钢结构装配式建筑的发展及技术体系特点

引言2020年一场突如其来的“新冠”疫情打乱了人们原本的正常生活，也将装配式建筑这个新的建筑体系带入了人们的视野，在全国人民的见证下，建筑单位在短短十日内完成了火神山的建设、十八日之内完成了雷神山的建设；2021年初，河北石家庄的疫情，装配式集成房屋再一次发挥巨大的作用，仅仅几日，3000套集成房屋拔地而起，凸显了钢结构装配式建筑的巨大作用，同时也让人们逐渐了解钢结构装配式建筑。钢结构在居住类房屋建筑中的发展应用，需要具有较高的技术水平，与传统钢筋混凝土的建筑相比，钢结构装配式建筑的工程造价相对较高，但因其在相同条件下占地面积较小，得房率高[1]，施工速度快，受环境因素影响较小等多重优点而逐渐被接受。特别是国内的一些大中型城市，因人口密度大[2]、土地稀缺等因素，多采用高层钢结构建筑，这也是我国工业化发展的必然趋势[3]。同时建筑用钢构件、PC预制构件等均由预制生产厂家在工厂内完成下料、切割机焊接、浇筑、养护等，达到龄期后运送到施工现场进行安装，为后续现场工作提供了极大的便利。该种建造方式不受季节的影响，全年均可正常施工，省去了现场养护的时间，无需按跳仓等工序，可实现连续施工，大大缩短了工期。并且就建筑的功能性而言，因钢结构装配式具有重量轻、强度高、抗震性能好、易于加工等特点，也更易于被开发者采用。1、钢结构装配式建筑的发展现状

1.1国内发展现状

我国1996年开始成为全球钢材生产量第一的国家，此后钢材产量更是不断增加，然而用钢量却很有限，导致产能严重过剩。国内当时采用较为传统的建造方式，建筑中含钢量只是总钢材量的4%，但当时发达国家总的用钢量为30%，而国内的钢结构也仅占钢材总量的5%，远低于其他发达国家。因此，国家出台多项利好政策鼓励钢结构产业的发展，消耗过剩钢材产能。2016年国务院总理李克强在政府工作报告中提出了要大力推广绿色建筑和绿色建筑材料，积极倡导推进装配式建筑和钢结构建筑，同时要提高装配式领域的规范等[4]。这是国家首次在政府层面提出发展钢结构建筑的工作报告，随后几年，越来越多的省市、自治区颁布相关政策，鼓励建筑单位应用装配式建造的方式开展建设工作。2020年河北、浙江、四川、山西、云南等多个省市陆续出台关于推动钢结构装配式建筑发展的政策，其中河北省政策指出要开展为期3年的建设试点，建设不少于5万平方米的钢结构装配式建筑，建设中要着重提高建筑的品质，大力开展应用于钢结构装配式的部品部件和节点技术[5]。

1.2国外发展现状20世纪70年代，装配式建筑形式开始应用于美国。1976年，美国国会通过了《国家工业住宅建设和安全法案》。同年，国会制定了一套更为严格的规范，目前也在应用。如今美国的装配式建筑不仅注重住宅的品质，在性能方面也做出了很多关注。德国的装配式房屋建筑体系，主要应用剪力墙、混凝土、组合板等，装配式混凝土结构具有较好的强度和耐久性能，并且德国是目前推进低能耗建筑速度最快的国家，走在了大部分国家的前列。英国正大力推进装配式建筑的发展。政府指出要努力提升施工现场的发展，减低生产成本，提升装配率，节省现场施工时间，提高建筑品质及安全性能，最后增加产出利润率10%；通过新产品开发，强化组织和工业生产。1968年，日本提出了预制房屋的概念。1990年，日本引进了中高层住宅生产体系，采用构件化、工业化的生产模式，生产效率高，住宅内部结构多变，适应了居民的各种不同需求。在推进规模和工业化结构调整的过程中，住宅产业经历了从标准化、多元化、工业化到集约化、信息化的不断演进和完善过程。新加坡的装配式建筑推广速度较快、范围广，住房政策和装配式住房发展理念被多数国家认同。2、钢结构装配式建筑体系的技术特点

