装配式钢结构建筑围护结构体系研究

装配式钢结构建筑围护结构体系研究

摘要：装配式钢结构建筑具有自重轻、节能、环保等优势，易于实现工业化、

装配化和商品化，符合绿色建筑和可持续发展的政策。装配式钢结构建筑体系中

的围护结构体系是重要的组成部分，针对装配式钢结构建筑围护结构体系，分析

其国内外发展优势，对围护结构体系的楼（屋）面板体系、外墙板体系和内墙板

体系进行了探讨，指出其发展问题，为研究装配式钢结构建筑围护结构体系的学

者提供参考。

关键词：装配式钢结构；围护结构体系；楼面板；外墙板；

预制装配式建筑即集成房屋是将建筑的部分或全部构件在工厂预制完成，然后运输到施工现

场将构件通过可靠的连接方式组装而建成的房屋。近年来，我国城市建设发展迅速，高层建

筑逐步增加，我国大力实施创新驱动战略，促进钢结构产业化供给侧改革。装配式钢结构建

筑在我国历经多年的发展，具有空间布置灵活，绿色环保、可持续发展，自重轻、承载力高，质量优良、抗震性能好，建设简易、施工工期短以及经济适用等特点。

在我国装配式钢结构建筑发展中，建筑的围护结构体系既要满足轻质的要求，又要有足

够的强度和刚度，达到绿色节能的效果，满足密封性能、热工性能、隔声性能、装饰性能的

要求，所以进行建筑楼面及围护结构体系的研究，对于装配式钢结构的发展尤为重要。

1 围护结构体系国内外发展优势

1.1 国外发展优势

国外装配式钢结构住宅的各项技术比较成熟完善，以墙体为代表的围护体系也不例外。

装配式钢结构建筑在美国发展已较为成熟，钢结构建筑成功应用于住宅、工业及公共设施领域。日本的钢结构住宅占七成以上的建筑市场份额，在日本的围护结构中，楼面板为钢筋混

凝土叠合现浇板，外墙板采用ALC板，内墙板采用强化石膏板。新加坡大力推进装配式建筑，新加坡建设局采用Mech-c and PIP计划，最高可奖励采用先进技术的企业20万新币，目前我

