第5章 装配式钢结构建筑

第五章装配式钢结构建筑25.1装配式钢结构建筑概述5.2装配式钢结构建筑的特点5.3装配式钢结构建筑的发展方向目录5.4实例介绍本章重、难点重点掌握装配式钢结构建筑的基本概念和基本特征，学习装配式钢结构建筑体系的各种类别、特点及适用范围并运用所学知识对装配式钢结构建筑进行分析。中国装配式建筑的发展概况51PART.概述5.1.1概念5.1.2分类装配式钢结构是指建筑的结构系统由钢构件、部品通过可靠的连接方式装配而成的建筑。钢结构建筑是从铁结构建筑发展而来，铁结构建筑本身就是装配式：在工程铸造或锻造构件，到现场用铆接方式连接。进入钢时代后，与铁建筑一样，钢结构也采用铆接或螺栓连接，工厂加工，现场装配。5.1.1装配式钢结构建筑的概念第一、更加强调预制部品部件的集成。第二、不仅钢结构系统，其他系统也要搞装配式。5.1.1装配式钢结构建筑的概念《装配式钢结构建筑技术标准》GB/T51232-2016中关于装配式钢结构的建筑的定义：装配式钢结构建筑是“建筑的结构系统由钢部（构）件构成的装配式建筑。”对比国家标准定义的装配式钢结构建筑与普通钢结构建筑装配式钢结构体系主要根据建筑功能、建筑高度以及抗震设防烈度等分为以下结构体系类型：1、钢框架结构2、钢框架-支撑结构3、钢框架-延性墙板结构4、筒体结构5、巨型结构6、交错桁架结构7、门式钢架结构8、低层冷弯薄壁型钢结构5.1.2装配式钢结构建筑的分类（1）低层冷弯薄壁轻钢结构以镀锌冷弯薄壁轻钢作为龙骨复合材板用做分隔墙体和外维护结构优点整体预制化程度高、节能环保、运输成本低、安全耐用、基础造价低缺点施工规程及规范不完善、产业化进程慢、缺乏教育和普及工作5.1.2装配式钢结构建筑的分类（2）轻钢框架结构特点门窗设置灵活开间大可进行二次设计建筑耐久耐火适用于6层以下的多层建筑主体框架：H型钢、异形截面型钢、冷弯型方管墙体维护系统：彩钢夹芯板、加气块5.1.2装配式钢结构建筑的分类（3）钢框架结构钢管混凝土柱在钢管柱中填充混凝土，钢管和混凝土共同承担荷载作用的构件。刚性连接结构受力变形后梁柱夹角不变的节点。5.1.2装配式钢结构建筑的分类钢框架结构是钢梁和钢柱，或钢管混凝土柱刚性连接，具有抗剪和抗弯能力的结构。（3）钢框架结构5.1.2装配式钢结构建筑的分类抗震性能良好自重轻充分利用建筑空间施工周期短，建造速度快平面布置灵活，构造简单耐火性能差，要加涂防火涂料结构设计不足，如节点连接、支撑变形等优点缺点（4）钢框架-核心筒结构5.1.2装配式钢结构建筑的分类核心筒就是在建筑的中央部分，由电梯井道、楼梯、通风井、电缆井、公共卫生间、部分设备间围护形成中央核心筒。外围结构采用钢框架的形式，形成一个外框内筒结构。（4）钢框架-核心筒结构5.1.2装配式钢结构建筑的分类利用660吨抗风制震重球-风阻尼器，自行调整移动方向及振幅，遇风力或地震时可降低大楼摇晃程度。在大楼四个外侧分别有2支巨柱，共8支。每支截面约3米长、2.4米宽，自地下5楼贯通到地上90楼。（5）钢框架-支撑结构钢框架-中心支撑钢框架-偏心支撑钢框架-屈曲约束支撑5.1.2装配式钢结构建筑的分类在钢框架体系中设置支撑构件，共同抵抗竖向和水平方向荷载。（6）钢框架-剪力墙结构特点用钢量小开间大适用于高层办公楼和住宅5.1.2装配式钢结构建筑的分类以钢框架为主体，并配置一定数量的钢筋混凝土或型钢混凝土剪力墙。（7）钢板组合剪力墙结构5.1.2装配式钢结构建筑的分类钢板墙结构单元由内嵌钢板及边缘构件(梁、柱)组成，其内嵌钢板与框架的连接由鱼尾板过渡，即预先将鱼尾板与框架焊接，内嵌钢板再与鱼尾板焊接(双面角焊)或栓接。（7）钢板组合剪力墙结构特点节省用钢量50%以上钢墙板价格便宜制作和施工都比较简单自身延性好，抗震性能好墙体厚度小，结构自重小适用于高层办公楼和住宅5.1.2装配式钢结构建筑的分类（8）钢混组合剪力墙结构钢-混凝土组合剪力墙主要包括型钢混凝土剪力和钢板混凝土组合剪力墙两类。