唐山启新C01三栋高层钢结构装配式住宅项目，采用金隅特色高层钢结构装配式建筑体系，解决传统装配式钢结构渗漏、防腐、保温冷桥、露梁露柱及设备安装式结构破坏等常见问题，是金隅智造房屋极具代表性的样板工程。2019年，凭借领先的技术和优异的工程质量，项目荣膺“十三五国家重点研发计划绿色建筑及建筑工业化重点专项示范工程”和河北省装配式建筑示范工程。

该项目基于高层钢结构装配式的建设形成了多套施工技术体系，方便施工的同时，大大的缩短了建设周期，并能保障施工质量，所采用技术均获得了良好的施工效果，并收获了一致好评。

2.1支撑体系技术2.1.1钢桁架楼承板倒挂式支撑技术可重复利用钢结构装配式住宅桁架楼承板倒挂式支撑系统（如图所示），该系统结构简单，能满足大开间、灵活分割的要求，施工简单，实现了钢结构装配式住宅工程的多层同时施工，大大缩短了工期[6]。倒挂式支撑系统2.1.2PC叠合楼板支撑三脚架该三脚架式独立支撑施工技术，克服现有技术的不足，在一定范围内高度可调节，适用于各种建筑工程叠合楼板支撑。PC叠合楼板支撑三脚架模型如图所示。PC叠合楼板支撑三脚架模型2.1.3可拆卸空调板支撑支架可拆卸空调板支撑支架，将支架固定在钢结构的型钢钢梁上，无需在地面搭建脚手架即可实现多层楼板同时施工，进而大大缩短施工工期。该支架利用螺栓顶住钢梁的上下翼缘之间，无需在钢梁上打孔、焊接。

2.2钢梁预制栓钉技术钢结构工程中，栓钉属于一种高强度刚度连接的紧固件，用于各种钢结构工程中，在不同连接件中起刚性组合连接作用（如图所示）。栓钉用在钢结构表面用来连接表面的混凝土层，起到增大连接面积，增加接触面抗剪强度，使钢梁与混凝土表层牢固结合、共同受力等作用。通过合理设计改变栓钉焊接方式，工厂焊接既能保证焊接精度，同时不影响模板铺设，提高施工质量，节省人力物力缩短施工工期。钢梁预制栓钉2.3预制钢管柱成套技术采用钢管柱工厂预灌注混凝土的方法解决了小截面方管柱不安全、质量不稳定、工期较长等问题（如图所示）。每层可有效节约工期1.5天，显著提升了施工效率及施工质量。采用钢管柱工厂预制灌浆通过钢柱内部特殊结构，对预制钢管混凝土柱进行现场对接安装，并进行灌注高强灌浆料补强。与传统施工方式造成钢管柱灌浆不密实的弊病相比，该技术提高整体施工质量；能够降低施工过程造成的噪音、扬尘等不良影响；受气候条件制约小，节约项目冬施成本费用。

2.4钢管混凝土柱防火节点处理技术钢管混凝土柱的防火处理组合方案：厚型防火涂料+加气混凝土防火板，加气混凝土防火板能够有效解决反水、潮湿问题；厚型钢结构防火涂料保温隔热性能好，耐火、耐候、防腐性能优异，粘结牢，附着力强，直接喷涂和抹涂施工，施工方便快捷，干燥固化快。3、钢结构装配式建筑体系的优势

唐山启新C01三栋高层钢结构装配式住宅项目，其钢结构装配式有以下四方面的优势，一是质量可控：工厂标准化生产，尺寸精确到毫米，现场装配化施工，隐蔽工程少，质量透明；二是工期可控：现场用工量减少，工期可缩短；三是施工受天气和气候影响小；四是成本可控：工程量计算精确，工程变更少、签证少，成本易于控制。结语

目前高层钢结构