浅谈钢结构绿色建造

2020-02-16张微

江西建材 2020年2期

张微

长江大学城市建设学院，湖北荆州 434023

0 引言

为顺应世界经济增长方式转变，绿色、生态、可持续发展已成为建筑业发展必然趋势。国务院于2013 年1 月1 日发布《绿色建筑行动方案》［1］，财政部和住建部并提出对高星级绿色建筑实施奖励措施［2］。钢结构具有“轻、快、好、省”四大优异特性，是绿色建筑的典型代表［3］。为促进建筑业转型升级，推动绿色施工和建筑节能减排，住建部批准15 家钢结构企业开展房屋建筑工程施工总承包试点［4］，各单位纷纷成立钢结构产业化基地及集成装配研究中心，向绿色商业建筑、绿色钢结构住宅、模块化生态建筑、绿色生态工业园等方向推广和试点，并取得丰富成果、积累一定经验，为钢结构行业绿色施工和绿色建造起到了引领作用。

杭萧钢构在包头试点“万郡·大都城”钢结构住宅项目［5］，东南网架承建的钱江世纪城人才专项用房［6］，中建钢构建设的中建钢构大厦［7］，均采用装配式钢结构创新技术，以钢结构作为建筑承重骨架，用环保、轻质、节能材料做围护结构，施工便捷、周期短、空间利用率大，建筑垃圾少等优点，可真正实现四节一环保和可持续发展的目标。

本文结合钢结构深化设计、加工制作、现场装配等环节，对钢结构绿色施工进行研究。同时对钢结构绿色建造的发展导向进行探讨，引领钢结构工业化、装配式、集成化发展。

1 绿色施工

钢结构建筑主要采用钢板或成品型材，在加工厂制作，现场安装而成，其绿色施工技术主要贯穿于深化设计、加工制作、现场安装三个环节。

1.1 深化设计

深化设计要满足制作工艺、过程运输、现场安装等要求，还涉及与各专业的交叉配合。深化设计由总包方牵头，土建、钢构、机电、幕墙、装饰、暖通、消防、给排水等各专业参与，成立深化设计部门，创建信息共享平台，确保信息及时、准确地传递，将图纸上的问题反映到模型中提前解决，避免后期施工出现的构件碰撞及因返工造成的人力、材料浪费情况。

在设计过程中结合制作、运输、安装等综合因素，根据现场堆场和起重设备能力，最大限度的减少构件分段。例如高层建筑从下往上外框柱截面不断缩小，最下面可一层一段，中间两层一段，上面三层一段，在减少吊次的同时也降低了安全风险，同时也减少了焊接工作量及焊接引起的建筑垃圾。

对临时连接措施，例如耳板、夹板等，根据构件尺寸和重量采用不同厚度的连接板。对钢柱对接焊接的下环板、衬板等零部件进行优化，减少材料浪费。优化节点构造方式，现场尽量采用螺栓和栓焊连接，减少现场焊接工作量。

涉及到与各专业搭接问题，需站在总体局面上考虑，不能只顾单方利益。例如钢骨混凝土劲性梁结构，拉筋与腹板的常规做法为腹板开孔，拉筋穿入；如采用腹板焊接搭接板，搭接板上焊接钢筋，拉筋与构造筋连接方式，可避免工厂开孔的繁琐手段，又极大地方便了土建施工，加快项目施工进度。

1.2 加工制作

加工制作是深化设计和现场装配的纽带，也是钢结构材料和资源消耗量最大的环节。

钢结构加工厂应选择长期合作的合格材料供应商，避免因材料不合格造成的质量隐患及引起的材料、资源、劳动力的浪费。根据构件本体和零部件分别进行排版，向钢厂定尺订货，减少钢材废料。对钢材切割产生的废料和废渣，分类收集、集中堆放、定期回收处理。制定废弃物管理计划，优化下料、综合利用下脚料，废料。

加工车间应合理规划，确保从下料、矫正到加工、组立、涂装一条生产线，部署材料和构件堆场，最大限度的利用加工场地，减少构件转运次数。车间配置的机械设备，应采用绿标认证和节能认证的机械设备。严格控制机械使用时间，严禁设备空运转。对于设备加工期间产生的废料（废油）等需回收处理。

根据钢材型号不同进行分类，使用不同的回收箱和清楚的标识等合理方法来管理回收材料，现场的大宗原料堆放点不应混有其它原材料，不同品种的钢材分类堆放。场地要有相应的坡度，利于排水，避免因钢材生锈产生土壤和水体污染。

严格把控加工质量，减少因构件制作不合格引起的返工和材料浪费，对于桁架层等复杂部位，钢结构的制作和安装前，应在工厂预拼装，以避免或减少错误或误差。在使用油漆、涂料等含有挥发性有机化合物材料时，注意选择低挥发性产品，须提供有害物质检测报告或提供有害物质检测报告，涂装作业应在指定区域进行，工人进行涂装作业时需穿戴配套的防护用品，最大限度的降低职业病危害。

1.3 现场装配

对现场安装人员进行绿色施工培训，召开绿色施工专题会议，建立环保、节能和绿色施工理念。根据现场安装、焊接质量和材料重复利用情况，建立奖惩制度，对焊丝浪费少，废料利用率高的班组进行奖励。

