摘要：从装配式钢结构的基本规定和特点展开叙述，对装配式钢结构与传统建筑从多方面进行比较分析，阐述了装配式钢结构所面临的建筑技术问题。
关键词：装配式钢结构；装配式；建筑体系
引言：20世纪70年代至今，随着全球经济的快速发展，钢结构在全球经济发达国家和地区得到了深入的发展，总体走向成熟。这些发达国家装配式钢结构的科研和工程应用起步较早，工业化水平已经很高。迄今为止，国外装配式钢结构已经形成了相当规模的产业化体系，并且在产业化生产方面的研究已经进入对体系灵活性、多变性的研究阶段。这对我国钢结构体系及其产业化的发展有很大的借鉴意义。
装配式钢结构是指以工厂生产的钢型材构件作为承重骨架，以新型轻质、保温、隔热、高强的墙体材料作为围护结构而构成的民用建筑。钢结构产业化即是以钢结构民用建筑为最终产品，通过社会化大生产，将钢结构产业化的投资、开发、设计、施工、售后服务等过程集中统一成为一个整体的组织形式。
一、装配式钢结构基本规定和特点
1、装配式钢结构基本规定
（1）装配式钢结构建筑应采用系统集成的方法统筹设计、生产运输、施工安装和使用维护，实现全过程的协同。
（2）装配式钢结构建筑应按照通用化、模数化、标准化的要求，以少规格、多组合的原则，实现建筑及部品部件的系列化和多样化。
（3）部品部件的工厂化生产应建立完善的生产质量管理体系，设置产品标识，提高生产精度，保障产品质量。
（4） 装配式钢结构建筑应综合协调建筑、结构、设备和内装等专业，制定相互协同的施工组织方案，并应采用装配式施工，保证工程质量，提高劳动效率。
（5）装配式钢结构建筑应实现全装修，内装系统应与结构系统、外围护系统、设备与管线系统一体化设计建造。在深化设计阶段监理方将详细审核图纸，给出合理化建议。
（6） 装配式钢结构建筑宜采用建筑信息模型(BIM)技术，实现全专业、全过程的信息化管理。
（7）装配式钢结构建筑宜采用智能化技术，提升建筑使用的安全、便利、舒适和环保等性能。
（8）装配式钢结构建筑应进行技术策划，对技术选型、技术经济可行性和可建造性进行评估，并应科学合理地确定建造目标与技术实施方案。
（9）装配式钢结构建筑应采用绿色建材和性能优良的部品部件，提升建筑整体性能和品质。
（10）装配式钢结构建筑防火、防腐应符合国家现行相关标准的规定，满足可靠性、安全性和耐久性的要求。
2、装配式钢结构特点
装配式钢结构与传统的建筑形式相比，具有以下的一些特点：
（1）重量轻、强度高。由于应用钢材作承重结构，用新型建筑材料作围护结构，一般用钢结构建造的重量是钢筋混凝土的二分之一左右，减小了房屋自重，从而降低了基础工程造价。由于竖向受力构件所占的建筑面积相对较小，因而可以增加的使用面积。同时由于钢结构采用了大开间、大进深的柱网，为住户提供了可以灵活分隔的大空间，能满足用户的不同需求。
（2）工业化程度高，符合产业化要求。钢结构的结构构件大多在工厂制作，安装方便，适宜大批量生产，这改变了传统的建造方式，实现了从“建造房屋”到 “制造房屋”的转变。促进了产业从粗放型到集约型的转变，同时促进了生产力的发展。
（3）施工周期短。一般三、四天就可以建一层，快的只需一两天。钢结构体系大多在工厂制作，在现场安装，现场作业量大为减少，因此施工周期可以大大缩短，施工中产生的噪音和扬尘、以及现场资源消耗和各项现场费用都相应减少。与钢筋混凝土结构相比，一般可缩短工期二分之一，提前发挥投资效益，加快了资金周转，降低建设成本3%-5%。
（4）抗震性能好。由于钢材是弹性变形材料，因此能大大提高安全可靠性。钢结构强度高、延性好、自重轻，可以大大改善结构的受力性能，尤其是抗震性能。从国内外震后情况来看，钢结构建筑倒塌数量很少。
