论大力发展和应用装配式钢结构建筑的必要性

2021-05-31王海明WANGHaiming

建筑机械化 2021年5期

王海明/WANG Hai-ming

(中建二局第三建筑工程有限公司，北京 100070)

住建部发布的2020 年全国装配式建筑发展报告显示，近年来装配式建筑呈现良好发展态势，在促进建筑产业转型升级、推动城乡建设领域绿色发展和高质量发展方面发挥了重要作用。2020年，全国新开工装配式建筑共计6.3 亿m2，较2019 年增长50%，占新建建筑面积的比例约为20.5%，完成了《“十三五”装配式建筑行动方案》确定的到2020 年达到15%以上的工作目标。

从结构形式看，新开工装配式混凝土结构建筑4.3 亿m2，较2019 年增长59.3%，占新开工装配式建筑的比例为68.3%；装配式钢结构建筑1.9 亿m2，较2019 年增长46%，占新开工装配式建筑的比例为30.2%。其中，新开工装配式钢结构住宅1206 万m2，较2019 年增长33%。装配式钢结构集成模块建筑得到快速推广，为新冠肺炎疫情防控发挥了重要作用。

1 发展装配式钢结构建筑的相关政策支持

2016 年2 月，中共中央、国务院在《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》提出大力推广装配式建筑，缩短建造工期，提升工程质量。积极稳妥推广钢结构建筑。

2016 年9 月，国务院办公厅发布《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，要求按照适用、经济、安全、绿色、美观的要求，推动建造方式创新，大力发展装配式混凝土建筑和钢结构建筑，不断提高装配式建筑在新建建筑中的比例。坚持标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用，提高技术水平和工程质量，促进建筑产业转型升级。

2019 年6 月，住房和城乡建设部发布了《装配式钢结构住宅建筑技术标准》[1]，在钢结构住宅的集成设计，结构系统设计，外围护系统设计，设备与管线系统设计，内装系统设计，部品部件生产、施工安装与质量验收，使用、维护与管理等方面做了细致的规范。

2020 年9 月，住房和城乡建设部等部门发布《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》，指出大力发展钢结构建筑，鼓励医院、学校等公共建筑优先采用钢结构，积极推进钢结构住宅和农房建设。完善钢结构建筑防火、防腐等性能与技术措施，加大热轧H 型钢、耐候钢和耐火钢应用，推动钢结构建筑关键技术和相关产业全面发展。

2 装配式钢结构建筑的优势

2.1 技术优势

钢结构建筑具有诸多混凝土无法比拟的技术优势，如良好的抗震性能、自重轻、施工速度快、工业化程度高、构件预制率高等优点，具有天然的装配优势。同等体量的建筑采用钢结构比采用混凝土结构自重轻30%～50%，这也大大降低了基础工程的造价。钢结构延性高，经过有效的结构设计，可以大大提高结构的变形能力，使得其抗震能力大大提高。钢结构还特别适用于超高层、大跨度、大悬挑、复杂造型等混凝土结构无法解决的结构形式，其应用范围要大大高于混凝土结构。

2.2 产业优势

钢结构构件是由各种型材组成，工业化程度高、加工精度高，现场组装主要采用高强螺栓连接，能确保施工的精度，为一体化外围护墙、内隔墙、装饰装修提供了方便。装配式钢结构的大力发展有利于推进供给侧结构性改革，推动钢结构产业向工业化、规模化、标准化发展，有效降低装配式钢结构的造价，提升品质。

对于装配式钢结构来说，现场主要采用高强螺栓连接，现场焊接工程量少，有效缩短了施工工期，同时降低了对工人技术水平的要求，也降低了不良天气带来的无法施工的影响。

据统计，截至2019 年底，我国钢结构构件生产线2548 条，设计产能5423 万吨。为装配式钢结构的大面积推广提供了有利的供应链保障。

2.3 装配优势

住房和城乡建设部2017 年12 月发布了《装配式建筑评价标准》[2]，规范规定装配率指在单体建筑室外地坪以上的主体结构、围护墙和内隔墙、装修和设备管线等采用预制部品部件的综合比例。按照装配率的高低，可以将建筑分为A 级、AA 级、AAA 级装配式建筑。装配率为60%～75%时，评价为A 级装配式建筑；装配率为76%～90%时，评价为AA 级装配式建筑；装配率为91%及以上时，评价为AAA级装配式建筑。

表1 所示为装配式建筑中主体结构的评分标准，主体结构Q1 的总分为50 分。在混凝土装配式建筑中，主要得分项为梁、板、楼梯等平面构件，竖向受力构件一般以现浇为主，所以Q1 的得分一般不超过20 分。而在钢结构装配式建筑中，现场无湿作业，所有平面构件和竖向构件均为预制式，所以钢结构Q1的得分可以达到满分50分，这也充分体现了钢结构装配式的优势所在，钢结构建筑具备先天的装配优势。

表1 装配式建筑主体结构评分标准[2]