项目部设置配套劳保设施，为工人提供安全操作平台。电焊人需佩戴护目镜、面罩等防护器具，在高空、危险处作业应佩戴安全带；油漆和防火涂料施工人员应佩带口罩等。对夜间实施对焊和电焊作业以及钢结构焊接加工，应有设置遮光棚，减少光污染。

使用的焊材应有焊材、油漆和防火涂料，应取得国家环境体系和绿色认证，且产品质量合格。焊丝具有优良的焊接性能，最大程度减少因为焊接问题产生的材料浪费和环境污染。采用高强、高韧、低氢、绿色、环保焊材，减少焊接烟雾对大气环境的污染和有毒有害成分焊接人员健康的影响。油漆和防火涂料施工时，应对地面采取隔离措施，减少油漆和涂料滴落引起的楼板污染。

制定施工废弃物管理计划，并按照计划内容落实措施。将切割的连接耳板，作为钢结构安装临时靠码；对钢柱连接夹板进行重复利用，确保利用率不低于50%；对拧掉的高强螺栓梅花头进行回收，对多余的废钢进行集中堆放统一，交由公司废弃物管理科进行回收处理。

2 绿色建造

在建筑全生命周期中，需贯穿“减量化、再利用、资源化”的循环发展原则，钢结构的工业化、标准化和产业化生产方式、循环型的产业体系，恰恰满足了满足建筑“节能、节地、节水、节材和环保”的要求。未来钢结构绿色建造主要朝绿色商业建筑、绿色钢结构住宅、模块化生态建筑、绿色生态工业园等方向发展，其结构体系主要为：钢框架+轻质墙板以及全模块化体系。

2.1 钢框架+轻质墙板体系

钢框架+轻质墙板体系以结构骨架+三板体系构成，结构骨架采用板厚较薄、截面较小的 H 型钢、箱型钢柱，墙体体系以ALC 板、EPS 砼复合夹芯板、轻钢龙骨灌浆板、保温装饰一体板为内外墙板，以钢筋桁架组合板为楼板体系，组成完整的建筑体系。相较于传统的钢筋混凝土体系，工时工效可提升30～40%，得房率提升5～10%，建筑垃圾降低70～80%，综合成本基本持平［9］。钢框架+轻质墙板体系属于主流市场，目前已建成的钢结构住宅如“兰州新区装配式钢结构保障房项目”、“文昌嘉苑社区装配化住宅”均采用此类结构体系。

该体系内墙选用轻质、高强的ALC 板等轻质条板，与传统的砌块相比，轻质防火隔墙板重量轻，厚度小，大大的节省了建筑空间和建造成本。轻质条板采用A 级防火，大大提高建筑耐火等级，其内部组成材料及聚苯乙烯泡沫颗粒，都具有良好的隔声和吸音功能的保温隔声效果良好。且轻质隔墙板施工便捷，相比传统的砌体施工效率提高10～15 倍，大大缩短了施工周期。

外墙选用ALC 板基墙+保温装饰ET 板面层。ALC 板基墙采用蒸压加气混凝土条板和蒸压加气块两种材料，并在基墙面层进行防水处理。ET 板是由粘结层、保温装饰成品板、锚固件、密封材料等组成，其新型锚固方法、节点及冷桥设计处理大大加快了施工速度和降低节能损失。ALC 板基墙+保温装饰ET 板面层可实现材料、构造、结构三重防水功能，满足外墙保温与装饰效果。

钢筋桁架楼承板可采用叠合板和现浇楼板两种体系，现浇楼板底模又分为镀锌钢板、木板和复塑板，其中木板和复塑板底模可在混凝土浇筑完成后拆除底模重复利用。钢筋桁架楼承板实现立体交叉作业，大大缩短主体结构施工周期。

2.2 全模块化体系

全模块化结构体系划分为柱模块、梁模块和板模块和围护模块，由柱、单元连接件、主梁、次梁、水泥基墙体、结构保温墙板、木格栅、金属屋面组成，采用集成厨房、集成卫浴，智能家居电器等集成系统，满足生态、宜居、智能、高效、多元的未来生活方式。

全模块化体系V1.0 以构件模块化进行装配，包含主结构（梁模块、柱模块、屋面模块、外墙模块、内墙模块）、围护体系（门模块、窗模块、外挂保温板模块、格栅模块）、连接构造（螺栓、标准件连接）。钢结构主体部分采用现场全螺栓连接；围护体系与结构构件间采用标准连接件快速连接；主体结构均采用可再生的型钢材料，屋顶采用彩光板，外围护采用轻质墙板等，绝大部分材料回收后可作为再生资源，可再生材料占总类别比例超过40%。同时在屋顶设置24 块太阳能光伏板，年发电量可达2.1 万度。

随着工业化和装配化的发展，模块化钢结构逐步迈入V2.0时代，将梁板等组成楼板模块，内外墙在加工厂组装成墙板模块，同时在楼板及墙板内穿入集成管线，在墙板模块外增加装修饰面，实现建筑装饰一体化。模块化钢结构V3.0 时代采用BIM 技术实现可视化虚拟建造，可根据业主需求在设计期间随时进行修改，根据模块间可进行多样组合，并根据不同的功能需求，形成学校、办公楼、住宅等多种产品。

全模块化体系钢结构，从构件装配到模块装配发展到单元装配，是智能建造的发展产物，其工业化程度高，结构灵活性强，可按照建筑模数进行批量生产，可满足大面积建造，是未来钢结构全模块化体系绿色建造的主要发展方向。