基于民用建筑钢框架三板体系的国内外现状调研

杜书源

（山东华科规划建筑设计有限公司，山东聊城 252000）

1 我国钢框架三板体系的应用现状

1.1 钢框架三板体系的主要内容

1.1.1 钢框架三板体系的发展

我国钢行业的发展在19世纪就已经出现，但真正意义上的发展要在新中国成立之后，虽然“限钢用钢”仍然是政策把控，但随着钢材行业的不断进取、学习，我国钢材技术科技进步十分可观，通过采钢、炼钢在全行业的大力发展乃至全国范围下，我国钢材行业有了巨大的进步，不再受钢数量的限制束缚，加之政策及时合理地改革，“十二五”“十三五”又不断地加强对钢材行业的重视，其在我国有了飞跃性的发展。

随着我国钢材的飞速发展，应用于民用建筑的钢材建筑结构也不断追求着更高效、高质量的发展。传统的民用建筑运用钢结构简单是以钢筋、混凝土浇筑为主，其中对于钢材的利用程度不足，但如今将其与建筑的三板体系相结合，完善三板体系的选用材料、规格的标准、安全性能以及施工技术，在墙板、楼板中结合利用钢材替代混凝土的大量使用，既能保证建筑的结构功用，又可给建筑空间带来更多的可变性。钢材的应用有效减少了混凝土的用量，极大地减轻了建筑结构自身重量，同时钢框架三板体系的施工较为简单，有效缩短了建筑工期，钢框架三板体系的应用也大力推动了建筑行业的绿色可持续发展，是如今新兴的绿色建筑工程。

1.1.2 钢框架三板体系运用在民用建筑中的优势

随着我国居民城镇化的大幅增加，对于各类建筑的需求量也日益增多，建筑行业的迅速发展对于如今土地资源有很强的需求紧迫，为了解决这一突出的要点问题建筑行业越来越倾向于高层建筑、有大跨度范围的公共建筑，传统的混凝土称重结构会大幅地增加建筑基层的承压，对于地基的稳定安全性有严峻的挑战，并且加之越来越注重施工后的使用年限、应用率等问题，为适应当今时代的发展需求，以建筑工业化为代表的建筑设计标准化、建筑相关材料的工厂化、施工过程中各结构的装配一体化的科技需求也愈加强烈，其发展性更倾向于现场浇筑少、完全的装配式施工，同时施工建筑趋向于节能、环保，如今更加需要建设环境友好型的绿色建筑。

钢框架三板体系材料较于混凝土结构有较轻的重量，但承载性并没有明显的劣势，其结构的稳定性较强，应用在民用建筑中在安全性方面可以突出体现在抗震性能上。基于三板体系下的装配式钢结构发展有着自身质量轻、施工装配便捷等特点，是建筑工业化的显著表现，也是未来建筑行业发展的大势所趋。

1.2 钢框架三板体系在民用建筑中的应用

钢框架三板体系着重强调的是墙体、楼板、屋面板。钢结构中的三板体系主要承载了钢结构的安全性、美观性、实用性等功能，其在钢结构建筑中是重要的组成部分，总体来说，对于墙板的要求，相较于传统混凝土浇筑技术，需要更轻的质量、更高的强度以及保热性能更强，其突出特点为施工方简单方便、使用年限较长，同时在造价成本上，有着很好的保持，钢结构三板体系的稳定主要取决于钢结构骨架之间的协调配合性，这决定了钢结构建筑的安全性基础。在保证建筑楼体较强安全性的基础下，屋面板和楼板作为重要的建筑阻隔部分，需要有较强的防水性和隔音性，对于外部的墙体主要强调的是隔热性，在民用建筑中进行三板体系的应用分析主要包含有以下两点。

（1）钢结构的墙体部分主要起着支撑保护的作用，同时兼具有很强的保温隔热、隔音的功能，内外墙板根据各自作用不同有着不同的结合方式，其发展主要倾向于轻质型的复合墙板，我国如今最为常用的砌块类、轻质板材类。现场装配式的复合板需要进行现场的切割施工有一定的损耗量，多用铝合金板以及采用冷弯薄壁型钢等进行龙骨的施工，再加以特定螺丝钉并结合石膏板进行墙体部分的构建，这种方式的构建性较好，有较强的配套性；在内外墙板用料方面多为砖块状，其中传统上多利用粉煤灰、红砖以及混凝土等材质采用实心或空心的结构制成。如今新型用料多为复合型板材，例如ALC板材是在传统的以混凝土用料加以高压蒸汽方法制成的多气孔板材；JRC板材加入材料增强剂碱玻璃纤维并与钢筋混凝土所结合而形成的轻型墙板；还可直接利用石膏或是利用石膏与纤维材料结合形成的石膏复合板，其是具有绝热效果良好的防火板材；利用钢丝网作为骨架与塑料泡沫作为夹心，外层加以水泥涂制而形成的复合墙板；轻钢龙骨复合墙板是主要利用铝合金作为龙骨加以保温材料所组成的建筑面板。钢框架结构体系作为水平以及垂直的受力构建，多层住宅多采用H型钢框架，一般在使用时多采用刚性连接框架，在结构连接中采用刚接以及铰接方式进行连接，此种结构体系用钢量较大但各部的受力较为平均且结构组件较少，较易于施工；钢框架支撑结构体系，此种建筑结构是将钢框架与多由型钢组成的支撑结构结合形成的承重体系。此种支撑方式仅适用于水平方向的受力，可以减轻结构体系的重量，但是对于水平侧方位的抗阻能力较差，但整体来说具有一定的经济性。钢框架混凝土剪力墙是运用混凝土剪力墙进行受力，但此种方式结构的自身重量较大，且施工速度较慢。

