2021年以來(lái)，裝配式建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迎來(lái)了新發(fā)展。據(jù)住建部通報(bào)的2020年全國(guó)裝配式建筑發(fā)展情況數(shù)據(jù)顯示，去年全國(guó)新開工裝配式建筑共計(jì) 6.3 億平米，較2019年增長(zhǎng)50%，占新建建筑面積的比例約為20.5%。在碳達(dá)峰、碳中和的大背景下，以鋼結(jié)構(gòu)為主要形式的裝配式建筑產(chǎn)業(yè)，正在以“飛速”發(fā)展的姿態(tài)，進(jìn)一步優(yōu)化和升級(jí)建筑產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。政策的支持促進(jìn)了裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)在從結(jié)構(gòu)體系和圍護(hù)體系兩方面闡述裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展情況。

結(jié)構(gòu)體系

    目前多高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)體系，傳統(tǒng)的有純框架、框架-支撐體系，新型的有集裝箱、鋼管束、鋼異形柱等。各類鋼結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)如下。

    1.純框架體系

圖1 純框架體系

    該體系具有如下優(yōu)點(diǎn)：

   （1）可根據(jù)建筑功能的需求進(jìn)行梁柱的靈活布置，可增加建筑使用空間的利用率?！?/span>

   （2）自重較輕，材料延性好，有利于抗震。　

   （3）構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)的安裝快。

    不足之處：

   （1）由于純鋼框架抗側(cè)力剛度較小，為了控制位移，構(gòu)件的截面很大?！?/span>

   （2）鋼框架屬于有側(cè)移結(jié)構(gòu)，因此較難滿足高烈度地區(qū)對(duì)建筑抗震性能的要求，建筑層數(shù)及高度受限較嚴(yán)重。

   （3）變形較大，舒適度較差。

    2.框架-支撐體系

圖2 框架-支撐體系

    該體系具有如下優(yōu)點(diǎn)：

   （1）同純鋼框架建筑，可根據(jù)建筑功能的需求進(jìn)行梁柱的靈活布置，而支撐可選擇設(shè)置在不影響建筑使用功能的位置，構(gòu)件截面尺寸更小，進(jìn)一步增加建筑使用空間的利用率，同時(shí)降低了整體用鋼量?！　?/span>

   （2）由于支撐的存在，較純框架建筑，鋼框架支撐體系抗側(cè)力能力有顯著增加。柱長(zhǎng)細(xì)比限制較純框架結(jié)構(gòu)有較大優(yōu)勢(shì)，截面尺寸可有效減小，建筑層數(shù)和建造高度有較大提升?！?/span>

   （3）自重較輕，材料延性好，有利于抗震。

    不足之處：

   （1）支撐布置受建筑功能的影響，不易找到合適布置位置?！?/span>

   （2）構(gòu)件截面較大，對(duì)建筑功能產(chǎn)生一定影響。　

   （3）支撐（大撐）布置位置零散，造成結(jié)構(gòu)剛度不均勻。

    3.集裝箱體系

圖3 集裝箱體系

    該體系具有如下優(yōu)點(diǎn)：

   （1）可像積木一樣將各個(gè)功能房間或戶型進(jìn)行多樣的組合。

   （2）建設(shè)周期較短。

   （3）取材較容易。

    不足之處：

   （1）抗震性能較低，連接及單體強(qiáng)度較難滿足高抗震設(shè)防烈度地區(qū)的高層建筑建設(shè)需求，適用于低、多層建筑。

   （2）集裝箱常規(guī)尺寸難以滿足國(guó)內(nèi)住宅市場(chǎng)對(duì)層高和房間開間的要求。

   （3）使用運(yùn)輸行業(yè)淘汰的集裝箱，可能會(huì)由于自身質(zhì)量問題產(chǎn)生安全隱患，但使用新集裝箱進(jìn)行改造成本較高。

    4.鋼管束、鋼異形柱體系

圖4 鋼管束體系

    圖5 鋼異形柱體系

      該體系具有如下優(yōu)點(diǎn)：

     （1）采用鋼管束、鋼異形柱代替?zhèn)鹘y(tǒng)混凝土剪力墻，基本做到室內(nèi)不凸柱，在平面空間上最大化的服務(wù)于建筑?！?/span>

     （2）同混凝土墻一樣，平面布置可跟隨建筑功能房間的需求靈活調(diào)整?！?/span>

     （3）鋼管束剪力墻、鋼異形柱較常規(guī)混凝土墻柱，承載力和構(gòu)件延性更好，施工效率更高。

      不足之處：

     （1）較常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)，用鋼量增大?！?/span>

     （2）較常規(guī)鋼管混凝土柱，由于此類構(gòu)件空腔數(shù)量較多，截面較小，因此對(duì)混凝土作業(yè)的質(zhì)量要求更高，人工及材料成本有一定的上升?！?/span>

