装配式钢结构建筑的工程应用与研究进展

装配式钢结构建筑的工程应用与研究进展

刘英丽

兰陵县自来水公司 山东临沂 276000

摘要：传统粗放型建设方式存在环境污染、耗能过大等问题。近年来,建筑行业正向绿色节能方向转型,推动装配式建筑的发展是实现这一转型的重要方法和必由之路。钢结构具有自重轻、强度大、易于安装等优点,是装配式建筑的一种重要结构体系。为促进装配式钢结构建筑的发展与其工程应用,本文主要通过查阅文献回顾了装配式钢结构建筑国内外的发展历程,列举主要相关政策和现有工程应用,总结装配式钢结构的研究进展,为装配式钢结构建筑进一步的研究和工程设计提供参考。 

关键词：装配式钢结构；建筑工程；研究进展

引言

在现代建筑结构当中，装配式钢结构与钢筋混凝土结构及砌体结构相比，具有质地均匀、韧性好、可塑性强、质量轻、抗震性能好等诸多优点，大力发展装配式钢结构建筑，符合我国化解钢产能过剩、发展绿色建筑的战略要求, 是我国建筑业真正实现现代化的必由之路；是国家和地区社会经济发展到一定水平的必然选择；也是我国住宅产业化发展的必由之路。因此, 装配式钢结构的创新与发展在我国显得尤为重要。

在2019 年与2020 年，我曾设计过钢结构办公楼与钢结构酒店，这让我更加深刻认识到装配式钢结构的好处与特点，下面就来分析下装配式钢结构的特点、应用与发展：

1、装配式钢结构的主要特点

钢是工程建设的主要材料，无论是局部焊接还是整体建造都会应用到钢。装配式钢结构就是以钢结构作为建筑的承重结构。目前我国建筑结构主要有两种，一种是装配式混凝土建筑结构， 另一种就是装配式钢结构建筑。装配式混凝土建筑结构属于能源消耗型建筑结构，不符合现阶段绿色发展理念，同时其对技术的要求较高，因此装配式钢结构建筑更受欢迎。装配式钢结构作为一种新型的建筑结构形式，在建筑工程的应用非常广泛。装配式钢结构通过设计软件进行设计建模和分析，合理缩短了设计的周期，对于建筑工程的质量也有一定的提高。在一些工程软件中， 对装配式钢结构进行受力分析，可以很好地对装配式钢结构进行修改和更正，然后将模型与数控机床相结合，最后对装配式钢结构的构件进行生产制造，可以大大提高建筑工程的工作效率，对于建筑工程的周期也有很好的提升效果。在进行装配式钢结构构件制造时，钢构件和预制墙板能够在工厂制作的同时，进行拼装， 这样就可以在制造时看到设计的效果，通过对各种构件之间的调整，可以使装配式钢结构建筑的工程效率大大提升。装配式钢结构的构件一般都是标准化生产，构件在进行标准化生产时可以使产品的质量和性能得到一定的保障，进行标准化生产的构件可以在生产完成后直接在施工现场焊接，进行装配式钢结构的组装， 这种结构模式受天气因素的影响也非常小，可以实现全天候作业。

2、装配式钢结构实践应用

2.1 在住宅建筑中的应用

近年来，我国房地产行业繁荣发展，兴建了大量的住宅建筑。在住宅建筑工程施工建设过程中，绿色装配式钢结构建筑体系也具有极为广泛的应用空间，在我国建筑行业的发展过程中，发挥了至关重要的作用]。装配式钢结构建筑体系在住宅建筑工程中的应用，能有效解决住宅建筑工程中存在的梁柱刚度不足的问题。以住宅建筑工程中最常用的钢管构件为例，由于绿色装配式钢结构建筑体系使用的是标准化生产模式，对钢管部件实施模块化生产制造再进行混凝土浇筑，从而使钢管保持刚度，有效提升其承重性能，从而有效优化住宅建筑工程的整体结构性能。

2.2 大型公用建筑和工业建筑中的应用

装配式钢结构体系能够充分地利用钢材的优势，利用衍架、网架等进行大空间的创造，而且结构造型较为美观。在很多重点工程当中大跨度钢结构应用，获得了较好的效果，比如说我国北京的鸟巢体育中心和水立方体育中心，以及一些飞机场、高铁站， 充分地展示出我国在钢结构产业发展过程中的水平。这些年来钢结构还在很多工业企业的厂房设计施工当中应用，将原有混凝土厂房出现的各种问题解决，具有较好的效果。