（5）符合建筑节能发展方向。用钢材作框架，保温墙板作围护结构，可替代粘土砖，减少了水泥、砂、石、石灰的用量，减轻了对不可再生资源的破坏。现场湿法施工减少，施工环境较好。同时，钢材可以回收再利用，建造和拆除时对环境污染小，其节能指标可达50%以上，属于绿色环保建筑体系。
二、装配式钢结构建筑与传统建筑对比分析
钢结构产业化是钢结构发展的趋势。装配式建筑可以极大地促进混凝土结构、钢结构、木结构等绿色建筑材料的发展，是建筑材料的重大变革，还将带来建筑队伍结构的重大变革，这是实现高水平建筑节能和绿色建筑的重要途径。可以从以下几方面分析探讨。
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节地:装配式钢结构得房率比普通混凝土结构可提高5%-8%。建筑节地主要考察在相同建筑面积情况下不同结构体系提供的有效建筑使用面积的多少，并以此作为反映建筑对土地资源消耗的情况。钢结构体系：钢结构（钢＋混凝土结构）住宅得房率提高3.95%；全钢结构住宅在建筑的节地性能较为明显，钢结构住宅使用面积提高约6.9%。
节水:装配式钢结构为工业化生产、现场装配化施工，建造过程中节水效益明显，钢结构比混凝土结构能够节约25.8%的施工用水。
节能:从建筑全生命周期节能分析—综合计算建筑材料的生产、运输、安装、运维，与现浇混凝土结构相比，钢结构资源消耗量较少，而且可回收冶炼，循环利用，降低了项目全生命周期内的碳排放量，单位面积能耗量降低14.6%。
节材:建筑节材主要分析建筑营建过程中主要建筑材料的消耗状况，并通过全生命周期评价法（LCA）加人对可回收材料的统计，对建筑全生命周期的材料资源消耗进行分析对比。
钢结构体系耗费的建筑材料少于常规结构体系。主体结构采用钢结构，可回收冶炼，循环利用，利用率达70%-80%；龙骨采用冷弯薄壁型钢，可回收冶炼，灌浆料也可经粉碎处理循环利用；装配式楼承板底模可重复使用，降低成本，施工速度快，质量易于保证。
减少粉尘污染:我国的建筑垃圾已占到垃圾总量的30%-40%，建筑施工的扬尘也是造成PM2.5的一个重要因素，造成雾霾一次次笼罩城市。采用工业化、标准化和产业化生产，现场装配，实现绿色施工。将工地的事情工厂做，室外的事情室内做，高空的事情地面做，危险复杂的事情机器做。实现绿色施工，可大幅降低扬尘、噪声及污水排放等污染，减少施工垃圾，节省木材资源，真正实现“天蓝、地绿、水净”的美好城市建设。
三、装配式钢结构建筑技术问题
1、防火防腐性能
钢结构的致命缺陷是耐火性能较差，温度在200℃-600℃范围内时，随着温度的升高，钢材的屈服强度大幅降低；当温度达到600℃时，钢材则完全失去承载能力。钢材的耐腐蚀性也较差，其锈蚀速度与空气中湿度、温度和所处环境中的化学成分相关。钢材锈蚀对结构的使用寿命有很大影响，必须采取有效的防腐措施予以保护。
一般认为，钢结构防火防腐性能不好，采用涂料进行防护，涂料的寿命一般仅有十年左右，与建筑的设计使用寿命相差甚远。由于使用情况的不同，公共建筑允许后期的检查与维护，因此受到的质疑不多。而住宅钢结构则基本不可能在使用期间的户内进行相关的检查与维护，一下子似乎成为致命性问题。这个认识上的误区，甚至在业内技术人员中也广泛流传。
事实上，住宅钢结构在室内正常环境锈蚀极其有限，即便初期的涂装年久失效，腐蚀也在可控范围，根本不会影响结构安全。美国和日本几十年前建造的钢结构建筑使用至今已经充分说明了这些问题。甚至，根据日本的经验，目前建造的钢结构建筑已普遍不再进行防腐涂装。另外，钢结构的防火问题，也可通过防火片材的粘贴包覆处理，比防火涂料更为可靠。
