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装配式建筑的未来:钢结构大发展

作者:admin 发布日期:2018/12/10 关注次数: 二维码分享

来源:呼和浩特钢结构-行业前沿报道


专家简介:林树枝,工学博士,教授级高级工程师。现任厦门市建设局巡视员、副局长,兼任厦门市轨道交通建设总指挥部副总指挥。住房和城乡建设部“全国超限高层建筑抗震设防审查专家委员会”成员,中国建筑学会建筑结构分会常务理事。



超高层钢结构建筑

主要结构类型

大跨度空间钢结构:主要包括网架、网壳、桁架、索-膜结构等结构类型,用于体育场馆、会展中心、航站楼、机库等。

低层轻型钢结构:主要用于轻型的工业厂房、仓库、超市、活动房屋、住宅等。

多高层、超高层钢结构:主要用于住宅和办公建筑等。

主要结构体系

钢结构体系,采用钢框架+钢支撑,或者钢框架+钢支撑+钢板剪力墙。为了减少侧移可以加上约束屈曲支撑、阻尼器。

高层办公建筑,或公共建筑,采用钢结构体系,外加石幕墙、金属幕墙、玻璃幕墙,技术上已很成熟。

工业建筑,采用大跨度钢结构,已经很普及。

外围护采用幕墙结构的高档钢结构住宅(住宅公建化),在技术上已经没有问题,但这类高层住宅,造价高,工程项目并不多。

工业化建造特色明显

1) 真正具有装配式建筑天然优势的是钢结构。

2) 适合工厂化生产,在现场装配焊接,能熔成一体,保持了结构的整体性。

3) 能满足多种建筑高度、多种建筑平面的需要。

4) 能与非承重轻质墙体材料配套使用,施工安装工业化程度高。

5) 构件制作精度高,施工吊装速度快。

标志性钢结构建筑

中国多个具有标志性的知名建筑都是钢结构建筑,“鸟巢”、国家大剧院、中央电视台、世界最大天文望远镜FAST … … ,凭借“绿色”、可持续、强度高、抗震能力强等“先天优势”,钢结构建筑如雨后春笋,蓬勃兴起。

钢结构公共建筑

大跨度钢结构在体育馆、会议展览中心、车站、候机楼等大空间公共建筑中的应用越来越多,钢结构已从一种结构设计工具变成一种建筑思潮。钢结构已经具有建筑美学和建筑工具的双重内涵。

钢结构公共建筑缘何兴起?这离不开钢结构固有的“先天优势”。钢结构抗震能力强、施工速度快、工期短,构件加工精度高、安装尺寸相对精准,可控性强。若建筑方案追求大胆创意和独特造型,结构体系非钢结构莫属。


钢结构工业建筑.jpg


高层钢结构建筑的建造优势

总的结构造价增加较少。除了材料直接费用外,劳动力成本降低、施工模板减少等间接经济效益也明显。

提高结构性能。结构构件匀质性好,使各构件受力均匀合理,确保结构的安全可靠。结构断面明显减小,减轻了结构自重,有利于结构抗震,节省地基基础成本。

提高建筑使用空间。总建筑面积和建筑总高度不变,由于减小了构件尺寸,而增大了使用面积。

缩短施工周期。机械化施工,可以大大缩短施工周期。地下室可用逆作法施工,可进一步缩短工期。

钢结构建筑的建造效率还有提升空间:

尽量采用钢框架-支撑体系作为钢结构建筑的主导抗侧力体系,抗侧刚度由支撑提供,采用这样的体系,要比钢框架-钢筋砼筒体、钢框架-钢筋砼剪力墙体系的装配效率高很多。

为提高构件加工效率,应尽可能采用轧制型钢以及成品型材,以减少使用焊接型钢。

为了提高装配效率,应尽可能采用现场全螺栓连接,千方百计减少现场焊接的工作量。

构件设计要标准化,以减少构件的品种和规格,降低制作和安装的成本。

普通钢结构住宅--钢结构推广应用的瓶颈

普通钢结构住宅就存在较多问题,钢结构本身并没有任何技术难点,问题出在钢结构住宅的其他配套技术不完善,钢结构与外围护系统、管线设备系统、内装系统等的匹配方面,仍有较多问题需要解决,钢结构住宅在国内无法迅速推广的原因是,外围护系统、管线设备系统、内装系统等没有统一的规范、标准,企业的标准体系也各不相同。