（2）楼板的承重等结构性作用是建筑的重中之重，不同的建筑需求不同对楼板的选择上强调部分也不同，主要考虑到建筑的高度，住宅用房还应考虑适用、舒适等性能。可简要分为压型钢板浇筑混凝土、混凝土叠合、金属面板等种类。例如，钢筋桁架混凝土现浇楼板有很强的净空性能但现场湿作业，效率较低，压型钢板组合楼板则装配度更高。混凝土结合板是将钢与混凝土叠合后的组合梁与施工时的预制板、现浇层作为结合，有很强的载重受力能力。金属屋面板不适用于载人，造价低、建成速度快，可有多种的建造样式，一般来说其防水、防火性特点的应用较为主要，其夹芯板已经达到自动化的生产，有着质量轻、高强度的特点。

2 国外钢框架三板体系的应用发展

在19世纪80年代的美国就已经出现了高层的住宅钢结构，到20世纪50年代世界发达国家建立了较为完善的工业化钢结构体系。在近十几年我国的钢结构行业有着迅猛的发展，为促进建筑行业钢结构的优良发展，我国不断加强与世界各国的合作交流，彼此借鉴、互利共赢，对各国钢结构企业展开考察学习，也牵头进行了“一带一路”等政策的事实，努力推动钢结构行业的发展，为世界经济贡献了不可或缺的持续性力量。

国外对于建筑中钢结构的应用的最初推动力度即很强烈，在欧洲地区，随着历史背景的因素，二战过后欧洲各国进入快速的恢复期，在城镇的快速修复过程中，大量使用了钢结构建筑，加之工业化的建筑施工，欧洲各国逐渐形成体系化、制度化、配套化的建筑模式。德国多采用T梁、双T板、叠合墙等结合体系。法国的SCOPE体系主要采用浇筑混凝土进行组合梁、板，接合性较高，同时预应力架构的使用降低了施工复杂度，预制材料施工灵活性较高、使用年限较长。在英国，1999年发布了关于提高生活质量进行可持续发展的政策，就包含大力推动钢结构生产，如今钢结构建筑在于英国建筑的占比已经达到70%甚至更高，英国建筑钢结构行业十分喜爱其建筑速度快的特点，并结合经济效益、处于社会环境的适用性等进行大力的创新发展。在满足了社会基本需求后，建筑的环保性、舒适性是欧洲各国在近阶段主要发展的目标。

在亚洲地区的发达国家日本，钢结构不仅大量使用于居民住宅，几乎可见的工厂、商场等都用于此结构，日本高层建筑钢框架三板体系主要是由钢柱、钢梁以及钢框架结合而成。日本高发的地震环境，也造就、推动了钢结构的全方位施用，在20世纪50年代日本以明确的法律条文规定建筑行业的抗震性能标准，并且法律法文严格要求了建筑材料以及施工技术的标准，并大力发展装配式建筑工法。预制混凝土墙板框架利用PCa钢筋混凝土的楼板与剪力墙相组合进行混凝土浇筑，此种方法现今已较少的使用。预制混凝土框架结构RPC工法在日本实际使用较多，纯框架加之采用轻型的填充材料结合运用SI技术实现将支撑体、填充体的分离不但可具有较强的稳定性而且可以适应实际的空间需求有较高的灵活性。此外，纯剪力墙TiltUp工法、预制混凝土高层结构化HPC工法、梁柱PCa工法等也已经发展成熟。除此之外，日本对于建筑的环境要求也有较高的标准，在2000年便公布了关于建筑环境的宪章，基本达成完善度较高的市场钢结构体系，并严格要求进行钢结构材料的环保、可持续性发展，降低由于建筑因素带来的碳排放，同时加强对于结构材料的回收再利用，据统计在日本已有至少一半以上的钢材料进行了重复使用，不但加强了与自然的和谐共生、有利于资源的节约利用，还从技术层面上要求了钢结构建筑使用年限的时长。

3 结语

通过比较国内、国外钢结构三板体系的发展现状发现，钢结构在美国等发达国家已有了较长时间的发展，并且国外的钢框架三板体系行业的发展较为成熟，建筑施工的标准化、生产企业的体系化较强，并且成熟的行业发展在社会的应用、对外出产也有较协调的配合，而我国的钢结构发展起步较晚，且前期的发展速度较慢，但是根据现况来看，我国钢结构产业体系的发展有着很强的远景蓝图并且对于国外已成熟适用的钢结构体系有着较强的前进发展动力，但是在今后的迅猛发展中，行业政策性的改革、完善需要加紧步伐，制定适用于时代行业的技术标准规范，加强钢结构行业内部的监督监管，加大科技的创新力度。在未来，随着建筑行业的现代化、工业化，钢结构将会得到更全面的利用并且有着更广泛的发展。