装配式钢结构建筑体系发展与应用

装配式钢结构建筑与传统现浇钢筋混凝土建筑相比，因其独特的天然属性，具有节约资源、减少污染、施工速度快、抗震性能好及易回收等优点，是全寿命的绿色建筑。国家及地方从“十三五”以来已经出台了一系列的意见、政策，要求大力发展推广装配式钢结构建筑体系，到2025年装配式钢结构建筑的比例达到50%以上。

装配式钢结构建筑体系发展

我国装配式钢结构建筑发展时间还不长，但在国家的大力支持下，企业、科研院所、高校等已经开展了不同程度的新体系的研究及应用。

（1）装配式钢管混凝土框架结构模式

该结构体系以钢管混凝土框架为基础，设置传统抗侧力构件如钢支撑混凝土剪力墙，核心筒或新型抗侧构件（如钢板剪力墙、防屈曲钢板剪力墙等），以轻型建筑内外墙为围护结构，采用部分装配化楼板，配合其他配套部件构成的钢结构住宅形式。

钢管混凝土结构具有承载能力强、延性好、抗震性能优异、耐火性与防火性能优良的特点，适用于高层住宅。与钢柱相比钢管混凝土结构节约钢材，降低造价；与传统钢筋混凝土建筑相比，其建造速度较快，工期短。

目前该体系常用的楼板形式有混凝土叠合板、压型钢板组合板、钢筋桁架楼承板以及双向密肋组合楼板等，楼板形式均实现了部分装配化免去了支模工作量，但管线设备大都需要敷设在现浇层内，不符合装配式建筑提倡的主体结构与设备管线分离的方式。

装配式墙板分为内嵌式、外挂式以及嵌挂结合式，由于结构经常需要设置钢支撑，内嵌式墙板装配困难，因此外挂式和嵌挂结合式更适用于钢管混凝土结构外挂式墙板包括玻纤增强复合板、太空板、陶粒混凝土夹芯板等，可整体一次性吊装，但室内梁柱外露明显，必须配合内装设计。嵌挂结合板包括 ALC板、DK 复合板等。优点为梁柱隐藏，外饰面只需吊篮作业，防雨性能良好。

装配式钢管混凝土结构从传统结构中进行改进，部品化率达到 70%左右，但主要体现在主体结构的装配化上，没有实现全装修和结构系统与外围护系统、设备管线系统的一体化建造。

（2）结构模块化新型建筑体系

模块化钢结构建筑可分为构件模块化可建模式和模块化结构模式（盒子建筑），模块化建筑是装配率较高的工业化装配式建筑，部品化率可超过 90%。湖南远大可建公司提出了构件模块化可建模式采用钢框架斜撑和装配式主板的形式，主板由工厂预制好的钢筋混凝土压型钢板组合板、钢桁架组成，并与斜撑立柱共同组成空间受力体系，工厂预制的主板内部集成了水电、消防、空调所有管路，地砖也在工厂预先贴好，现场只需进行拼接、安装。

该模式具有建造速度快、材料利用率高、现场安装无垃圾、噪音小、房间户型设置自由以及墙体门窗位置易改变等优点，但该结构还存在立柱及斜撑裸露以及隔音不好等问题。

模块化模式（盒子建筑），是将传统建筑房间按功能区域进行划分，由工厂提前预制好模块的立柱、天花板、楼板、墙体、管线、装修等，然后将箱型模块运输到现场进行吊装，其装配化程度高，工期短，建筑自重轻。

盒子建筑目前还在研究阶段，在国内应用较少。盒子构件的生产对工厂要求较高，由于其自身的特点，建筑外立面、户型可能受到限制，构件尺寸大，运输、吊装有待完善，同时，成本问题也是制约盒子建筑的发展原因之一。

（3）钢管混凝土组合异形柱框架支撑体系

天津大学陈志华、周婷婷研发了适用于多高层住宅建筑的钢管混凝土组合异型柱框架支撑体系。组合异形柱由单只矩形钢管混凝土柱通过竖向相互连接，并于一定间隔焊接横向加劲肋板而成。通过大量研究表明，各单只柱通过连接板能有效地协同工作，形成了格构式空间结构形式，从而提高异形柱的抗侧力能力。异形柱钢管截面较小，布置灵活，能够隐藏于建筑墙体内部，方便房间布置，该体系已应用于最高 80 米左右项目中。

（4）整体式空间钢网格盒式结构体系

贵州大学马克俭等提出了新型装配整体式空间钢网格盒式结构体系，可应用于多层、高层以及超高层住宅结构中。该结构体系在高层住宅中主要采用钢框架-核心筒结构，配合采用“装配整体式钢空腹夹层板网格结构”作为住宅建筑的楼板体系，现场将磷石膏或脱硫石膏浇筑于“装配整体式钢网格式框架”中构成住宅建筑的承重外墙及分户墙，横向钢网格楼盖与竖向钢网格墙架的网格尺寸小，具有板的受力特点，两者连接后就形成了三维受力的盒式结构。采用钢网格空腹夹层板，分户墙自由划分，不必遵循墙下必设梁的限制，可以灵活划分居室。但其缺点也很明显，例如钢空腹夹层板需设置吊顶，占用层高可达500毫米，严重影响净空高度，目前工程应用较少。