2.3 模块化装配式钢结构房

在小型临时性用房中常常可见模块化装配式结构房。这种房屋具有便捷的拆装方式，有着较快的施工速度和较高的工业化程度，所以有着较为广泛地应用。当前集装箱房和活动板房是最为典型的模块化装配式钢结构房。按照工业化生产标准生产的模块化装配式钢结构房组装过程可以在工厂完成，配合使用岩棉夹芯板墙板然后运输到现场，实现了百分百的工厂化生产。采用标准单元预制的活动板房现场螺栓拼接钢骨架，同时使用门窗构件、标准化墙板能够将拆装工作效率显著提升。通过工业化生产的模块化结构房可以大大降低材料损耗，大幅度提高制作安装的效果， 可以节省大量的资金成本，有助于企业经济效益提升以及装配式钢结构的发展。

3、装配式钢结构建筑绿色化的发展趋势

虽然绿色装配式钢结构建筑兴起时间较短，但是却在建筑行业发挥了至关重要的作用。在未来应当以常规钢结构为基础加强发展钢结构建筑体系，从而全面创新改进绿色装配式钢结构体系， 保证建筑体系和建筑结构朝着节能环保、施工高效的方向发展。设计人员在创新和研究建筑结构的过程中需要加强创新建筑钢结构体系，加强创新施工模式，加强建筑成本控制，尽量将钢结构建筑内部利用空间扩大，从而更好地服务于民众。我国对装配式钢结构住宅具有高度重视。我国近些年非常关注建筑行业与环境之间的关系，在诸多绿色建筑结构当中，装配式钢结构是非常典型的一种，钢结构体系的应用能够将垃圾排放量、能源消耗量都显著减少，同时有助于升级建筑产业工业化，有助于推动建筑行业的绿色发展。我国当前钢结构住宅体系仍然存在一定不足，在国家大力支持下，相信未来装配式钢结构建筑体系会得到进一步的发展和应用。当前很多大型工业厂房、高层建筑、公用建筑已经开始使用装配式钢结构体系。装配式钢结构体系的抗震性和使用空间、外观多样化等特点促使其未来会进一步占据建筑市场份额，钢结构建筑体系工期和质量会进一步提升，进而实现钢结构体系的进一步推广和应用。钢结构体系符合环保要求，可以化解钢铁产能过剩的情况，这将促使钢结构体系进一步发展。同时， 我国居民越来越深入地认识钢结构建筑的环保性能，也将对钢结构建筑体系有更进一步的了解和选择，这也会进一步促进钢结构体系的发展。

装配式钢结构固然占据着重要的地位，但当前的装配式钢结构在建筑行业中仍存在一些问题：

1、建筑节能状况落后。

发达国家于 20 世纪 70 年代开始推进建筑节能技术，而我国建筑节能发展较为滞后，我国外墙系统传热系数一般为发达国家的 3 ～ 5 倍，外窗系统的传热系数一般为发达国家的 2 ～ 3 倍， 屋面传热系数是发达国家的是 3 ～ 6 倍。

2、高耗能建筑比例大。

我国 99% 以上的建筑是高能耗建筑，据统计，约 430 亿平方米建筑中采取了节能措施的仅占 4%，单位建筑能耗是发达国家新建建筑的 3 倍以上。

因此，在后续的装配式钢结构发展中，应实现传统的产业化转型升级，才能克服存在的种种问题。

结语

在我国建筑行业发展过程中，绿色装配式钢结构技术有效发挥了推动作用。相关工作人员在实际设计建设装配式钢结构建筑过程中应当积极采用先进的理论技术，积极选用节能环保材料， 加强对环保工作的重视，有机整合结构和其他辅助设备，通过不断优化建筑结构体系实现建筑行业的发展，进而达到建筑行业和企业持续健康发展的目的。

参考文献：

[1]侯和涛,王弘扬,陈晓,牟银林.装配式钢结构建筑的工程设计与应用[J].建筑技术,2018,49(S1):23-24.

[2]刘震,王元清,刘明等. 装配式钢结构建筑的结构体系及工程应用[C]//.中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会第16届（ISSF-2018）学术交流会暨教学研讨会论文集.,2018:498-513.