裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的技術(shù)發(fā)展
基于目前裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑存在的價(jià)格高、體驗(yàn)不如混凝土結(jié)構(gòu)、施工復(fù)雜、圍護(hù)結(jié)構(gòu)耐久性小于主體結(jié)構(gòu)等問題,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,從結(jié)構(gòu)體系和圍護(hù)體系兩方面闡述現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展情況。
理念如下:
(1)摒棄傳統(tǒng)裝配式結(jié)構(gòu)“重結(jié)構(gòu)、輕建筑、無(wú)內(nèi)裝”的陳舊觀念,開啟由結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)及內(nèi)裝系統(tǒng)四大系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)的新時(shí)代,做到以建筑功能為核心,以結(jié)構(gòu)體系為基礎(chǔ),以工業(yè)化的圍護(hù)、內(nèi)裝和設(shè)備管線部品為支撐。
(2)以六化理念“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理、智能化應(yīng)用”貫穿整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。
(3)在標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上,追求構(gòu)件、部品的通用化,通過通用化,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的前置化、產(chǎn)品銷售的零售化、利用工廠化生產(chǎn)加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的控制。
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
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。
(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。
(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
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。
(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。
(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。
(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
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
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。
(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。
(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。
(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。
(3)組合截面在工廠生產(chǎn)過程中,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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。