摘要：现阶段，钢结构在装配式建筑中得到大力推广和应用，已经引起业内的高度重视。在我国城市传统建筑中，现浇混凝土或砖混结构等是重要的结构形式，这种方式需要投入大量的人力成本，而且也存在着较多的安全隐患，所以这种传统的建筑结构难以与现代城市建设需求相符合。因此，必须要加强装配式钢结构的广泛应用。
关键词：装配式；钢结构；建筑物设计
引言
装配式钢结构建筑大多采用轻质高强构件，通过模数化的构件尺寸形式进行现场施工安装。相较于传统建筑，在经济效益和环境效益方面具有更大的优势，更符合“绿色建筑”的施工理念。目前国内装配式钢结构住宅体系主要分为框架－支撑结构体系、钢框架－剪力墙体系和混合框架－剪力墙体系。
1钢结构在装配式建筑中的应用优势
1.1综合效益较好
由于装配式钢结构的建筑构件承载能力强、截面面积较小，节约了大量的钢材和混凝土，并且可以降低建筑工程基础建设费用。此外，装配式钢结构建筑中的钢构件和混凝土构件都可以在工厂预先加工完成，在很大程度上加快了施工进度，节约了时间成本，提高构件质量，减少了施工过程中由于构件质量不达标造成的返工费用。
1.2重量轻、抗震效果好
在钢结构中常用的钢构件有薄壁钢管和热轧型钢，截面形式受力合理，在惯性矩相同时其重量较轻，既能够满足强度要求又可以减少结构自重，因此适合用作装配式钢结构的主要承重部件。另外，装配式建筑中的外墙、隔墙、楼面板都可以采用质量较轻的建筑材料，荷载较小，减少对主要承重构件的影响。此外，装配式钢结构建筑可以充分发挥钢结构强度高、塑性和韧性好的特点，大大地提高了建筑的安全性、稳定性和可靠性，增强建筑的抗震性能。
1.3符合绿色建筑的要求
装配式钢结构建筑和传统的混凝土建筑相比，能够明显地减少施工过程中产生的光污染、水污染、大气污染等，减少建筑垃圾的排放，降低能源损耗，因此不会给周围的生态环境带来负面影响。此外，由于装配式钢结构中的结构构件都是按照统一的标准尺寸进行生产的，因此在完成使用功能后很多构件还可以拆除，在其他建筑中进行重复利用。有的建筑施工原材料经过一定的加工处理后也能够循环利用，实现资源再利用的目的，体现了绿色环保的理念，并且可以节约成本，是真正意义上的绿色建筑。
2装配式钢结构建筑物设计方法
2.1建筑设计
2.1.1选择合适的围护体系并按模数进行划分
建筑物围护体系分为内墙板和外墙板。外墙板的选择除需满足受力、保温、防冷桥、门窗复合、外饰面复合等要求外，外（内）墙板仍需满足防开裂、防漏水、防火、隔声、方便制造、方便施工、成本控制等要求。围护体系按照使用的部分和模数进行合理划分。
2.1.2注重细节构造的做法
细节构造做法涵盖的范围很广，如围护体系接缝处的防渗水与防火做法（需优先考虑）；管线穿越围护体系的衔接；围护体系中复合门窗的接缝处理等。
2.2结构设计
2.2.1对装配式围护体系采用合适的支承方式和设计
钢结构与钢筋混凝土结构相比其动力延性性能较好，因而其地震弹性层间位移角限值较高为1/250、弹塑性层间位移角限值为1/50。随着结构层间位移的发生，围护体系也随之而移动或变形，各标准件之间的缝隙可用于适应结构层间位移，而标准件自身的强度则抵消剩下的应变。装配式围护体系采用内墙板和外墙板。内墙板采用轻质内墙条形大板，墙板与梁柱之间预留合适的空隙以适应结构层间位移，抗震计算时可不考虑其刚度影响。外墙板采用外挂形式，外墙板与梁柱的连接可结合层高和自身强度，采用点支承或者线支承，其中点支承分为旋转式、平移式和固定式。内墙板和外挂墙板的设计计算可参见相关规范，不作赘述。
2.2.2注重细节构造的做法
外挂墙板与结构主体的连接方式以上文各种支承假定进行设计，结构受力明确，连接设计易于实现。但是外挂墙板间接缝处设计则尚未有相关计算方法，仅规定板间接缝的限值，可是板间接缝对外挂墙板的性能目标实现起关键作用。