2.4 工期优势

装配式钢结构建筑中有少量现场焊接，但一般以现场螺栓连接为主，且现场无湿作业，施工工期相比传统工期有较大优势，传统的现浇钢筋混凝土住宅一般5～7 天施工一层，而装配式钢结构完全可以做到3 天一层，工期约为传统混凝土的一半，这样的工期优势对于总包的施工工期来说会大大减少管理成本，对于业主来说提前交房大大缩短融资成本。

2.5 绿色环保优势

装配式钢结构中的构件多为钢材，属于绿色环保建材，在回收和二次利用方面相比混凝土有着不可比拟的绿色环保优势。

装配式钢结构建筑的钢柱、钢梁、钢支撑、连接节点、螺栓等大部分均为在工厂加工完成，所有构件运抵现场后依据设计图纸进行现场连接、装配。由于没有现场混凝土的浇筑、振捣，能够有效降低施工现场的噪声污染、粉尘污染，环保节能优势明显。

3 发展的制约因素及解决措施

3.1 传统体制问题

建筑行业最大的问题是体制问题导致的设计与施工割裂。设计不为施工着想，施工不为设计考虑。解决上述设计和施工割裂的问题的措施就是要通过整合，使科技创新贯穿建筑业各个环节，打造完整的产业链生态。装配式建筑很重要的一个环节，就是设计一定要考虑施工阶段的安装问题，要尽可能简化施工环节，钢结构天生就符合装配式逻辑，现场施工对产业工人的技术要求仅限于现场焊接和螺栓连接工艺水准。而现阶段的装配式混凝土结构对施工的环节要求较高，如对梁柱节点的处理等关键技术对产业工人的要求很高，如何能够有效保障施工质量并无有效的检验措施。节点质量不能保证就与传统抗震设计理念——“强节点、弱构件”相违背，导致地震来了首先在节点薄弱部位破坏。所以钢结构是装配式建筑的发展方向，具有广阔的前景。

3.2 传统观念问题

钢结构住宅在欧美、澳大利亚、日本等发达国家和地区已经非常成熟和完善，相关的产业链也很完善，但对国内民众来说认可度并不高。国内民众的固有思维里，认为只有混凝土造的房子才厚重、结实、牢靠。习惯也可以慢慢转变，从民众重视环保理念着手，辅以政策层面支持，逐步转变思维。为此，国家也做了统一部署，住房城乡建设部陆续批复浙江、山东、四川、湖南、江西、河南、青海等七省开展钢结构装配式住宅建设试点，试点方案各具特色，目标明确，任务具体，聚焦于钢结构住宅建设、完善钢结构产业链、培育行业主体、加强行业监管和质量标准体系建设等，立足于装配式钢结构长远发展。

提高装配式钢结构的社会认知度和认可度，让更多的行业主体积极转型，为人民群众建设品质优良、性能优越的建筑产品，着力营造各方关注和支持装配式建筑发展的良好氛围。

3.3 建造成本问题

现阶段的钢结构建造成本高于混凝土的建造成本，主要是因为钢材的直接材料费高，其次是制作加工成本高，钢构件标准化后就可以做自动化生产线，标准化后施工工人也少了，加工成本就降低了，施工成本又可以大大降低。所以现阶段成本高的主原因是这一产业链还没有完全成熟，无法做到成本最低。

钢结构因为自身重量要远低于混凝土结构，基础费用会明显降低，工期优势也会大大降低管理成本和融资成本。装配式建筑内在逻辑是产业工业化、现代化，大规模工业化流水线生产，会使得成本大大降低，所以整个产业的发展和转型升级一定是成本降低、质量提升、效率提高。

装配式钢结构的发展亟需标准化，加强钢材加工企业与设计院、总包单位的协同作业，做到信息共享，推进标准化构件在设计、生产、施工环节的应用，以工厂化、标准化、规模化生产替代定制化、个性化作坊式加工，这是装配式钢结构降低成本的重要因素。

住建部2020 年7 月发布的《钢结构住宅主要构件尺寸指南》[3]，宗旨就是将标准化理念贯穿于钢结构设计、制作、施工、运营维护全过程，引导型钢生产企业与设计单位、施工企业就构件常用截面形式、尺寸和长度等进行协调统一，推进构件标准化，提高设计和施工效率，进一步推进钢结构住宅的品质、效能和经济效益的提升，节约成本。未来装配式钢结构的成本优势会显现出来。

3.4 相关技术问题

钢结构装配式建筑本身因为以钢材为主，各种受力构件、非受力构件对防火、防腐、防锈的要求均需满足规范及日常使用。由于防火、防腐材料自身有使用年限要求，这导致在正常使用周期内的维护费用有所提高。这就要求我们需不断完善相关产业链的技术攻关，使之与装配式钢结构的发展和推广相配套，确保少增加或不增加后期使用和维护费用。

3.5 配套人才问题

制约装配式钢结构发展的人才因素是现阶段必须解决的问题，传统设计院的设计任务量80%以上都是混凝土的，这就导致了市场上从事钢结构设计的人才偏少。同样，钢结构施工的人才也偏少，少数的钢结构安装公司把控着现有的钢结构施工体量。加快制定相关标准和培养适应装配式钢结构从设计、制造、施工全产业链的新型技术人才、管理人才势在必行，新型技术人才和管理人才同样是推广装配式钢结构建筑的关键一步[4]。