对于钢结构建筑“三板”问题的思考

山东万斯达建筑科技股份有限公司 张波 张树辉

万斯达作为山东首家装配式钢结构企业至今已有二十年的历史，从2005年开始公司又开始发展PC业务，在全国来说也算较早接触PC的企业，将钢结构与PC结合来考虑可能是一个较为独特的角度。钢结构和PC的项目我们都做了很多，我们一直在思考一个问题，为什么PC发展两三年便突飞猛进，而钢结构我们推广二十年了，却感觉推得非常苦，非常累。我们认为，PC实际上也促进了钢结构，当前国家大力推广装配式建筑，这其中就包含了钢结构，当前钢结构的发展实际上也受到了PC行业发展的推动，近年来不论是住建部还是国务院都提出要大力装配式建筑，这当然也就包含了钢结构。现在钢结构和PC可以说是兵合一处，将打一家，共同来推动中国装配式建筑的发展。

“三板”所存在的问题

钢结构建筑发展的问题在于如何进入民用住宅领域，公共建筑领域钢结构已然发展得非常好了，大型场馆基本上是钢结构一统天下，现在钢结构的桥梁也越来越多了。钢结构的优势就是大跨空间结构，而民用住宅大多是小开间，三四米的宽度，使得构件都非常的小，小梁、小柱结点非常多，而且不规则，成本无法和剪力墙结构相比，形不成价格优势，其中三板问题突出，即楼板、内墙板和外墙板。

首先是楼板问题。钢结构施工特别快，而现浇板施工特别慢，这就造成了施工效率不匹配的问题，就像用牛和马拉同一辆车，效率不匹配最后把牛拖死把马累死，都跑不快。过去很多钢结构建筑采用的现浇板的比较多，我们也这样做过，因为那时压型钢板贵，不舍得用，成本也高。

其次是内墙板问题。钢结构比较柔，带来各种条板及砌块的裂缝问题，任何一个混凝土剪力墙结构的层间位移很容易达到千分之一，但是钢结构要达到五百分之一，用钢量就会大量提升，通常控制超过在三百五十分之一以上，是混凝土剪力墙结构的三分之一，钢材本身又容易变形，只要一发生变形，彻砖的内墙、桥板的内墙都会开裂，这是钢结构进入民用的一个痛点。当然也有板材自身开裂的因素。

第三是外墙板问题，这是最复杂的一个问题，也是我们钢结构在民用建筑领域发展的最大阻碍点。我梳理了一下，外墙板有十二条指标：①满足受力、②防开裂、③防漏水、④保温、⑤防火、⑥隔声、⑦防冷桥、⑧门窗复合、⑨外饰面复合、⑩方便制造、 方便施工、 成本控制。

这十二个指标很多是相互关联的，比如外墙板要抵抗重力，还要计算风荷载、材料内力，最重要的是温度用力，外墙特别是受光面每天的温差能达到50度，温度用力造成了外墙开裂，进而发生漏水，漏水一旦进去了很难排出，在北方还会冻融问题。现在国家也在严格要求建筑节能，外墙的保温是必不可少的，而保温往往又与防火冲突，贴上保温就容易着火。老百姓为什么喜欢砖房，混凝土房？因为墙板可以蓄热，可以对房间的热量平衡有调结作用。门窗及外饰面的复合，还要方便制造和施工。当所有这些都满足了，这就是一块好墙了。我们还要考虑性价比问题，一平米几千块钱是用不起的。所以说要做一个成功的外墙这十二指标是缺一不可的。

“三板”问题的解决

针对三板问题，万斯达研发了许多新产品来解决。

首先是PK预应力混凝土叠合板来解决上述的楼板问题。这项技术至今已有15年，里面有周绪红院士、吴方伯教授等技术带头人的心血。

我们现在最新的PKⅢ型板由C40、C50混凝土底板，1570级消除应力钢丝和钢管混凝土桁架组成，底板厚度35mm 40mm，标准宽度0.5m 1.0m 1.5m 2.1m，长度2.1～9.0m，与现浇层共同作用形成叠合板。PKⅢ型板上面的桁架上玄杆采用钢管充填沙浆制成，形成以较大的受压区，我们的楼板虽然很薄却有着较强的刚度。目前最长做到了12米长，可有效减少次梁的应用，大幅提升施工效率。

PKⅢ型板用钢量省，采用1570级消除应力钢丝，抗拉强度为三级钢的4.2倍，比其它叠合板用钢量节省，抗裂性能好。相比现在一般常的混凝土桁架叠合板，仅留一端胡子筋，与端部梁不干涉，安装方便也非常方便。单块板面积最大可达20平方米，重量轻仅为1.7吨，单板面积大, 板薄自重轻，无补空板,支撑少，使得施工效率高。同时PKⅢ型板长线台生产、板标准化成度高、制造效率非常高。从钢筋下料、混凝土布料、起板、转运、清扫都高效运转。生产效率比混凝土桁架叠合板高，设备的投资也比较低。