钢结构住宅并非用钢材代替混凝土作为受力结构体系如此简单,开发钢结构住宅所面临的主要问题在于,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,从而用户在使用时不会出现问题。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。楼板应具有较大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。钢结构还有防火防腐问题。


高层钢结构住宅的配套体系.jpg


装配式内外装系统

在工厂预制好地板、墙板、顶板的面层,制作好地面、墙面、顶面所需要的组件,再运到现场进行组装嵌挂。可归结为:集成地面系统、集成墙面系统、集成吊顶系统。再加上:集成设备与管线系统,以及门窗幕墙、集成卫浴、集成厨房、智能家居等系统,就构成完整的装配式内外装系统。

标准化设计:建筑设计与装修设计一体化模数,BIM模型协同设计;验证建筑、设备、管线与装修零冲突。

工业化生产:产品统一部品化、部品统一型号规格、部品统一设计标准。

装配化施工:由产业工人现场装配,通过工厂化管理规范装配动作和程序。

信息化协同:部品标准化、模块化、模数化,从测量数据与工厂智造协同,现场进度与工程配送协同。

装配式幕墙的特征:

利用专业的工厂设备和生产工艺,实现幕墙的结构、保温防水、外装饰一体化的大板块在工厂组装完成。

大板块组件在项目现场与主体结构经过简便的连接固定就可以完成幕墙的安装。

分格构造有规律,板块模数统一。

单元式玻璃幕墙本身就是装配式建筑幕墙。

装配式内装

墙体与管线分离。建筑结构的使用年限在70年以上,而内装部品和设备的使用寿命多为10年到20年左右。在建筑物的使用寿命期间内,最少要进行两到三次的内装改造施工。要把寿命短的部品和设备,与主体结构彻底分离,以利于日后设备管线的日常维护检修。

公共管井与板上同层排水。在公共楼道部分设置公共管道井,尽可能地将排水立管安装在公共空间部分。再通过横排水管将室内排水连接到管道井内。在室内采用同层排水技术也就是将部分楼板降板,实现板上排水。

冷热水分别设计与计量。冷热水管不埋入主体结构。

新风负压式换气装置,安装在装配式吊顶内。

装配式整体浴室,接入冷热水管,实现同层排水。

利用互联网、移动通讯、摄影摄像技术,把预制、预加工等工厂制造的部件、构件的加工、运输、安装全过程,把内外装系统,把隐蔽工程、特殊构造的施工记录,把现场施工进度等情况与BIM 模型整合,进行全方位管理。

国内的毛坯房是一种怪胎:

商品住宅作为一种商品,在还没有做成成品之前就被推向市场。国内很多城市,只销售毛坯房,而毛坯房仅能算是一种半成品。汽车、家用电器、服装等商品都要制成成品甚至是精品才推向市场,只有商品住宅是例外。国内的这一做法,让许多境外开发商不能理解。开发商(专业制造商)把半成品(毛坯房)卖给住户(外行),由这个外行再去搞精装修,这在国外简直是不可思议。更不可思议的是,部分原来推行商品房一次性装修到位的城市,还想回潮到毛坯房。

商品住宅应从家庭作坊式的装修走向专业化,由专业开发商从建造到装修一次性开发到位。按照这一模式,不同的专业开发商可以向市场提供大量的品种多样、风格各异的成品房,住户通过充分的比选,就能按自己的意愿挑选到满意的住房。这是住宅精品化的要求,也是与国际接轨的需要。

大力发展各类钢结构住宅

①钢结构住宅包括各类高层、超高层住宅,城镇低多层钢结构房屋。我国这类钢结构房屋规模偏小,每年建设量仅占房屋新建面积的不足2%。

②在城市密集区,由于土地稀缺,适宜推广超高层钢结构住宅。

③汶川地震时,农村灾区房屋损毁最严重。主要是存在大量没有抗震设防的房屋。为了从根本上彻底解决这一问题,应借鉴欧美等发达国家的经验,在乡镇和农村,积极推广轻钢结构和木结构等抗震性能优良的结构体系。轻钢结构,抗震能力强。可重点推广集设计、制作、安装、装修、整体厨卫为一体的轻钢集成住宅。