为此针对板间接缝的分析计算过程如下：
假定外挂墙板的板缝应满足温度变化引起墙板接头所发生的位移要求。外挂墙板在多遇地震作用下，板缝间的防水密封胶不破坏。外挂墙板在罕遇地震作用下，外挂墙板不能有相互碰撞的情形发生，板缝宽按如下方法计算。
（1）温度变化的要求。由温度变化决定的板缝宽度限值W1由下式计算：
式中：M1为防水密封胶的设计伸缩率；δ为混凝土外挂墙板接缝宽度的施工容许宽度，可取±5mm；∆u为外挂墙板因温度变化所产生的墙板端部位移量（mm）。外挂墙板因温度变化所产生的墙板端部位移可按下式计算：
式中：∆u为墙板端部位移（mm）；k为修正系数，通常取0.7；∆t为墙板表面温度差（℃），通常取40~60℃；L为相邻墙板中心间距；K为板端接头位移折减率，通常取0.1。
（2）多遇地震作用下层间变位的要求。外挂墙板在多遇地震作用下，板缝间的防水密封胶不破坏，此时板缝宽度限值W2由下式计算：
式中：M2为防水密封胶的设计剪断位移率；∆u为层间位移（mm）。按下式计算：
式中：H为楼层高度；θe为层间弹性位移角，通常可取1/300，也可根据结构实际层间弹性位移角确定，在抗震设计时，应不小于主体结构弹性层间位移角的3倍；δ为混凝土外挂墙板接缝宽度的施工容许宽度，可取±5mm；K为板端接头位移折减率，通常取0.1。
（3）罕遇地震作用下层间变位的要求。在罕遇地震作用下，外挂墙板不能有相互碰撞，确保墙板不发生脱落破坏，此时板缝宽度限值W3有下式计算：
式中：H为楼层高度；θp为层间弹塑性位移角，通常可取1/150（钢结构），也可根据结构实际层间弹塑性位移角确定。
（4）板缝宽度确定。外挂墙板缝W应满足下式要求：
式中：M1（防水密封胶的设计伸缩率）的取值为高性能建筑密封胶的位移能力分级；M2（防水密封胶的设计剪断位移率）的取值：20级及以下的密封胶可取40%、25级及以上的密封胶可取60%。
结合外挂墙板所采用的支承方式，对上述板缝宽度计算方式的分析如下：
（1）平移式点支承：非常适用。因为平移式点支承的变形特征是一端点式固定、另一端点允许平移、自身平面内所受变形较小，而该变形特征与板宽计算假定基本相同。
（2）旋转式点支承：适用，但实际板缝宽度不大于计算值。因为变形特征相类似，但是其两端均可移动，导致变形量会小于一端移动。
（3）固定式点支承：不适用。因为固定式点支承的变形特征是一端点式固定、另一端点允许转动不允许移动、自身平面内承受所有变形，而该变形特征与板宽计算假定完全不符。
（4）线支承：可参考。因为线支承的变形特征是一端线式固定、另一端点允许平移、自身平面内需承受部分变形，而该变形特征与板宽计算假定仅类似。
本文板缝宽度计算方法适用于平移式点支承的外挂墙板。
结语
总之，在建筑工程中，应用装配式钢结构建筑是至关重要的，可以促进建筑施工的顺利进行，顺利完成工程任务、满足工程建设要求，并且还可以对建筑工程成本进行有效控制，不断节约工程造价，避免出现不必要的浪费和流失现象。
参考文献：
[1]张海宾，焦伟．我国装配式钢结构建筑发展中存在的问题及对策［J］．建筑技术，2018，49（S1）：225－226．
[2]杨红艳.钢结构装配式住宅的设计及优化[J].建筑工程技术与设计，2015（22）：587.
[3]刘永霞．预制装配式钢结构建筑设计要点及经济性研究［J］．中国新技术新产品，2016（21）：167－168．
论文作者:李自来
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/29
标签：墙板论文; 钢结构论文; 位移论文; 建筑论文; 外挂论文; 宽度论文; 体系论文; 《基层建设》2019年第16期论文;