装配式钢结构发展与应用

崔晓江 李晓敏 田执贵

（1、2山东科技大学土木工程与建筑学院，山东青岛266590；3山东一顺建设有限公司，山东济宁272200）

1 绿色节能建筑现状及未来发展趋势

1.1 装配式钢结构绿色节能建筑的现状

就发展来看，目前我国现阶段采用的装配式钢结构主要应用在高层建筑中，以及一些大型钢厂房和大型公用建筑中。住宅等建筑多以钢筋混凝土结构为主，对于装配式钢结构的应用在这种住宅类型建筑中相对较少。

1.2 装配式钢结构绿色节能建筑的未来趋势

装配式建筑依旧是我国建筑行业的主要发展与研究方向，基于结构形式以及造价等多因素的考虑，应用不多，起步较晚，没有紧跟建筑行业的发展趋势。预制建筑因其绿色节能环保的优势，在未来具有很大的发展潜力，因此，未来建筑行业要抓住机遇实现转型，这是我国建筑行业未来发展的主要趋势。

1.3 创新体系，改进建筑

过去因为各种因素使得这种建筑类型发展得到遏制，而发达国家在此时间段内充分利用与改进此类结构形式，现在我国装配式建筑虽然得到有序提升，但是在未来依旧需要以改变传统为基础，勇于创新新型的建筑体系。如何提升建筑体系，如何改进以往结构形式，如何控制成本来改进空间制约问题，如何提高建筑整体安全性能，还需要我们仔细研究。如何改进建筑发展研究方向是需要我们政府机构、结构设计人员、业界专业人士共同来改进完善，勇于改变以往在各方面只注重建筑结构而忽略建筑自身的情况。

1.4 更加完善新型建筑体系

以相同结构形式的模数化设计会更加完善，运用实际工程中会更加合理安全。工厂化主要是改变以往的现场加工形式，在工厂加工完成后运输到现场吊装安装，随着装配式建筑的不断发展，“模块化”“工厂化”的新型建筑依旧会沿用质量管理体系对出厂产品实施严格审核，严格吊装、安装，完善新型建筑体系的连接问题，在保证建筑质量的同时降低建筑建造成本。

2 目前制约装配式钢结构建筑常见的问题

在我国目前装配式钢结构建筑发展过程中，建筑结构等方面依旧存在许多问题，一是材料预制与吊装建筑造价高，同时，不能满足相关技术要求，设计理想状态常常超出国家相关规范规定。二是以建筑住宅为体系的结构体系不能充分发挥出钢结构大跨度、大空间优势，依旧采用抗压材料以混凝土结构为主的思路。三是施工过程中生产线投资高，需要大量专用设备生产，大型机械设备吊装运输，不利于集体产业化，未采用标准化设计。四是注重研发结构体系，围护体系成熟度低，结构与围护体系不配套，强柱弱梁与强节点的连接等问题突出。在未来我们可以改变构件及部分构件标准化程度低、不能充分利用的问题，使其能应用到其他建筑中，同时在未来能较好应用BIM等计算机软件技术，更加注重成熟产品的“集成创新”，采用更多经检验合格的新产品、新工法，形成集约式发展，形成模数型装配式绿色建筑的健康可持续发展。

3 基于BI M技术的装配式钢结构建筑体系

3.1 BI M技术与装配式钢结构的融合

未来的装配式建筑符合建筑行业集约化、产业化技术要求，所需构件能够在稳定的车间内加工制作完成，批量化生产，有利于完善更加智力密集型体系，促进建筑业的升级转型，将BIM技术和装配式钢结构建筑体系有机融合，充分利用大数据快处理的计算方式，快速实现建筑产业转型，满足信息化快速发展的需求。

3.2 基于BI M技术能够快速实现价值

BIM技术能解决在未来施工中遇到的协作风险，用提前避免碰撞来提高施工效率，降低建造施工成本。考虑到未来建筑建造因素，可以实现缩短施工周期，节省重复利用大量的人力、物力，减少犯错，减轻建筑工人的劳动强度，提高施工速度，从而缩短工期。BIM技术能够提高建筑施工整体质量，将整个建筑部件化，装配式材料大部分加工、制作都在生产车间进行，到现场安装施工的量较传统湿作业工艺大大减少，降低了湿作业的影响因素，因此实现了减小对现场施工环境依赖性，借助软件的虚拟建造技术，将质量控制范围前移扩大，保证了部构件质量，有效地提高了整体施工质量。BIM技术使得建筑更加绿色环保，综合效益极大提高。装配式钢结构采用钢材作承重结构，降低了钢筋与混凝土的使用量，综合效益与质量极大提高。我国坚持可持续发展的原则，BIM技术下可以提高建筑使用效率，提高建筑工程的质量。

4 某工程在实际应用中考虑的问题与因素

在某工程采用装配式钢结构建筑应用，形成了装配式钢结构住宅建筑方案，该方案真正实现了规范化、标准化、模块化。但是，如何更好地运用到其他工程中，如何更加方便利用同批次产品，在以后的工程实际应用中如何用于控制成本，降低施工难度，并形成批量是此次实际项目中一项关键设计原则。结构方案与建筑户型的充分融合，在结构形式中规避缺陷的关键设计思想，遵循钢结构体系力学逻辑，发挥钢结构大空间优势，扬长避短，实现钢结构住宅户型布局的多样性和可组合性，这些都是不同于传统住宅的重要特点。在此工程中，结构体系选择力求技术成熟、效率高、造价优、符合装配式建筑技术发展，不过其中钢框架——混凝土剪力墙体系仍然需要现场绑扎钢筋、浇筑混凝土，并且与钢结构施工存在工序交叉，与装配式技术发展有悖，钢框架——延性墙板体系需通过结构变形发挥耗能机制优势，对围护结构适应变形能力有较高要求，适宜于幕墙围护体系的住宅，Y形柱对于建筑立面影响较大。

按照规定高度小于80m的钢结构建筑不需要验算舒适度，但是在此项目中鉴于项目设计类型是住宅类建筑，钢结构体系刚度相对较小，并且对舒适性的要求敏感，特别是在沿海地区高层钢结构和大型风荷载区域，因此，考虑到各种因素，在实际工程应用中，所述结构顶点的风加速度应被控制为小于0.20m/s。外围护系统一直是装配式钢结构住宅发展的技术难点。目前，该项目考虑了典型外墙系统的选择和钢结构连接的约束。轻钢龙骨复合外墙系统成本较高、性能好，适用于风大多雨的沿海地区。其自重的特性有点偏离轻质高强钢结构的特性，这对钢的用量有很大影响。

综上所述，装配式钢结构施工技术在未来不仅有技术方面的因素，还有各种各样的困难和问题，此类建筑形式依然还需要不断地结合建筑工程，根据施工现场的实际情况，不断优化施工技术和制造钢结构的结构形式，更加优化组织设计，合理利用发展装配式绿色建筑空间。建筑绿色住宅是一个非常重要的建筑形式，所制作的钢结构需要整合建筑行业上下一起来建设，探索更适合的施工技术和解决方案，减少施工，同时确保施工品质。在规避风险的同时，实现工程建设健康、持续创新。