因此施工周期可以大大縮短，現(xiàn)場資源消耗和各項(xiàng)現(xiàn)場費(fèi)用都相應(yīng)減少。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，裝配式結(jié)構(gòu)能夠縮短建造周期，提前發(fā)揮投資效益，加快了資金周轉(zhuǎn)，降低建設(shè)成本。

(3)自重輕、承載力高、抗震性能好。裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的主要承重構(gòu)件采用新型建筑材料薄壁鋼管和輕型熱壓型鋼，有效的減少了房屋自重。同時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)均采用輕質(zhì)材料，質(zhì)量是傳統(tǒng)鋼筋混凝土住宅的1/2左右。由于鋼材是彈性變形材料，因此能大大提高住宅的安全可靠性。鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、延性好、自重輕，可以大大改善結(jié)構(gòu)的受力性能，尤其是抗震性能。

(4)綠色、環(huán)保、節(jié)能滿足可持續(xù)發(fā)展。裝配鋼結(jié)構(gòu)住宅工廠加工生產(chǎn)、現(xiàn)場裝配，降低能耗的同時(shí)，減少施工中產(chǎn)生的噪音和揚(yáng)塵。此外，鋼材可以回收再利用，建造和拆除時(shí)對(duì)環(huán)境污染小，屬于綠色環(huán)保建筑體系。

(5)經(jīng)濟(jì)效益高。鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)自重輕、構(gòu)件截面小、節(jié)省能耗，這就大大降低了施工難度和節(jié)約了人工費(fèi)用。因此，從長遠(yuǎn)可考慮，我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)在不久的將來將會(huì)取得更顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

二、國內(nèi)主要鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)、圍護(hù)體系的形式

鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系

目前國內(nèi)能夠設(shè)計(jì)并已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用的裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅主體結(jié)構(gòu)體系主要有四種：鋼管束柱組合結(jié)構(gòu)、鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)、鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。

(一)鋼管束柱組合結(jié)構(gòu)。鋼管束柱由高頻焊接而成的空腔組成，內(nèi)灌自密實(shí)混凝土，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)中不同的位置而設(shè)計(jì)成L型、T字形、一字形、工字型、十字形等，樣式靈活。其結(jié)構(gòu)作用原理與混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)相似，由鋼管束柱體系代替?zhèn)鹘y(tǒng)的混凝土剪力墻。該結(jié)構(gòu)體系解決了鋼結(jié)構(gòu)住宅中的“露柱”問題，提高了得房率；由于是剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑平面布置靈活；用鋼量省，基礎(chǔ)造價(jià)較低。

(二)鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)。方鋼管混凝土框架-H型鋼梁-支撐結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用最多的結(jié)構(gòu)類型。方鋼管混凝土框架-H型鋼梁-支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：有成熟的設(shè)計(jì)規(guī)范可依；不需要增配專業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)人員，普通的鋼結(jié)構(gòu)廠即可加工制作。缺點(diǎn)是：用鋼量相對(duì)較大；“露梁露柱”，戶型的設(shè)計(jì)受柱子的布置限制，建筑使用效果不佳；現(xiàn)場焊接工作量大，質(zhì)量不易保證。

(三)鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)體系，利用混凝土剪力墻作為結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件，大大提高了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，解決了框架-支撐結(jié)構(gòu)中支撐構(gòu)件很難布置的問題，并且降低了用鋼量。在國內(nèi)已經(jīng)實(shí)施的項(xiàng)目中，采用的鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)主要有兩種：鋼管混凝土框架-混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，方鋼管混凝土組合異形柱-混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。

三、 裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展阻力

(一)市場接受度低。鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展面臨的首要問題是現(xiàn)階段社會(huì)對(duì)這種新的住宅體系還存有疑問。毋庸諱言，鋼結(jié)構(gòu)住宅在防火、梁柱節(jié)點(diǎn)做法、樓板形式、配套墻體材料、經(jīng)濟(jì)性上尚有許多不完善的地方。中國消費(fèi)者由于長期居住在磚混或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的住宅中，習(xí)慣將混凝土住宅的優(yōu)勢與鋼結(jié)構(gòu)住宅的劣勢作比較。強(qiáng)大的慣性力量的轉(zhuǎn)變不是一朝一夕的事情，這需要一個(gè)逐步接受的過程。

(二)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范缺乏。預(yù)制裝配式住宅的相關(guān)設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范欠缺，與之相關(guān)的施工工藝、工法和安全規(guī)程也還未建立，甚至在某些方面和國內(nèi)現(xiàn)行的建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范在很多地方還不兼容，使得設(shè)計(jì)、審批、驗(yàn)收無標(biāo)準(zhǔn)可依。這對(duì)工業(yè)化住宅的大規(guī)模推廣是一個(gè)障礙。

(三)工程造價(jià)偏高。造價(jià)偏高是阻礙鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展的關(guān)鍵因素，特別是與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)住宅相比，鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)明顯較高。采用預(yù)制裝配式的建造方式之后，構(gòu)件作為工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)入施工單位，還增加了稅收環(huán)節(jié)，在房價(jià)日益高漲的背景下消費(fèi)者更難以接受。

四、裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅未來發(fā)展建議

鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)有模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的特點(diǎn)，可以達(dá)到工廠化和裝配化的要求，并且抗震性能優(yōu)越、工業(yè)化程度高、施工周期短、綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好。

(一)加強(qiáng)政府對(duì)預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)作用。在推廣預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的道路上，政府的引導(dǎo)作用不可忽視。國家有關(guān)部門應(yīng)制定相應(yīng)的激勵(lì)和扶持政策，對(duì)已建成的示范工程應(yīng)及時(shí)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和宣傳，使之成為今后的發(fā)展模式。此外，政府還應(yīng)當(dāng)投入一定的科研資金，鼓勵(lì)科研單位開展輕鋼結(jié)構(gòu)住宅及相關(guān)技術(shù)的研究工作。加強(qiáng)政府在預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的作用，通過在政府主導(dǎo)項(xiàng)目中采用住宅產(chǎn)業(yè)化的建設(shè)，有助于推動(dòng)住宅產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)產(chǎn)品為市場所接納，也通過政府的示范效應(yīng)，帶動(dòng)住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

(二)引入BIM技術(shù)。BIM即建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM)是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型。BIM提供了一種交互式的預(yù)制裝配式住宅虛擬設(shè)計(jì)平臺(tái)，可針對(duì)每個(gè)預(yù)制構(gòu)件，建立構(gòu)件信息化系統(tǒng)。在構(gòu)件制作、施工前對(duì)構(gòu)件進(jìn)行虛擬三維檢討，以期在制作和施工前發(fā)現(xiàn)存在的各種問題并予以解決。

五、結(jié)語

裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國處于起步階段，其發(fā)展面臨很多問題。但從社會(huì)綜合效益分析以及改善住宅品質(zhì)、提高安全生產(chǎn)和文明施工水平、縮短施工周期、減少對(duì)熟練勞動(dòng)力依賴等潛在價(jià)值來看，發(fā)展工業(yè)化預(yù)制裝配式建筑技術(shù)，是國家和地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定水平的必然選擇，也是住宅產(chǎn)業(yè)化是我國住宅業(yè)發(fā)展的必由之路。

[1]吳京戎，劉文生.鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化推廣方式研究[J].中國水運(yùn)。2013(3)

鄒超(1992-),男，漢族，安徽池州市人，研究生在讀，工學(xué)碩士，西安工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，研究方向結(jié)構(gòu)體系與優(yōu)化設(shè)計(jì)。