刍议装配式钢结构建筑围护体系发展现状

2020-03-01吴谦

绿色环保建材 2020年7期

吴谦

湖南中天建设集团股份有限公司

1 引言

改革开放起，我国建筑行业开始快速发展，各地建筑工程拔地而起，装配式建筑是近几年出现的一种新的建筑结构形式，可有效提高建筑质量，规范建筑工程建设过程。对比发达国家，我国装配式建筑渗透率差距巨大。主要发达国家建筑现代化推进已经较为成熟，建筑业相对成熟、完善。工业化程度高的发达国家均曾开发出各类装配式建筑专用体系。近几年，为推动我国建筑行业快速发展，住建部印发的《“十二五”绿色建筑和绿色生态区域发展规划》首次明确提出要我国要加快形成装配式混凝土、钢结构等工业化建筑体系，这就为我国装配式钢结构建筑围护体系发展创造了良好的基础条件[1]。根据我国现行规范，可知围护体系主要是指装配式钢结构建筑的屋顶、楼板、门窗等。装配式钢结构建筑和传统建筑的围护体系存在一定的差异，比如传统混凝土建筑无须重新布置内围护结构，而装配式钢结构建筑则需要设置CRC、定向刨花板、水泥限位板等墙体，还需要采用预制预应力混凝土叠合楼板、纤维水泥压力板等构成楼板体系。从客观的角度看，围护体系的发展基本就代表了装配式钢结构建筑的发展，是为我国住宅产业现代化改革中的重中之重，立足于当前的实际情况，对装配式钢结构建筑围护体系发展概况进行梳理，对我国装配式钢结构建筑发展大有裨益。

2 装配式钢结构建筑外围护体系国内外研究情况

2.1 装配式钢结构建筑外围护体系国外研究情况

发达国家的装配式钢结构建筑建设技术相对成熟，以墙体为代表的围护体系同样也处于较为成熟的发展阶段。大致来看，国外的装配式钢结构建筑可分为两种类型，一是高层装配式钢结构建筑；二是低层装配式钢结构别墅。因发达国家建筑行业成熟较早，建筑市场早已饱和，故高层装配式钢结构建筑数量较少，而低层装配式钢结构别墅数量较多。所以低层装配式钢结构别墅的围护体系有较多选择。比如法国广泛应用的FCIs墙体系统、轻质复合板材墙体体系等等。国际上，装配式钢结构建筑的门窗围护结构多采用镀锌铝钢板、镀铝锌钢板等材料，这些材料可根据实际情况压缩成型、剪切等，具有较高的耐用性、实用性、经济性以及美学性能，是理性且性能突出的围护材料。从行业规范来看，发达国家的装配式钢结构建筑行业已经有了诸多配套规范、标准以及施工要求，所有五金件、板材、密封条等，都经过了详细的测试室以及认证，无论是门窗还是围护板材，均有相应的技术规范[2-3]。

2.2 装配式钢结构建筑外围护体系国内研究情况

国内建筑行业的发展起步时间相对较晚，国内的装配式钢结构建筑围护体系是在参照发达国家的基础上开始完善的。和传统混凝土现浇建筑结构相比，装配式钢结构表现出诸多优势：一是施工过程规范，通过工厂化定制，降低了现场人工作业带来的质量风险；二是施工效率更高，通过规范化装配，施工环节得到优化，施工过程符合标准化管理要求；三是可根据实际情况，对建筑结构进行优化，装配式钢结构建筑可根据建筑所在地以及建筑的建设要求，合理调整建筑构造，选择相应的围护结构体系，从而达到提高建筑工程质量的目的。