国的海南省在装配式施工阶段也采用此计划。

1.2 国内发展优势

2017年住房城乡建设部发布《装配式钢结构建筑技术标准》，为装配式钢结构建筑提供

了合理的发展条件。钢结构建筑的特点就是适合工厂化进行生产，装配式钢结构建筑的围护

结构构件可以在工厂内制作，减少工人在工地的现场制作，提高了工程质量，节约了施工现

场的场地，便于施工现场文明施工，有利于现场的安全管理。在建造的过程中产生的垃圾和

噪声污染大大减少，促使各类环境问题得到有效的缓解，符合可持续发展。此外，围护结构

构件使用的材料可以实现再循环利用，减少资源的浪费，体现了我国提倡的绿色环保理念。

对于围护结构体系来说，装配式楼板和墙板可以大大地节省空间，提高建筑物的净高，创造

更多的空间，结构布置也更加灵活。

2 装配式钢结构楼（屋）面板体系

楼面板在装配式钢结构建筑物中主要承受由楼板自重和活荷载组成的竖向荷载以及传递

水平荷载，楼板应具有足够的强度、刚度和稳定性。装配式钢结构的楼板应与结构体系要求

相适应，达到工业化、标准化生产，并减轻自重。屋面板除要满足楼面板防水、隔声等使用

功能外，还需要抵御外部环境的侵袭，如雨、雪和风等，并达到保温隔热的效果。装配式钢

结构建筑的楼面板形式选用主要从抗震设防烈度、建筑高度、装配化和造价等考虑，目前我

国采用的楼面板类型主要有压型钢板组合楼板、钢筋桁架楼承板、现浇混凝土楼板和预制混

凝土叠合楼板。

压型钢板组合楼板是由铺设在钢梁上的凹凸薄钢板与现浇混凝土结合而成，钢梁有圆柱

头栓钉，可以对楼板的整体性进行加强。压型钢板组合楼板可达到装配式钢结构建筑的要求，施工效率快，但湿作业较大，适用于楼层净高小的装配式建筑，造价产生较高。

钢筋桁架楼承板是由钢桁架与底模钢板焊接成一体的楼板，钢桁架是由楼板底部钢筋在

工厂加工而成。楼面板施工效率快，一定程度上减少现场钢筋绑扎的数量，不需要做防火与

防腐，适用于低层工业装配式建筑，但湿作业量较大，不易于开洞，设备安装麻烦，需严格

把控节点焊接质量。

现浇混凝土楼板在工程中应用最广，可以直接应用在装配式钢结构建筑中，其施工技术

简单，成本低廉，便于设备的管道铺设，但无装配化，自重大，施工效率较其他三种楼面板低，进而导致工期加长。

预制混凝土叠合楼板是由工厂预制板与现浇混凝土层组合而成。预制混凝土叠合楼板较

其他三种楼板形式的湿作业量少，楼板刚度大，且造价适中，但叠合楼板密拼板缝处理技术

及叠合楼板四周不出筋技术为施工主要难题。

楼面板的设计分为施工阶段和使用阶段，在两阶段的计算中，应参考现行GB 50010混凝土结构设计规范和JGJ 138组合结构设计规范，按承载能力极限状态验算强度和正常使用极

限状态验算变形，做好组合楼板的设计与计算。四种类型的楼面板各有优势，不论采用哪种

都需要确保楼板可以与钢结构较好的连接，连接节点问题不容忽视，并且保证楼板的整体性。

3 装配式钢结构外墙板体系

装配式钢结构外墙板围护系统是重要的组成部分，外墙板的装配化是考核装配式建筑的

关键。国家“墙改”政策的实施，推动了新型墙体的研发，这个“新型”主要在两方面，一方面

是新材料，另一方面是新的墙体连接技术，外墙板应重点考虑与钢结构主体的配合，突出新

材料和新型节点连接方式的优势。

在装配式钢结构建筑中，外墙类型主要有预制砌块、预制条板、轻钢龙骨大板和轻质混

凝土复合大板四类。预制砌块装配化低，湿作业量大且施工效率低，主要有轻质加气混凝土

砌块和混凝土小型空心砌块；预制条板装配化一般，会有部分湿作业且施工效率较高，但国

内预制条板的种类较少，技术落后；剩余两种类型外墙装配化高，两者的湿作业量不多，但

轻质混凝土复合大板是由两种以上材料结合而成，较轻钢龙骨大板有相对高的抗弯承载力和

高度，保温性能更优越。

在我国应用较多的装配式外墙板有轻质蒸压加气混凝土板（NALC板）、玻璃纤维增强水泥板（GRC板）、轻质水泥发泡夹心板、钢丝网架水泥聚苯乙烯夹芯板、钢筋混凝土绝热材

料复合墙板、金属复合板和轻钢龙骨组合板，其中NALC板技术比较成熟，在国内应用最广，被列为“国家住宅建设推荐产品”。装配式外墙板在设计时，必须符合规范的相关规定。

4 装配式钢结构内墙板体系

装配式钢结构内墙板主要采用的是无机非金属墙板，内墙板分为分户墙和内隔墙，它可

替代由空心砖或混凝土砌块组成的非承重墙，达到更好的分室分户的作用。装配式内墙板的

主要优点是强度高、绿色环保、造价低、施工效率高、隔声性能和防火性能好。

在我国应用较多的装配式内墙板有植物纤维复合隔墙、空心石膏板隔墙和粉煤灰泡沫水

泥墙板。植物纤维复合隔墙轻质环保，施工速度快，墙体表面极其平整，较适合商业店铺、