随着国家供给侧结构性改革以及建筑业转型升级战略的稳步推进,发展装配式钢结构建筑已成为我国建筑业实现转型升级与建筑产业化的关键路径。装配式钢结构住宅不仅能够显著提升建筑质量、有效减轻地震灾害影响,还是缓解钢材过剩压力、构建钢材战略储备的有力举措,更是践行低碳经济、达成绿色环保目标的重要依托。
2019 年 3 月,住房和城乡建设部发文,明确提出要大力推广钢结构装配式住宅。自当年 9 月起,陆续批准了湖南、山东、河南、四川、江西、浙江、青海等地的钢结构装配式住宅建设试点方案。同年 12 月,在全国住房和城乡建设工作会议上,王蒙徽部长再度强调,要推进钢结构装配式住宅建设试点工作,完善相关标准,助力建造方式转型。
然而,鉴于装配式建筑在我国起步相对较晚,在发展进程中暴露出诸多问题。特别是在技术条件与标准体系等方面存在的诸多短板,已然成为制约我国装配式钢结构住宅发展的瓶颈因素。
装配式钢结构住宅特点
(1)轻质高强,抗震性能优越
从材料特性来看,尽管钢结构的质量通常为普通混凝土的 3.2 倍,但其钢材强度却可达混凝土的八倍以上。通过对钢材与混凝土应力应变的对比分析可知,钢材具有良好的延性,且内部结构组织均匀。在遭遇地震时,钢材出色的变形能力能够有效抵御地震对建筑结构的冲击,从而显著减轻地震对建筑物的破坏程度。
(2)工业化程度高
装配式钢结构住宅与其他装配式建筑一样,其所有结构构件和部品部件均在工厂以大规模生产模式进行制造,实现了生产制作标准化、施工安装装配化以及组织管理科学化,有力地改变了传统建筑建造方式。
(3)建设周期短
装配式钢结构住宅采用统一标准生产,集成式组合楼板、柱、墙等实现模块部品化,构件生产工厂化,将 “现场建造” 转变为 “工厂制造”。这不仅减少了施工现场的环境及噪音污染,还因现场无需混凝土施工养护周期,使得工期仅为传统建筑的 1/4 至 1/5,极大地节省了建筑工期成本。
(4)绿色环保节能
我国建筑垃圾数量占垃圾总量的 30% - 40%,可见建筑行业对环境和资源造成的影响颇为严重。相较于传统建筑,装配式钢结构建筑主要以钢材为建筑材料,其材料回收再利用率高达 70%。并且,钢结构建筑在建造及拆除后产生的建筑垃圾仅约为混凝土建筑的 1/4,有效降低了建筑垃圾对环境的影响,完全符合建筑节能与环保要求。
(5)空间布局灵活
装配式钢结构住宅所采用的新型轻质围护板材,具备结构空间跨度大、布局灵活的特点,可增加 5% - 8% 的使用面积。同时,各种管线均可暗埋于墙体及楼层结构中,实现装修一次到位,减少后期维护,能很好地满足住户多样化需求。
(6)缓解钢材产能过剩压力
近年来,我国钢材产量持续增长,尽管增速有所放缓,但供过于求的局面依旧严峻,钢铁企业急需开拓新的市场途径。此时,装配式钢结构住宅的发展为钢材提供了有效的应用方向,既能缓解钢材产能过剩压力,又可弥补装配式钢筋混凝土住宅的不足。
装配式钢结构住宅存在的社会问题
(1)标准规范体系不健全
装配式钢结构住宅体系涵盖主体结构、墙体材料、屋面材料、厨卫系统、管线系统等一系列复杂且综合的配套体系。然而,当下钢结构住宅相关技术规程主要聚焦于结构类与居住设计类,对于围护体系等关键部分缺乏明确且具体的规定。标准、规范的不完善,致使钢结构住宅市场发展受阻,严重制约了装配式住宅产业化的推进。
(2)造价管理与验收程序存在缺陷
现行工程量清单计价规范缺少针对装配式钢结构住宅的清单计价项目,无法契合装配式钢结构住宅的造价管理需求。同时,现行工程验收规范与装配式钢结构住宅工厂化生产、现场装配化施工的生产方式不相容,并且建筑行业传统的现场逐级验收模式,也难以适应装配式建筑的施工特点。这一系列问题给装配式钢结构住宅的造价管控与工程验收带来诸多不便。
(3)多方协调困难,效率低下
在当前施工承包模式下,建设单位招标总承包单位,总承包单位又将钢结构、楼承板、条板墙体、外墙保温、装修等分包给不同专业分包单位。施工过程中,多主体间工序交叉频繁,管理协调难度大,极易出现工期延误、质量难以保证、责任推诿等问题,极大地降低了生产效率。
(4)装配化程度有待提高
装配式钢结构住宅建造中,仍存在大量现场浇筑作业,不仅延长工期、增加人工成本,还加重对施工环境的影响。此外,部品部件加工制造成本偏高,使得许多投资方对装配式钢结构望而却步,严重阻碍其推广应用。
(5)宣传推广不足,观念滞后
装配式钢结构住宅虽为国家鼓励发展的住宅形式,但因其初期建设成本较高,加之宣传推广力度欠缺,开发商与消费者对钢结构住宅认知有限,观念较为落后,导致装配式钢结构住宅发展进程缓慢。
装配式钢结构住宅存在的经济问题
(1)钢材成本高且价格波动大
装配式钢结构住宅钢材用量大,价格高昂,近期波动、涨幅显著,造价远超传统混凝土结构,限制其在民用住宅应用,多见于大型、超高层建筑。
(2)综合效益欠佳,产业化优势难显
我国装配式建筑产业化起步晚、基础弱。主体结构虽产业化,但基础、装修、安装等环节仍以手工为主,削弱钢结构工期等优势,产业化效率低,综合效益差。
(3)材料采购标准化程度低
设计阶段虽推进构件标准化归并,但缺乏国家级标准指导构件厂批量生产与仓储,现有标准效力不足,项目多按订单定制,采购成本降不下来。
装配式钢结构住宅存在的技术问题
(1)专业人才短缺,施工受阻
建设、设计等单位缺乏钢结构住宅专业技术与管理人员,制作、施工等厂家缺专业技术工人,施工进度、精度难保证。缺三维可视化指导,误工返工多,工期延误。施工企业技术人员多熟悉混凝土施工,对装配式钢结构技术陌生,作业人员技能低,新型技术人才难培育,制约产业化发展。
(2)设计不合理,背离装配理念
建筑方案确定时预制部品厂家常缺席,造型设计增加部品生产难度与成本。装配式钢结构设计人才少,部分设计师不了解装配式建筑,设计图纸不符装配理念。过度追求结构创新,用异形柱等,降低抗震性能。
(3)配套体系不完善,产业链协同差
钢结构住宅围护体系设计创新不足,与主体不匹配,存在墙体开裂、外墙渗水等问题,只能靠精装修弥补。装配式建筑产业链各环节依赖传统方式,缺乏有效对接,成本高,阻碍产业链成熟 。
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