鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件拼接建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展(完)

2013年9月9日

由預(yù)制的鋼結(jié)構(gòu)柱梁構(gòu)件連接而成的承力結(jié)構(gòu)框架作為建筑主體，圍護(hù)部件（幕墻）牢固連接其上，與之合而為一，形成受力蒙皮結(jié)構(gòu)，從而充分調(diào)動(dòng)空間結(jié)構(gòu)潛力，高效抗側(cè)力。其屋面、幕墻節(jié)點(diǎn)如下圖（圖 6、圖 7）所示:

玻璃面板與鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件承力框架連接

圖 6 玻璃面板與鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件承力框架連接

幕墻板材與鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件承力框架連接

圖 7 幕墻板材與鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件承力框架連接

鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件拼接建筑的幕墻材料可根據(jù)建筑造價(jià)高低和外墻要求不同選用輕質(zhì)混凝土板、金屬板（或金屬夾芯板）、石材、玻璃等各種建筑外墻防火裝飾材料，從而形成各種效果和外觀。在室內(nèi)進(jìn)行簡(jiǎn)單的裝飾，即可交付使用。

普通建筑的幕墻，僅作為一種圍護(hù)部件，起防風(fēng)、防雨、隔熱、防寒等防護(hù)作用，然后幕墻板材作為平面構(gòu)件時(shí)具有很強(qiáng)的抗剪能力。鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件拼接結(jié)構(gòu)的幕墻，可輔助承受樓層水平剪力，又可輔助承擔(dān)預(yù)制構(gòu)件鋼結(jié)構(gòu)框架在傾覆力矩作用下引起的豎向剪力，故而兼有防護(hù)和承力兩種功能。同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件作為承力框架，從而進(jìn)一步節(jié)省了鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件的截面尺寸，降低了建造成本；更可以直接將幕墻板材固定在鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件上，在工廠即可實(shí)現(xiàn)幕墻單元拼裝，現(xiàn)場(chǎng)只需吊裝及簡(jiǎn)單的連接即可，減少了幕墻現(xiàn)場(chǎng)施工量，降低了幕墻施工成本，提高了幕墻施工速度和施工質(zhì)量。

2、綜合性能

2.1 優(yōu)良的抗震能力

1）鋼框架允許梁-柱節(jié)點(diǎn)域的板件能產(chǎn)生一定量的剪切屈服變形，從而提高整個(gè)框架的延性，鋼框架的“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)焊弱鋼”、“強(qiáng)節(jié)弱桿”設(shè)計(jì)更有利于提高框架的防倒塌能力和整個(gè)構(gòu)件的延性。

2）預(yù)制鋼構(gòu)件的連接更是增加了結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)，從而增多了塑性鉸的形成數(shù)量，構(gòu)成多道抗震防線，不僅提高了結(jié)構(gòu)的抗震可靠度，更延長(zhǎng)了結(jié)構(gòu)進(jìn)入倒塌的過程。即使是純框架結(jié)構(gòu)（類似于汶川校舍建筑）之類的樓房，也能大大提高其抗震能力。

2.2 施工方便工期短

預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件組裝式高樓，由各個(gè)預(yù)制構(gòu)件組成，各構(gòu)件均為工廠內(nèi)完成，工業(yè)化程度高，現(xiàn)場(chǎng)大量減少了混凝土的使用，鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件和幕墻板塊可以直接在工程中根據(jù)層高制成吊裝單元，工人只需進(jìn)行吊裝和各單元組件的連接操作。大大縮短了施工工期，施工速度快；尤其是在災(zāi)后重建工作中，具有極大的建造速度優(yōu)勢(shì)。

2.3 自重輕

采用預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的高樓，自重可參考鋼結(jié)構(gòu)高樓自重，約為8?11KN/m3，要比鋼筋混凝土高樓的自重（約為15?18KN/m3）減輕40%。建筑自重減輕，使得地震作用（FEK=βEαMAXG）進(jìn)一步變小，使構(gòu)件內(nèi)力減小。同時(shí)上部結(jié)構(gòu)減輕40%，可以使基礎(chǔ)造價(jià)出現(xiàn)較大幅度的降低。