国内采用砖混结构建设住宅,建设标准低,抗震性能不好,未来也难于做功能性改造。砖墙承重,也不符合国家的墙改方向。因此,经济发达地区或条件允许的地区,应淘汰砖混结构。

实心粘土砖的生产要挖地取土,对耕地造成很大破坏。砖窑烧制,污染非常严重。因此,全国城市、县城、乡镇、农村全面限制使用黏土制品,禁止使用实心粘土砖。砖混结构已走到了尽头,从城市、到乡镇、再到农村,逐步被淘汰。

环保风暴 | 砂石行业禁采、停产

2018年7月15日,住房城乡建设部、公安部、自然资源部、生态环境部、交通运输部、水利部、商务部、国家市场监管总局八部门近日联合印发《关于开展治理违规海砂专项行动的通知》,决定在沿海、沿长江有关省(区、市)开展治理违规海砂专项行动。

水利部发布《关于开展全国河湖“清四乱”专项行动的通知》。决定自2018年7月20日起,用1年时间,在全国范围内对乱占、乱采、乱堆、乱建等河湖管理保护突出问题开展 “清四乱”专项行动。

大部分省市出台非常严厉的政策规定,加强砂石矿山资源开发管理。大面积划定砂石禁采区,严格控制砂石矿山数量,对不符合环保要求的矿山实施关闭停产。

砂石供应紧张,商品混凝土生产成无米之炊,全国商品混凝土生产产量会逐年下降,建筑钢结构的应用将成为大势所趋。

轻钢集成住宅体系

轻钢集成住宅:以冷弯薄壁型钢构件为结构骨架,采用工厂化生产的板材集成装配。截面小、自重轻,使用面积可提高5-10%。还可显著降低基础造价。建筑造型独特,室内布置灵活,抗震性能好,绿色低碳。




建筑的发展方向是钢结构

钢结构性价比好,特别适用于高层建筑、大跨度建筑、大悬挑建筑、高耸建筑。和传统的钢筋混凝土结构相比,钢结构具有自重轻、抗震性能好、工期短、易修复、基础造价低、材料可回收和再生,节能、省地、节水等优点。推动钢结构在建筑中的应用,是绿色建筑发展的迫切需要。从建筑的全寿命周期考虑,钢结构使用寿命结束后,拆下来的钢材可再循环使用,减少建筑垃圾,符合循环经济的原则,是对城市环境影响最小的一种结构形式。

推动钢结构在建筑中的应用,将使建筑业从传统作业方式向现代化施工模式提升。钢结构在工厂进行标准化制作,在施工现场快速拼装,使建造过程无噪音,无大气污染,无污水排放。这是对传统建造模式的重大变革,可明显改善施工环境,大大提高作业功效,显著缩短施工周期。

结束语

我国是产钢大国,但不是钢结构应用强国。建筑钢结构用材占全国钢材总产量不足6%,与发达国家占50-60%的比重相比,还有很大的差距,也就是说,钢结构的发展还有很大的空间。

随着政府对建筑钢结构应用的鼓励和扶持,特别是我国经济持续高速增长,高度高、规模大、跨度长、造型特的高层建筑、公共建筑、工业建筑等大批建设项目待建,为建筑钢结构提供了广阔的应用前景。

钢结构建筑是绿色建筑的主要代表,为了节能减排、绿色环保,减轻建筑在建造、使用、拆除的全生命周期内对环境资源的压力,为了材料的可循环、再利用,更为了可持续发展,推广应用钢结构已越来越成为全社会的共识。

呼和浩特钢结构依据近几年钢结构研发投入逐年增加,了解到钢结构应用的关键技术难题不断被攻克。国内多家设计研究机构、钢结构制造企业,在解决钢结构住宅应用瓶颈方面,有了突破性发展展,逐步为高层钢结构住宅的大面积推广应用扫清了障碍。建筑钢结构迎来了大规模推广应用的春天。

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