以装配式钢结构建筑内墙围护体系为例，我国装配式钢结构建筑的内墙围护体系由保温隔热材料、防水材料构成，主要为水泥纤维板、GRC 复合墙板、石膏板等。一是石膏板，本身是重量较轻、加工方便且防火性能突出的材料，多用于我国的室内装饰工程，可施作抹灰面层、墙面覆盖版、天花板、吸音板等。二是水泥纤维板是典型的纤维增强板材，可根据实际要求增加纤维含量，市面上的水泥纤维板大致可分为无石棉纤维水泥板和温石棉纤维水泥板，根据成型工艺的不同，又可分为无压力板和压力板。一般来说，水泥纤维板主要在装配式钢结构建筑用作为楼层板、阁楼板、外墙保温板等。三是定向刨花板，定向刨花板在我国建筑行业的应用时间相对较短，在实践中表现出耐冲击、工艺水平高等等特征，国内已经有了一定厂家开始大范围生产；四是GRC复合墙板，GRC复合墙板是一种以低碱度水泥砂浆材料为基础的板材，可和其他轻质材料构成一个完善的复合墙面围护体系。一般情况下，GRC 复合墙板和其他轻质板材作为墙体外层，内层则由轻钢龙骨等构成支撑体系。比如，某装配式钢结构建筑就综合利用alc 外墙板、挤压聚苯板、防火石棉板等材料，构成了一个结构性能良好且防火性能突出的外围护体系。

在楼板、门窗方面，除一般规范化产品外，我国装配式钢结构建筑主要应用轻钢材料、混凝土材料在施工现场进行现场加工，部分预制率较高的建筑则采用了自承式纲吉你桁架、混凝土叠合楼板等材料，门窗主要应用铝合金、塑钢等，通过和密封条、泡沫胶等材料共同作用，形成一个完善的围护结构体系。

2.3 国内装配式钢结构建筑围护体系现存问题

2.3.1 技术水准相对较低

目前，我国装配式钢结构建筑围护体系的技术水准相对较低，多数产品都是借鉴发达国家自主研发产品演变而来，国内缺少高精尖的装配式钢结构建筑围护结构研发人才。尤其是在装配式建筑的结构设计、围护体系搭建工艺以及相关材料方面，缺乏一套完善的产业体系。这种产业体系的不健全，导致各类工艺、技术都无法达到足够好的应用水准，也无法很好解决相关问题。

2.3.2 规范性不足

尽管我国在大力推动装配式钢结构建筑工业化发展，但是仍旧缺少诸多规范标准。具体来讲，很多地区装配式建筑工程的建设多数都是属于实验性质的，尚未形成规模，意味着相关设计规范、工艺规范以及施工管理制度尚不健全。规范性的缺失，很容易导致装配式钢结构建筑设计及施工人员的工作没有依据，影响工程设计施工质量。从另一个角度来讲，相关监管单位，尤其是监理人员在针对这类建筑工程进行监督的时候，也存在无从下手的情况。显然，随着装配式建筑工程的优势被更多人认可，这类技术的发展趋势将越来越好，相应的规范标准也将逐渐成熟。

2.3.3 市场化不足

虽然目前我国装配式钢结构建筑市场发展前景可观，但是目前尚未实现全面市场化。主要表现为，具备装配式建筑工程构件制造生产的厂家尚未形成规模，建筑工程的专业级设计团队比较少，建筑工程开发商对这类建筑的兴趣虽有，但仍处于观望状态。而消费者对装配式钢结构建筑的认可程度还有待提升，因缺少规范指导，部分装配式钢结构建筑甚至造价远超传统建筑。这一切都导致装配式钢结构建筑的市场规模不足，无法支撑其形成良好的发展机制。

3 推动我国装配式钢结构建筑围护体系发展建议

3.1 完善配套规范

装配式钢结构建筑围护体系是在装配式钢结构建筑的基础上得以完善的，所有围护材料、结构技术发展必须建立在装配式钢结构建筑的基础之上进行完善，发达国家的装配式钢结构建筑发展起步时间较早，故相关的配套规范较为齐全，我国则应立足于当前的实际情况，系统梳理装配式钢结构建筑发展前景以及发展需求。根据《钢结构住宅建筑产业化技术导则》《国务院关于促进房地产市场持续健康发展的通知》《促进绿色建材生产和应用行动方案》、《2016～2020 年建筑业信息化发展纲要》《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》等，进一步出台装配式钢结构建筑围护体系发展导则，确定各类材料标准、技术标准，明确未来几年的技术发展方向，并建立配套的装配式钢结构建筑围护体系验收条款，以创建出一个规范的发展环境。

3.2 提高技术水准

装配式钢结构建筑围护体系技术水准的提升要从两个方面入手，一是大量培育高新技术人才，比如材料研发人才、结构研发人才，通过改变高校专业设置以及高校学生招收结构，提高我国装配式钢结构建筑围护体系技术基础；二是要尽量打开装配式钢结构建筑围护市场，通过市场经济的促进作用以及政府的宏观调控作用，尽早形成符合我国建筑行业发展情况的装配式钢结构建筑围护体系市场基础环境。

