装配式钢结构建筑技术体系及经济性研究

装配式钢结构建筑技术体系及经济性研究

摘要：随着社会的发展进步，装配式建筑及其优势正日益受到广泛的关注。由

于国内大量钢筋混凝土建筑建设所造成的资源浪费、环境污染等不良后果，国务

院办公厅及住房和城乡建设部近几年大力推进发展装配式建筑，明确了装配式建

筑的发展方向，同时各省市自治区根据本地区的实际情况制定了适合当地装配式

建筑发展的优惠政策。装配式钢结构建筑作为一种性能优良的建造体系，在建造

效率、全寿命周期经济性以及可持续性等方面表现出了巨大的潜力优势。

关键词：钢结构；装配式建筑；体系

导言

在国家大力推进装配式钢结构建筑的大前景下，研发完善装配式钢结构建筑

技术体系，对体系的可实践性和操作性进行论证和探讨，对装配式钢结构建筑的

健康发展有良好的推动作用。装配式钢结构建筑体系目前发展还有待完善，主结

构与围护结构、设备管线之间的相互配合还有一定问题，导致装配率低下，施工

及后期维修困难等问题存在。发展装配式钢结构建筑，需要从建筑的整套体系出发，在相对成熟的钢结构体系基础上，着重研究建筑的围护体系、设备管线系统

与结构体系的协调、互相配合上。发展装配式钢结构建筑需要从其经济性、安全性、绿色环保等多角度综合考虑实施，在提升建筑的用户使用满意度基础上提高

装配式钢结构建筑的装配率，建立健全完善的装配式钢结构建筑体系。

一、结构体系

1.纯钢框架结构体系：纯钢框架结构体系是以柱、梁结构作为建筑的承重和

抵抗测力构件所构成的结构体系。纯钢框架结构体系具有技术成熟、工业化程度高、综合经济技术指标好等优点。

2.钢框架-支撑体系：钢框架-支撑体系是指在钢框架体系中设置中心支撑构件

或偏心支撑构件以提高结构的抗侧向刚度，形成的一种结构体系。

3.钢框架-剪力墙结构体系：该体系将钢材的强度高、重量轻、施工速度快和

混凝土的抗压强度高、防火性能好、抗侧刚度大的特点有机地结合起来。

4.钢框架-核心筒结构体系：钢框架-核心筒结构体系是由外侧的钢框架和混凝

土核心筒构成。该体系侧向刚度大于钢框架结构，结构造价介于钢结构和钢筋混

凝土结构之间，施工速度比钢筋混凝土结构有所加快，结构面积小于钢筋混凝土

结构。

5.轻钢龙骨体系：该结构体系以轻钢龙骨（多为镀锌结构）作为主要承重构件，以板材及岩棉或玻璃棉作为围护结构和分隔空间作用。该结构体系构件尺寸

较小，结构自重轻，地基处理费用较为节省；易于装卸，加快施工进度；但该体

系承重梁柱之间多为自攻钉铰接连接，抗震性能不好，抗侧能力较差，较适用于

1~3层的低层建筑或临时建筑，不适用于强震区的高层建筑或永久性建筑。

二、围护体系

1.砌块类：砌块类围护材料有混凝土小型空心砌块、蒸压加气混凝土砌块、

蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖等。此类材料比较适合人们的砌筑习惯、施工速度快，可在外墙、内墙中起承重墙和隔断作用。

2.蒸压轻质加气混凝土板（ALC）：ALC板是一种粉煤灰（或硅泥）、水泥、

石灰等为主要材料，经过高温高压蒸汽养护而成的多气孔混凝土成型板材（内含

经过处理的钢筋加强）。由于高温高压蒸养，板材内部形成很多封闭的小孔，使

板材具有良好的保温、隔声性能。另外，此种板材自重轻，能适应较大的层间角

位移，具有良好的抗震性能。

3.玻璃纤维增强水泥版（GRC板）：GRC板是由抗碱玻璃纤维与低碱度水泥

组成的一种水硬性的新型复合材料，其主要特点是轻质、抗拉、抗弯强度高、耐

久性、抗冲击、可加工性好等。具有可锯可隔可钻可钉等优点，是一种性能优越

的新型板材。

4.钢丝网架水泥聚苯乙烯夹芯板：钢丝网架水泥聚苯乙烯夹芯板由三维空间

焊接钢丝网架和内填阻燃型聚苯乙烯泡沫塑料板条（或整板）构成的，现场安装后，两侧喷抹水泥砂浆而形成的复合墙板。

此种板材具有较好的保温、隔热、隔声性能，提高了住宅的舒适性，再加上

自重较轻，提高了整个建筑结构体系的经济性。大部分构件和建造过程都在工厂

内由生产线完成，可以缩短工期，而且成本较低。

5.钢筋混凝土绝热材料复合板：钢筋混凝土绝热材料复合板的一般构造为：

两侧用薄壁钢筋混凝土板形成面层，中间加以岩棉或聚苯板制成的保温墙板。墙

板单面混凝土厚度不小于30mm，保温层厚度根据节能设计要求有50、80、100

等多种规格。这种复合板在工厂进行生产制作、现场进行装配施工，大大减少了

现场施工作业量，并且有利于抗震处理。

三、设备管线系统

1.固定式

（1）立管固定式：即设置1~2个集中管井，立管固定设置，水平管预留接口，留待用户在合适位置连接各种设施和用具，为便于后期改造及维护，厨卫围绕管

井布局。

（2）横管固定式：在用户单元设一管线区，在管线区采用下沉式底板或水平管槽将水平管隐藏起来，在管线区附近厨卫有若干种布局方式，这类方式中，由

于竖向管道集中后，水平管道加长，水平管需敷设有序且不会有碍观瞻。

2.可变式：采用夹层底板，水平管线走在夹层内，厨卫布局、位置完全不受

限制。这种方式在国外有所应用；在国内受造价、面积标准、材料等限制，尚处

于开发阶段。

四、经济性分析

装配式钢结构主体结构体系以钢结构为主：外围护体系为新型再生墙砖，隔

墙体系主材为各类复合型墙板，楼板体系主材为预制钢筋混凝土楼板或混凝土现

浇叠合楼板。其体现优势特点主要在：柱截面小，室内使用面积大，且室内空间

可以根据不同要求做到灵活分割；建造过程无扬尘，施工场地小，减少了砂石、

水泥等不可再生资源的消耗，节水、节地、节能；预制性强、精度高，可实现工

厂批量、参数化生产，节约主体结构养护时间，大大缩短了建设工期，提高了劳

动效率且工地现场大幅度减少了劳动力；钢结构材料可拆装，可循环，回收率达70%；质量稳定可靠，不受环境影响；围护系统采用的轻质绿色板材采用粉煤灰、矿渣和工业废弃材料等，经无害化处理工艺技术制成，充分体现了“节能减排”。

五、安全性分析

1.钢结构的强度：钢材本身具有自重轻、强度高、刚性大、塑性好、均质性

和各同向性好的特点，与传统结构相比，承受相同的荷载时，钢结构所截面最小：选择用相同截面时，钢结构的承载能力最大。

2.钢结构的抗震性：钢结构是对传统钢筋混凝土结构的优化，其在选材的过

程中，对钢的强度以及性能有着较高的要求，所以钢框架结构一般具有较高的抗

拉性能以及抗剪强度。钢材的延性以及抗变形能力，提高了建筑结构的抗震性，