所以，装配式钢结构建筑的防火防腐问题，技术上并不存在多大问题，更多的是一个认识问题。
2、居住舒适性
钢结构公共建筑的舒适性问题并不突出，受到诟病的住宅居多。这往往是住宅的建筑围护部品以及构造技术等问题造成的。
在过去的多年内，由于围护部品的配套资源问题、应用技术问题，造成围护部品选择不当，或者技术上的不成熟，工程师采用的墙体构造不合适，造成外墙裂缝、防渗、隔声、保温等等问题。
实际上部品选择得当、构造合理的围护体系，装配式钢结构建筑完全可以实现和混凝土剪力墙等同的居住舒适性。这些问题随着建筑围护部品配套的逐步成熟和工程师技术上的进步，正在得到有力改进。
3、建筑配套
过去的多年里，装配式钢结构的产业链还不健全，配套产业远远滞后于钢结构产业本身的发展，配套的外墙板、楼板、内墙板等可供选择的余地不大，价格也高。而钢结构公共建筑采用幕墙和楼承板的居多，配套问题不大。
近年来从国外直接进来的成熟产品、国内引进的以及自主研发的相关新型建材企业正在蓬勃发展，装配式建筑产业园和示范基地遍地开花，可供选择的部品部件已经基本形成体系。
4、建筑系统集成
采用怎样的材料和体系（包括楼板、墙体、厨卫等），才能与钢结构住宅相配套。钢结构住宅设计和施工技术已经较为成熟和完善，但楼板、墙板等的配套体系仍存在诸多问题尚未解决。楼板应具有较强的平面刚度和隔声效果，且施工应当方便快捷；外墙必须具备防潮、防湿、隔热、保温、防裂、防火等功能；内墙应具有隔声效果，并能灵活地安装与拆卸；厨卫设施也应该标准化设计
装配式钢结构的建造，是一个建筑系统集成实现整体建筑功能并满足用户需求的过程。越来越多的企业将重心转移到以建筑专业牵头，进行建筑系统集成、建筑产品化的思路上来。换言之，这是产品经理主导的一个产品开发，任何一个影响产品功能的问题，都可能导致产品无法让客户满意。
因此，必须摒弃传统的用钢结构直接替换混凝土结构的做法，从系统工程的层面去看待，以建筑功能为核心、以结构布置为基础、以工业化围护和内装部品为支撑，整体提升钢结构的使用功能和使用品质。需要综合考虑建筑功能、结构、围护、内装、机电，实现户型、外立面、结构体系、围护系统、管线系统、防火、内装等各方面的协同与集成，最终实现“像造汽车一样造房子”。
结束语：
预制装配式钢结构具有模块化、标准化的特点，适应工业化需求，且抗震性能优越、施工周期短、钢材可回收、综合技术经济指标好。在国内新建的装配式建筑里，大多为预制装配式混凝土结构形式，而在我国预制装配钢结构目前并不多见。但钢结构的显著优点都将让预制装配钢结构朝气蓬勃——因自重较轻，同钢筋混凝土结构相比要轻30％~50％；断面小，与钢筋混凝土结构相比可增加建筑有效面积8％左右。这些优势必会让预制装配钢结构成为未来建筑的发展方向。
参考文献：
[1]中国建筑金属结构协会钢结构专家委员会编. 装配式钢结构建筑技术研究及应用. 中国建筑工业出版社， 2017年5月
[2]崔璐. 预制装配式钢结构建筑经济性研究[D]. 山东建筑大学， 2015.
[3]郝际平，孙晓岭，薛强，等. 绿色装配式钢结构建筑体系研究与应用[J]. 工程力学，2017，34(1):1-13.
论文作者:吴海洋
论文发表刊物:《防护工程》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/18
标签：钢结构论文; 建筑论文; 结构论文; 体系论文; 钢材论文; 混凝土结构论文; 性能论文; 《防护工程》2018年第26期论文;