谈装配式钢结构的发展和设计问题

谈装配式钢结构的发展和设计问题

李 响

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

摘 要：论述了装配式钢结构在国内外的发展现状，从梁柱连接与装配工艺两方面，分析了装配式钢结构在设计中所遇到的问题，指出装配式钢结构具有轻质、高强、节能环保等优势，应用前景十分广阔。

关键词：装配式钢结构，Conxtech结构体系，装配工艺，节能环保

0 引言

装配式结构是装配式混凝土结构的简称，将工厂中生产出来的预制构件装配而成的结构。装配式建筑具有施工周期短，节能减排，经济效益好的优点，这是我国实现建筑工业化的重要方式。钢结构具有轻质高强等特点，可以轻松应用于大跨度、高层建筑物中。由于其优越的性能，目前在发达国家应用较为广泛；装配式钢结构也是我国未来钢结构建筑的主要发展趋势。

1 发展

1.1 国外的发展

国外的装配式钢结构出现于20世纪中期，其中较为发达的国家莫过于美国和日本。美国的钢结构技术是一种集成化技术，生产效率较高，并且依据一套标准化的方案进行设计，钢结构住宅发展迅速，并且以装配式住宅为主。美国的Conxtech钢框架结构设计体系作为一种新型的结构体系适用于装配化钢结构的高层建筑，并且值得进一步推广使用。

日本作为一个多震国家，所需钢结构建筑物较多，而且日本建筑工业化发展较早，其装配式钢结构的发展处于世界领先水平，我国目前较多研究都是向日本借鉴的。日本大和房屋工业株式会社的设计理念就是建筑工业化，轻型钢结构房屋作为主攻对象进行工业化生产，制造出来的装配式钢结构建筑提升建造速度并且可以帮助日本解决房屋不足的问题。装配钢结构在日美两国的应用比例见表1。日本东京塔见图1。

表1 装配钢结构在日美两国应用比例 %

国家美国日本装配式钢结构所占比例2571

其他装配式钢结构较为发达的国家有法国和瑞典等，法国是最早实行建筑工业化的国家，瑞典是建筑工业化最发达的国家，轻钢结构预制构件占95%[1]。但是这些国家的装配式钢结构还仅仅集中在低层建筑物上，高层建筑物的发展仍需进一步研究。

1.2 国内的发展

我国虽然产钢量很多，但是目前的钢结构住宅相对于美国日本等发达国家来说仍然较少，所以说装配式钢结构的发展可以扩大钢结构建筑物的市场占有率，对我国冶金等相关产业的发展也起到了促进的作用。我国在20世纪末期开始鼓励用钢，推动了建筑工业化的发展。建设部也开始采取措施来推动装配式钢结构的发展，比如说组织召开钢结构住宅研讨会等。

我国目前具有代表性的装配式钢结构示范项目有北新，远大和宝光集团等，尤其远大集团在360 h内建造完成一座30层高的酒店的施工充分展现了建筑工业化的优势，也是我国装配式钢结构发展路上的里程碑。目前我国已经建造完成的装配式钢结构有长沙远大集成住宅，北京12层金寰公寓和在建的首都经济开发区的12万m2青年公寓等。但是其中的大部分建筑物都是层数较低的钢结构建筑物，我国目前应用在高层装配式钢结构建筑物中的主要是空腹梁支撑钢框架结构体系。

2 装配式钢结构优势

2.1 轻质、高强

钢结构相对于传统的混凝土结构来说，有质量较轻，抗拉性能好，强度大的优点。并且由于其质量较轻，所以抗震性能较好，比如说对于日本这个经常地震的国家来说，钢结构所占比例较大，所以抗震能力较强。而且钢材材质较均匀，韧性好，不易变形，承载力高。