3.3 创新围护材料

20 世纪80 年代，彩色金属压型板从日本引进到我国，经过数十年发展，该材料已经有了较大的进步以及改变，伴随钢结构建筑的广泛普及，该材料更是得到了质的飞跃。国家针对该类材料出台了诸多指导规范以及施工规程，比如《建筑用压型钢板》GB/T 12755-1991、《压型金属板设计施工规程》YBJ 216-1988等，但是该类材料在实际使用中却暴露出了较大的问题，比如防水问题、防水设计问题等一直没有得到有效解决。针对装配式建筑围护材料暴露出的相关问题，进入21世纪起，国内就开始推动材料研发工作，也取得了一定的成果。比如，刘旭东、秦连所提出的OHC围护系统，该围护系统具有良好的防水性能，且为符合我国建筑规范的刚性化围护材料，可有效提高建筑的保温性能、隔热性能，具有节约资源、绿色环保等等优势。以此为基础，国家应在当前的基础上，进一步推动新型材料以及新型围护结构的研究，解决传统建筑工程高耗能、高污染等问题，为建筑行业可持续发展保驾护航。

4 装配式钢结构建筑围护体系发展趋势分析

4.1 低、多层模块化建筑体系

如今绿色装配式刚接技术发展迅速，在一些地区的相关工程当中，出现了低、多层模块化的钢结构技术，进而发展为两种颇有前景的全装配钢框架建筑系统。第一种，是采用建筑构件作为全装配钢框建筑体系的基本元件，这种技术以户型模数化、构件装配化以及维护一体化等特点。该技术的基本原理为，在实际应用当中使用螺栓连接墙面、梁体、柱体以及楼板，这种工艺意味着装配施工的效率更高。同时，在该结构体系当中，可以将水电通信管道系统、围护墙板等和建筑主要结构紧密结合，在构件加工的时候就可以配置一部分管线，或者预留一些空间，在实际装配和后期装修时不用再对墙体进行二次改造。另外，这种类型的结构体系有极强的模式化特点，可以根据实际环境特点和用户需求，对构造模式进行灵活设计和制造。第二种是采用盒子型模块化的建筑体系，该体系主要是使用不同功能的单元来将建筑单元进行搭建和组合，这种体系的基本构建是热轧型钢，而在构件制造阶段，标准模数单元主要有3x3、3x6以及3x9三种类型，在施工装配时用螺栓进行连接。目前，这种装配建筑模型技术主要在办公室、救灾中心等建筑中应用。

4.2 装配式钢结构体系和PC构件结合

PC 构件在装配建筑中主要应用于楼板、楼梯、空调板等位置，可以对原本的钢结构体系给予补充，进一步加强钢结构的稳定性。在实际的制造施工当中，PC构件由于材料工艺方面的优势，能够适应更多的施工环境，同时在构件制造以及装配施工方面有更高的效率优势。另外，PC 材质的构件在保证强度、耐久性等达到建筑要求的同时，具有更轻质的特点，便于装配施工。并且，PC 构件的装配中可以有效发挥预应力技术的优势，基于工业化、模块化的技术处理，进一步发挥现代新型建筑材料的优势。在部分工程的应用当中，钢筋桁架叠合楼板中可以充分发挥PC钢结构材料的优势。在实际的建筑装配过程当中，通过自支撑叠合板拼缝构造带有桁架钢筋，这种结构的优势在于构造方式简单，同时相关构件在生产制造的环节当中能够事先按照设计要求布置好底板钢筋、桁架钢筋，并且采用带有桁架钢筋的浇筑混凝土来预制薄板。在装配环节当中，利用吊装机械来将构件送至设计位置，然后再将横向钢筋置于构件拼缝的位置，并浇筑混凝土。通过该工艺方法，可以得到双向叠合板，这种叠合板的优势在于自承能力十分出众，意味着在装配结构当中可以减少叠合板使用量，让内部空间更开阔、更灵活。最终的是，这种装配结构体系符合绿色工程技术要求，能够提高资源利用率，降低能耗。