裝配式鋼結構建筑現狀與趨勢報告

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第八屆亞洲國際建筑工業化展覽會
國家會展中心（上海）| 2019年11月21-23日

鋼結構體系非常適合工業化裝配，鋼材本身具有良好的機械加工性能，適合工廠化生產和加工制作；與混凝土相比，鋼結構較輕，適合運輸、裝配；另外鋼結構適合于高強螺栓連接，便于裝配和拆卸。目前裝配式鋼結構建筑在國內處于發展階段。

裝配式鋼結構建筑的應用現狀

1、國外應用現狀
在日本，由于地震頻繁，有超過1/3的房屋使用鋼結構，在住宅方面更是大量采用鋼結構。到20世紀90年代末，日本裝配式住宅中木結構占18%，混凝土結構占11%，鋼結構住宅占比達71%。

在美國，采用鋼結構的住宅，目前占據的市場份額已超過40%。除了住宅以外，鋼結構在多層酒店中也有較多應用。

在澳大利亞，以冷彎薄壁輕鋼結構體系為主的鋼結構建筑建造量大約占全部新建住宅的50%。

2、國內應用現狀
根據國家統計局發布的數據，2016年，房地產開發企業房屋施工面積75.9萬㎡，其中，住宅施工面積52.1萬㎡，占比為68.6%。房屋新開工面積16.7萬㎡，其中，住宅新開工面積11.6萬㎡，占比為69.5%。截止至2016年，在我國民用建筑結構體系中，鋼結構體系占比僅為5%，且鋼結構建筑還僅僅集中于高層、超高層建筑、大空間公共建筑與工業建筑中；普通辦公樓、學校、醫院等多高層公共建筑以及低層、多層及高層住宅中，鋼結構應用的非常少。

裝配式鋼結構建筑的政策支持

從國家政策層面看，以2013年全國建設工作會議為標志，首次提出“促進建筑產業現代化”的發展要求，以建筑業轉型升級為目標。建筑工業化是實現這一目標的首選項，而其中的抓手即為裝配式建筑。

2013年1月1日，國務院辦公廳以國辦發〔2013〕1號《綠色建筑行動方案》，明確重點任務推動建筑工業化，推廣適合工業化生產的預制裝配式混凝土、鋼結構等建筑體系，提高建筑工業化技術集成水平，支持集設計、生產、施工于一體的工業化基地建設，開展工業化建筑示范試點。

2014年5月4日，住建部發布《關于開展建筑改革發展試點工作的通知》，將建筑產業列入建筑改革發展試點工作。2014年7月1日，住建部發布《關于推進建筑業發展和改革的若干意見》，促進建筑業發展方式轉變，推動建筑產業現代化。

2016年2月21日，國務院發布《中共中央國務院關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》，其中第11條指出：力爭用10年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%。積極穩妥推廣鋼結構建筑。2016年9月30日，國務院發布《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》，指出要因地制宜發展裝配式混凝土結構、鋼結構和現代木結構等裝配式建筑。

2017年2月24日，國務院辦公廳發布《國務院辦公廳關于促進建筑業持續健康發展的意見》，指出要大力推廣智能和裝配式建筑，創新建筑方式。

2018年12月24日，全國住房和城鄉建設工作會議在京召開，住房和城鄉建設部黨組書記、部長王蒙徽全面總結了2018年住房和城鄉建設工作，并提出了2019年的工作要求：大力發展鋼結構等裝配式建筑，積極化解建筑材料、用工供需不平衡的矛盾，加快完善裝配式建筑技術和標準體系。

為了確保國家政策的落實，各省市也積極制定了各項配套政策。目前，全國已有 30 多個省市出臺了裝配式建筑專門的指導意見和相關配套措施，不少地方更是對裝配式建筑的發展提出了明確要求。

裝配式鋼結構建筑的技術發展

政策的支持促進了裝配式鋼結構建筑的技術發展，從結構體系和圍護體系兩方面闡述現有技術發展情況。

1、結構體系
目前多高層裝配式鋼結構建筑的結構體系，傳統的有純框架、框架-支撐體系，新型的有集裝箱、鋼管束、鋼異形柱等。各類鋼結構體系的特點如下。

純框架體系

圖1 純框架體系

該體系具有如下優點：
可根據建筑功能的需求進行梁柱的靈活布置，可增加建筑使用空間的利用率。
自重較輕，材料延性好，有利于抗震。
構件的生產、運輸和現場的安裝快。

不足之處：
由于純鋼框架抗側力剛度較小，為了控制位移，構件的截面很大。
鋼框架屬于有側移結構，因此較難滿足高烈度地區對建筑抗震性能的要求，建筑層數及高度受限較嚴重。
變形較大，舒適度較差。

框架-支撐體系

圖2 框架-支撐體系

該體系具有如下優點：
同純鋼框架建筑，可根據建筑功能的需求進行梁柱的靈活布置，而支撐可選擇設置在不影響建筑使用功能的位置，構件截面尺寸更小，進一步增加建筑使用空間的利用率，同時降低了整體用鋼量。
由于支撐的存在，較純框架建筑，鋼框架支撐體系抗側力能力有顯著增加。柱長細比限制較純框架結構有較大優勢，截面尺寸可有效減小，建筑層數和建造高度有較大提升。
自重較輕，材料延性好，有利于抗震。