（5）钢管束组合剪力墙结构体系

杭萧钢构股份有限公司研发了钢管束组合剪力墙结构体系。该体系由钢管束组合剪力墙、箱型梁或 H 型钢梁作为承重构件，配合新型装配式钢筋桁架楼承板。CCA 外挂墙板等维护构件，钢管束剪力墙由多个 U 型钢管连接在一起，内部浇筑混凝土形成墙体，可根据需要将钢管排列成一字、十字、L形、T形等多种形状，避免室内露梁露柱情况的发生，但钢管束组合剪力墙具有用钢量高加工量大，安装工作量大等缺点。目前该体系成功应用于杭萧钢构研发试验大楼和杭州萧山钱江世纪城人才专项用房11号楼。

（6）箱型钢板剪力墙结构体系

浙江东南网架股份有限公司研发了一种多腔钢板剪力墙组合结构建筑体系，以解决传统钢结构住宅露梁露柱的问题。多腔体钢板剪力墙包括由若干钢板围成的多腔箱体，多腔箱体中设有角钢组件，内部浇筑混凝土。

楼板采用钢筋桁架楼承板或预制混凝土叠合板，内墙为轻质复合条板或蒸压加气混凝土板，外墙体系保温装饰一体化外墙组件，纤维水泥板复合外墙组件，装配式蒸压加气混凝土轻钢复合保温墙组件或轻钢龙骨灌浆墙。

装配式钢结构住宅存在的问题

（1）建筑围护体系有待发展

建筑内外墙的性能关系到用户居住的舒适度。目前墙板本身就隔音、隔热、防火等指标来说，国内很多产品已经达到一定的水平，但仍然存在产品质量参差不齐，执行产品标准不统一，墙板与钢梁、钢柱连接构造措施不完善，容易造成隔音差、渗水漏水，等问题。另外，围护墙体接缝处耐久度的问题也在近些年逐渐显现。墙板接缝处一般采用密封胶，黏结剂、嵌缝剂进行密封抹平，但在风雨日照的侵蚀、热胀冷缩，以及风激励的建筑结构摇摆下，部分项目在若干年后出现了内外墙开裂，渗水等现象。

（2）建筑配套设备管线系统发展滞后

装配式建筑提倡结构、围护、管线“一体化设计建造”，但在现今的研究中对建筑配套设备体系关注不够，给钢结构住宅的施工造成了很多不便。设计时没有处理好电线、水管与墙体的关系，部分小区在工程建好后出现了管线处开裂漏水的现象。另外，施工中还存在很多需要开槽开洞的情况，影响了施工效率。在预制装配式建筑中，楼板多为半预制半现浇构件，如在预制构件中预埋电气管线，则在工厂加工预制场敷设的周期，但由于对管线的位置精度要求很高，很难根据现场情况进行调整，灵活性较差。所以现在工程中大多为在现浇层中敷设管线。

（3）钢结构构件外露

高层钢结构，特别是大跨度、大开间的建筑往往需要较大尺寸的钢梁钢柱的钢构件难于隐藏。钢结构的抗侧力构件，特别是支撑也十分影响内部空间的美观，需要结构工程师与建筑师一起交互设计，使钢构件与户型功能吻合，合理布置，尽量隐藏钢构件。

（4）操作简单且造价低廉的防火防腐技术亟待研发

钢结构建筑由于其自身的特性，必须要进行防火防腐处理而性能优良的防火防腐技术往往造价高昂。对于民用住宅建筑，房地产企业对于单位造价十分敏感，防火防腐处理所带来的成本增加可能对装配式钢结构住宅的推广造成不利影响。

装配式钢结构住宅发展中一些建筑结构体系的特点，应用以及存在的一些问题，可以看出，钢结构装配式建筑体系正在向多元化发展，但不同体系的研究和应用程度相差很大，现阶段我国钢结构住宅的应用主要还是钢管混凝土结构体系，远大可建的装配式模块化体系也已初具规模，而其他体系还在尝试阶段。钢结构住宅的围护体系、楼板体系是组成建筑的重要一环，但现今不管是墙板本身还是墙板结构的连接，发展仍然很不完善，是钢结构住宅的短板。设备管线与结构的配合还存在一定问题，如装配率低，维修困难等。

发展装配式钢结构建筑，需要从建筑的整体出发，把握“装配式结构”和“装配式建筑”之间区别，将装配式发展的落脚点放在“建筑”上，即在钢结构体系已经相对成熟的情况下，着重发展其外围护系统、设备管线系统以及内装系统的装配化，改变传统钢结构建筑领域过分强调结构的重要性，而忽视围护系统、内装系统的现状，从而不仅提升消费者的居住体验，并且大大提高钢结构建筑的装配率。

（责任编辑：何雯丽）

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