PKⅢ型板

PKⅢ型板结构示意图

办公楼PKIII型叠合板施工无支撑系统 普通钢筋桁架叠合板施工过程布满脚手架

第二是内墙板。内墙板采用轻质内墙大板，解决墙板开裂问题。墙体和梁柱间预留合适的空隙，允许变形，空隙内柔性有防火隔音材料，外面是密封装饰条。梁柱变形时不会与墙体间产生挤压，这样内墙就不会开裂，墙反过来，也不会挤压梁柱。梁柱与墙作必要的拉结，既能变形，又不会脱开。在墙体内有芯孔，可在墙内安装管线和管道。如果有较大吊挂承重要求，芯孔内可提前灌入混凝土。同时墙体表面光滑洁净，不用抹灰，方便室内装修，加快施工速度，减少施工占地，基本实现建筑墙体的工厂化生产。

轻质内墙大板工厂内从生产线上下线

轻质内墙大板工地上安装完成

第三是外墙板。外墙板采用外挂形式，不属于主体结构，但要做受力分析和设计。先说一下墙板和结构的关系。墙板与梁四点连接，下面两个支座承受重为，上面两个支座拉接。支座上设有机构，允许墙板平动或转动。墙板布置在梁柱外侧，形成外包墙形式。墙板可随结构一起变形，由于在外侧，不会挤压梁柱。依据变形量墙板之间预留有足够缝隙，变形时墙板之间不会互相挤压。地震时保护结构，也保护墙板。变形量考虑结构变形和温度形两者取大值。墙板与墙板接缝处构造防水、材料防水两种方式配合使用。外墙板我们有两种，一种是 “三明治”外墙挂板，另一种是轻质外墙挂板。

第一种 “三明治”外墙挂板，也就是预制混凝土夹心保温外墙板，有三层构造，两层混凝土夹一层保温，用保温连接件将这三层连起来，减少冷热桥，内层钢筋混凝土承重，外层钢筋混凝土是保温层的保护层，表面可以作装饰面，比如用胶模形成各种纹理或表面是彩色混凝土等，是集承重、围护、保温、防水、防火等功能为一体的装配式预制构件。预制混凝土夹心保温外墙板是预制构件中技术含量最高、工艺简化率最高的构件，与传统施工工艺相比，夹心保温外墙板具有明显的优势。不满意之处是对于钢结构来说就是自重大了一点。

三明治外墙挂板工厂内从生产线上下线存放

“三明治”外墙挂板工在地上安装

轻质外墙挂板在工厂内预拼装

外墙采用轻质外墙挂板建筑建成实景

另一种轻质外墙挂板，特点是金属骨架和保温芯材通过断桥构造与内外装饰板复合为一体。重量轻，容重800kg/立方，仅为预制混凝土夹心复合外墙板的1/3；厚度薄，200毫米厚，比传统墙体和预制混凝土夹心复合外墙板都薄。在满足抵抗风荷载的情况下，刚度和重量比预制混凝土夹心复合外墙板的小，有利于抗震。除了减轻墙体自重还减轻了整个建筑物的结构自重，从而低了造价。该项技术2013年初开始陆续获得了多项国检专利。使用该墙板的万斯达济阳工厂办公楼，2012年建成，已使用6年，效果良好。

行业发展的几点思考

1. 坚持系统化思考和无差错设计理念：装配式建筑容错率低，没有补救的机会，关键技术细节会造成重大的质量和安全事故，所以应该在设计源头上做好把控，做好技术前移，管理前置。

2. 大力推广EPC工程总承包模式：EPC模式可以减少各方的扯皮，降低工程造价，也能更好的促进科技进步，与国际接轨。

3. 装配式建筑应有丰富的建筑外立面：要大力推广装配式保温饰面一体化外墙板，国外有许多外型十分漂亮的外墙板应用，我们的装配式建筑也可以做得很美观。

国外装配式保温饰面一体化外墙板

4. 建筑产业转型中需要大量装配式专业人材：当前我们的行业正在快速发展，但在发展的同时，我们也要注意到未来行业的扩充和发展需要大量的人才来支撑，而我们高校课程设置几近空白，师资及教材匮乏，需要加紧人才培养，才能满足行业发展的需要。

5. 装配式钢结构建筑成本高吗？随着我国对于装配式的大力推广，规模扩大之后，装配式的成本必然会大幅下降，而施工周期短、劳动强度低、节能、环境等诸多优势正在慢慢体现。