     （3）組合截面在工廠生產(chǎn)過(guò)程中，在具備完整的機(jī)械化生產(chǎn)線前，人工及時(shí)間成本較高，且焊接次數(shù)較多，焊縫較多，質(zhì)量較難控制，同時(shí)檢測(cè)成本也相應(yīng)提高?！?/span>

     （4）設(shè)計(jì)方法缺乏現(xiàn)行規(guī)范支持，設(shè)計(jì)工作需進(jìn)行論證。

圍護(hù)體系

     裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑提倡采用非砌筑墻體，采用工廠預(yù)制墻板。根據(jù)圍護(hù)體系應(yīng)用位置，分為外墻、內(nèi)墻和分戶墻；根據(jù)圍護(hù)體系的構(gòu)成形式和主要構(gòu)成材料，分為預(yù)制混凝土墻板、輕鋼龍骨類復(fù)合墻板、輕質(zhì)條板和夾心板等。外墻板和內(nèi)墻板需分別滿足如表1所示性能。

    目前常用的墻板有，預(yù)制混凝土復(fù)合墻板、輕鋼龍骨類復(fù)合墻板、灌漿墻、蒸壓加氣混凝土條板、金屬面板夾心墻板等。

    1.預(yù)制混凝土復(fù)合墻板

    由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)里層、保溫層和混凝土飾面層復(fù)合而成的承重或非承重的復(fù)合墻板。

圖6 預(yù)制混凝土復(fù)合墻板

    優(yōu)點(diǎn)：集圍護(hù)、保溫和裝飾一體化，具有強(qiáng)度高、保溫隔熱性能好、材料耐久性好的特點(diǎn)。

    不足之處：面密度較大、施工難度大、安裝效率較低。

   ２.輕鋼龍骨類復(fù)合墻板

   以紙面石膏板、纖維增強(qiáng)水泥板等各種輕質(zhì)薄板為面層材料，以輕鋼龍骨為骨架，中間為空氣層或填充聚苯泡沫、巖棉等保溫吸聲材料的復(fù)合墻板。

圖7 輕鋼龍骨類復(fù)合墻板

   優(yōu)點(diǎn)：具有質(zhì)量輕、現(xiàn)場(chǎng)全干法施工、施工便捷、保溫隔熱性好、易穿管線的特點(diǎn)。

   不足之處：任意吊掛性、耐久性及抗撞擊性取決于面板材料，通常低于混凝土類材料。

   ３.灌漿墻

   以輕鋼龍骨為骨架，兩側(cè)用纖維增強(qiáng)水泥板作為面層，然后在骨架與面層板形成的空腔內(nèi)灌注輕骨料混凝土，形成的實(shí)心復(fù)合墻體。

圖8 灌漿墻

   優(yōu)點(diǎn)：與輕鋼龍骨類復(fù)合墻板類似，具有質(zhì)量輕、保溫隔熱性好、易穿管線的特點(diǎn)。

   不足之處：現(xiàn)場(chǎng)存在濕作業(yè)、施工質(zhì)量較難控制。

   ４.蒸壓加氣混凝土條板

    以水泥、石灰、硅砂等為主要原料再配置不同數(shù)量的鋼筋網(wǎng)片的一種輕質(zhì)多孔的墻板。

圖9 蒸壓加氣混凝土條板

   優(yōu)點(diǎn)：具有質(zhì)量輕、耐火性能好、可加工性強(qiáng)、耐久性好的特點(diǎn)。

   不足之處：強(qiáng)度較低、抗沖擊能力差，易破損，易出現(xiàn)干縮裂縫。

   ５.金屬面板夾心墻板

   兩側(cè)用金屬面材料形成面層，中間夾以保溫隔熱材料的復(fù)合墻板。

圖10 金屬面板夾心墻板

   優(yōu)點(diǎn)：多用于工業(yè)、公共建筑，具有施工便捷，可拆裝的特點(diǎn)。

   不足之處：金屬面板不耐腐蝕，需采取措施提高其耐久性。

   目前，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展迎來(lái)了良好的機(jī)遇，因此，我們需要進(jìn)一步加強(qiáng)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的研究，主要體現(xiàn)在以下幾方面：設(shè)計(jì)理念的更新（建筑、設(shè)備、裝修、結(jié)構(gòu)等）；創(chuàng)新適合我國(guó)工業(yè)化建筑的多元化體系；加大相關(guān)應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù)研究；與BIM技術(shù)、信息化技術(shù)的深度融合應(yīng)用；適合的施工機(jī)具及相應(yīng)施工工法；適合的質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)設(shè)備、驗(yàn)收技術(shù)研發(fā)；專業(yè)人員、產(chǎn)業(yè)工人的培育等。通過(guò)研究，推動(dòng)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國(guó)的推廣應(yīng)用，加快建筑生產(chǎn)的工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程。