2.4 結(jié)構(gòu)面積小

由于鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，鋼結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件截面僅為鋼筋混凝土的1/3。可增加建筑有效使用面積。

2.5 降低層高

高層建筑內(nèi)部管道較多，混凝土梁一般不能開洞，管道只能從梁下通過，而預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件組裝式高層建筑，由于大量采用允許在腹板上開洞的鋼結(jié)構(gòu)梁柱，層高得以降低。在建筑總高度相同的情況下，可以多出兩三層的建筑面積。

2.6 防火

臨時(shí)安置房（活動(dòng)板房）由于承力框架采用薄壁輕鋼結(jié)構(gòu)，并采用夾心符合板材作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，故而在防火處理上有較大的隱患，而鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制拼接結(jié)構(gòu)以進(jìn)行過防火涂料處理的實(shí)腹式或格構(gòu)式構(gòu)件為主要承力構(gòu)件，外墻圍護(hù)更是以施工技術(shù)比較成熟的幕墻干掛為主，也考慮了防火要求。整體結(jié)構(gòu)均可達(dá)到國(guó)家相關(guān)規(guī)范要求。

2.7 造型

由于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有強(qiáng)度高，重量輕的特點(diǎn)，可以做成跨度較大的結(jié)構(gòu)；同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件在工廠制成，便于機(jī)械化制造，更容易做成各種空間造型。

2.8 節(jié)能

由于鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件全部在工廠制作完成，精度較高，同時(shí)在工廠制成吊裝單元，組裝方式靈活，可以較好地將節(jié)能材料固定于鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件上，從而改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，提高鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件拼裝框架的密閉性能，減少傳熱損失和空氣滲透耗熱量。

2.9 維修

鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件全部采用工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，且構(gòu)件單元之間采用拼接，在結(jié)構(gòu)遭受地震等不可抗因素而出現(xiàn)問題的時(shí)候，可直接進(jìn)行更換或返修，十分方便。

3、綜述

在最近的幾十年里，各行各業(yè)的制造方法都有了重大改進(jìn)，逐步采用半自動(dòng)化乃至自動(dòng)化的制造工藝，以較低的成本獲得更高的質(zhì)量。而建筑施工工藝改進(jìn)卻微乎其微工人素質(zhì)均有一定的要求，建筑質(zhì)量受人為影響較大，同時(shí)建筑耗費(fèi)較大，建筑垃圾較多，施工周期較長(zhǎng)，施工質(zhì)量容易出現(xiàn)隱患；而采取預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件組裝施工，更多的采取了工業(yè)化生產(chǎn)，施工周期短，現(xiàn)場(chǎng)施工簡(jiǎn)潔方便，施工質(zhì)量也更容易保證。

隨著我們經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，盡管鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于造價(jià)較低仍為建筑的主要結(jié)構(gòu)類型，但隨著鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的進(jìn)步，二者造價(jià)上的差距日漸縮小。加之鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料強(qiáng)度高，構(gòu)件截面尺寸小，使建筑有效使用面積相對(duì)增大，增加了建筑的經(jīng)濟(jì)效益；鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工業(yè)化生產(chǎn)，使其建造速度高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，建筑的提前投入使用又增加建筑的收益，同時(shí)高層建筑特別是超高層建筑，基礎(chǔ)費(fèi)用約占總造價(jià)的1/3，鋼結(jié)構(gòu)由于自重輕，使基礎(chǔ)費(fèi)用較大幅度的降低，特別是沿海一帶的深厚軟土地區(qū)，經(jīng)濟(jì)效益更加顯著。

調(diào)查資料表明，鋼結(jié)構(gòu)的破壞率和震害程度均低于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而且鋼結(jié)構(gòu)拼接建筑完全由預(yù)制構(gòu)件構(gòu)成，其震后的修復(fù)工作也簡(jiǎn)單、快捷。

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件拼接結(jié)構(gòu)體系完全可以運(yùn)用于具體工程實(shí)踐，而其優(yōu)良的抗震能力更是值得在四川等地震多發(fā)地帶廣泛推廣，從而減少類似汶川地震中，校舍倒塌悲劇的發(fā)生和人員的傷亡。