不足之處：
支撐布置受建筑功能的影響，不易找到合適布置位置。
構件截面較大，對建筑功能產生一定影響。
支撐（大撐）布置位置零散，造成結構剛度不均勻。

集裝箱體系

圖3 集裝箱體系

該體系具有如下優點：
可像積木一樣將各個功能房間或戶型進行多樣的組合。
建設周期較短。
取材較容易。

不足之處：
抗震性能較低，連接及單體強度較難滿足高抗震設防烈度地區的高層建筑建設需求，適用于低、多層建筑。
集裝箱常規尺寸難以滿足國內住宅市場對層高和房間開間的要求。
使用運輸行業淘汰的集裝箱，可能會由于自身質量問題產生安全隱患，但使用新集裝箱進行改造成本較高。

鋼管束、鋼異形柱體系

圖4 鋼管束體系

圖5 鋼異形柱體系

該體系具有如下優點：
采用鋼管束、鋼異形柱代替傳統混凝土剪力墻，基本做到室內不凸柱，在平面空間上最大化的服務于建筑。
同混凝土墻一樣，平面布置可跟隨建筑功能房間的需求靈活調整。
鋼管束剪力墻、鋼異形柱較常規混凝土墻柱，承載力和構件延性更好，施工效率更高。

不足之處：
較常規鋼結構，用鋼量增大。
較常規鋼管混凝土柱，由于此類構件空腔數量較多，截面較小，因此對混凝土作業的質量要求更高，人工及材料成本有一定的上升。
組合截面在工廠生產過程中，在具備完整的機械化生產線前，人工及時間成本較高，且焊接次數較多，焊縫較多，質量較難控制，同時檢測成本也相應提高。
設計方法缺乏現行規范支持，設計工作需進行論證。

2、外圍護體系
裝配式鋼結構建筑提倡采用非砌筑墻體，采用工廠預制墻板。根據圍護體系應用位置，分為外墻、內墻和分戶墻；根據圍護體系的構成形式和主要構成材料，分為預制混凝土墻板、輕鋼龍骨類復合墻板、輕質條板和夾心板等。外墻板和內墻板需分別滿足如表1所示性能。

目前常用的墻板有，預制混凝土復合墻板、輕鋼龍骨類復合墻板、灌漿墻、蒸壓加氣混凝土條板、金屬面板夾心墻板等。

預制混凝土復合墻板
由鋼筋混凝土結構里層、保溫層和混凝土飾面層復合而成的承重或非承重的復合墻板。

圖6 預制混凝土復合墻板

優點：集圍護、保溫和裝飾一體化，具有強度高、保溫隔熱性能好、材料耐久性好的特點。
不足之處：面密度較大、施工難度大、安裝效率較低。

輕鋼龍骨類復合墻板
以紙面石膏板、纖維增強水泥板等各種輕質薄板為面層材料，以輕鋼龍骨為骨架，中間為空氣層或填充聚苯泡沫、巖棉等保溫吸聲材料的復合墻板。

圖7 輕鋼龍骨類復合墻板

優點：具有質量輕、現場全干法施工、施工便捷、保溫隔熱性好、易穿管線的特點。
不足之處：任意吊掛性、耐久性及抗撞擊性取決于面板材料，通常低于混凝土類材料。

灌漿墻
以輕鋼龍骨為骨架，兩側用纖維增強水泥板作為面層，然后在骨架與面層板形成的空腔內灌注輕骨料混凝土，形成的實心復合墻體。

圖8 灌漿墻

優點：與輕鋼龍骨類復合墻板類似，具有質量輕、保溫隔熱性好、易穿管線的特點。
不足之處：現場存在濕作業、施工質量較難控制。

蒸壓加氣混凝土條板
以水泥、石灰、硅砂等為主要原料再配置不同數量的鋼筋網片的一種輕質多孔的墻板。

圖9 蒸壓加氣混凝土條板

優點：具有質量輕、耐火性能好、可加工性強、耐久性好的特點。
不足之處：強度較低、抗沖擊能力差，易破損，易出現干縮裂縫。

金屬面板夾心墻板
兩側用金屬面材料形成面層，中間夾以保溫隔熱材料的復合墻板。

圖10 金屬面板夾心墻板

優點：多用于工業、公共建筑，具有施工便捷，可拆裝的特點。
不足之處：金屬面板不耐腐蝕，需采取措施提高其耐久性。

展望

目前，裝配式鋼結構建筑的發展迎來了良好的機遇，因此，我們需要進一步加強裝配式鋼結構建筑的研究，主要體現在以下幾方面：設計理念的更新（建筑、設備、裝修、結構等）；創新適合我國工業化建筑的多元化體系；加大相關應用設計技術研究；與BIM技術、信息化技術的深度融合應用；適合的施工機具及相應施工工法；適合的質量檢測技術、檢測設備、驗收技術研發；專業人員、產業工人的培育等。通過研究，推動裝配式鋼結構建筑在我國的推廣應用，加快建筑生產的工業化、產業化發展進程。

文章來源：設計管理（ID:jianzhushejiguanli）