2.2 节能环保

装配式建筑物的特点就是将工厂预制化的构件运到施工现场然后进行组装，由于其在工厂制作时都是标准化制作，误差较少，不合格钢材出现的概率较小，并且都是运到现场进行组装，所以废弃的混凝土、钢材也很少，节省了较多能源。并且装配式建筑也不会像传统建筑那样产生较大的粉尘，符合可持续发展的要求，保护了环境。

2.3 经济性能良好

由于采用的都是预制化构件，减少了施工现场脚手架、混凝土等能源费用。而且其施工周期较短，所需施工人员少，劳动强度低，所以降低劳动成本，提升了竞争能力，综合来说造价低，经济效益高。

2.4 建造工期短、工作效率高

装配式建筑的工厂预制与现场施工联系较为紧密，各工种之间协调一致，整体效率较高，建造速度快，可以将工期缩短到1/2～1/3[2]。

3 设计时所遇问题

由于目前各国的地层装配式钢结构设计已经较为完善，所以以下主要分析高层装配式钢结构所遇问题。

3.1 梁柱连接问题

常见的高层装配式钢结构体系为Conxtech结构体系和空腹梁支撑钢框架结构体系，二者均为框架结构体系。构件连接节点对一个结构体系是否稳定的影响主要体现在结构形式和受力情况上。对于Conxtech结构体系来说，梁柱连接依靠在柱子的四个侧面安装楔形插头，在梁端设置楔形插头，保证梁柱能够顺利完成锁定，最后依靠螺栓进行进一步稳定。空腹支撑钢架体系与其的不同就是梁柱构件整合在楼盖上，该连接构件是一种带有法兰板的套管，这种连接构件可以满足建筑工业化中的标准化要求，节点连接可靠，满足“强节点弱构件”的设计要求(见图2，图3)[3]。

3.2 装配工艺问题

装配工艺从很大程度上决定了结构的施工效率。对Conxtech结构体系来说，它的梁与楼盖板并不是一个整体，而且选择的是现浇楼盖板，所以装配单元只有梁和柱两个单元，二者通过连接构件进行装配，由于该结构体系各层的柱单元是整体，对于装配钢结构来说施工较快，效率较高；空腹梁支撑钢框架体系各层的柱子并不是一个整体，各层的柱子与其上的斜撑是一个装配单元，梁板是另一个装配单元，在工厂中预制化生产完成之后，运到施工现场进行组装，每一层施工完成后的梁板结构可以作为下一层施工时的作业平台，这种施工方法可以减少高空作业，并且施工效率大大提高。空腹梁支撑钢框架结构体系见图4。

4 结语

1)钢结构由于其自身优越的性能，是目前最适合工业化生产的结构体系，具有良好的发展前景。2)我国目前的装配式钢结构发展较发达国家来说仍有很大的发展空间。3)虽然较低层装配式钢结构发展已经形成了一条产业链，但是目前可以应用于高层装配式钢结构的体系较少，有待进一步研究发展。

参考文献：

[1] 张爱林.工业化装配式多高层钢结构住宅产业化关键问题和发展趋势[J].住宅产业,2016(1)：99.

[2] 徐春财.我国钢结构住宅产业化研究[D].重庆：重庆大学,2002.

[3] 张再华，舒兴平，贺 冉.两种多高层装配式钢结构体系及技术特点比较分析[J].建筑结构,2014，44(13)：110-111.

Discussion on the development and design matters of assembly-style steel structure

Li Xiang

(College of Civil Engineering, Northeast University of Forestry, Harbin 150040, China)

Abstract：The paper discusses the development status of assembly-style steel structure at home and abroad, analyzes assembly-style streel structure design problems from two aspects of beam-column connection and assembly technology, and points out advantages of assembly-style steel structure, such as light weight, high strength, energy saving and environment protection and so on, which has wide application prospect.

Key words：assembly-style steel structure, Conxtech structure system, assembly technology, energy saving and environment protection

文章编号：1009-6825(2017)03-0035-02

收稿日期：2016-11-19

作者简介：李 响(1995- )，男，在读本科生

中图分类号：TU391

文献标识码：A