型钢混凝土剪力墙通常是在混凝土墙体的端部设置型钢构件，其他仍为钢筋混凝土墙体，也可以在墙体中配置型钢作为埋入式斜撑。5.1.2装配式钢结构建筑的分类（9）围护结构技术外墙通常采用复合墙体提高外墙的整体性能，复合墙体通常采用轻质材料进行干式连接。按照外围护系统构造，外墙板主要分为预制混凝土外挂墙板、轻质条板、钢木骨架组合外墙板、建筑幕墙四类。5.1.2装配式钢结构建筑的分类（9）围护结构技术内隔墙建筑内墙主要起分隔区分空间的作用。墙体材料宜采用轻质高强材料，减少墙体抹灰作业。常见的内墙有蒸压加气混凝土条板、蒸压加砌块、轻质混凝土条板、石膏条板等。5.1.2装配式钢结构建筑的分类52PART.装配式钢结构建筑的特点5.2.1优点5.2.2缺点5.2.3存在的问题设计生产标准化

多数构件在工厂设计生产，施工现场进行装配式安装，大幅节省建筑材料占地和施工占地。5.2.1装配式钢结构建筑的优点\5.2.1装配式钢结构建筑的优点资源能源节约多用钢材作框架，保温墙板作围护结构，大量减少水泥、砂、石、石灰等的用量，总体自重比钢筋混凝土结构轻30%-50%，减少建筑垃圾和环境污染，减轻对不可再生资源的破坏和消耗。传统施工现场建筑垃圾钢结构装配式建筑现场施工安全质量性能强钢结构构件集成化可以大幅提高工程质量和安全技术标准，提高建筑本身的安全可靠性。相比钢筋混凝土结构，钢结构可增加有效面积8%左右，扩展建筑空间的使用面积。5.2.1装配式钢结构建筑的优点\5.2.1装配式钢结构建筑的优点设计建造可循环：能够实现全过程管控，节能减排、保证品质。钢材可回收再利用，对环境污染小，节能指标达50%以上，是可循环使用的绿色建筑。产业综合效益高：建筑设计建造周期短、效率高、污染少，能够推动建筑产业化、信息化和智能化的良好结合，推动建筑业以及与之相关的产业提高发展效益，进而推动经济社会实现健康持续发展。5.2.1装配式钢结构建筑的优点耐火性能差当温度在150℃以下时，钢材性质变化较小。当结构表面受150℃左右的热辐射时，就需要采用隔热板加以保护。当结构表面温度在300℃—400℃时，钢材的强度和弹性模量均显著下降。当结构表面温度在600℃时，钢材的强度趋于零。5.2.2装配式钢结构建筑的缺点许多火灾案例都证明，发生火灾后20分钟左右，钢结构就会因为高温失效而倒塌。耐腐蚀性差钢材在潮湿的环境中，特别是处于有腐蚀介质的环境中容易锈蚀涂料的寿命与建筑的设计使用寿命相差甚远5.2.2装配式钢结构建筑的缺点多层和高层建筑建造成本高多层和高层住宅领域，钢结构比混凝土成本高。主要原因：装配式钢结构建筑的结构材料、维护材料比混凝土建筑贵，人工费、机械费无法完全抵减。5.2.2装配式钢结构建筑的缺点居住的舒适度有待提高高层钢结构属于柔性建筑，自振周期长，风荷载对高层建筑具有一定的动力作用。装配式钢结构围护体系发展缓慢，存在墙体裂缝、渗透、噪音等问题5.2.2装配式钢结构建筑的缺点其他问题（1）相对于装配式混凝土结构，外墙体系与传统建筑存在差别，比较复杂。（2）露柱、露梁。钢构件截面较大，常凸出于墙体，占用室内空间，使家居摆设和房间布置受到限制。（3）对于大型、异形的构件在城市内施工时交通运输不便。5.2.2装配式钢结构建筑的缺点国内目前与钢结构建筑相关的技术标准很多，对钢结构建筑的推广应用起到了很大的推动作用，但该行业的技术标准还处于探索完善阶段，行业标准不够系统，具体部品部件的标准不够协调，各地各企业新技术、新产品、新标准不断涌现，整个产业有待进一步集群规范发展。5.2.3装配式钢结构建筑发展存在的问题（1）技术标准不健全产业配套能力不强，目前国内钢结构生产企业多数为自己研发设计、自己生产施工、自己维护维修，产业的专业化分工还不够；同时，由于装配式钢结构建筑在我国还处于起步阶段，产业成熟度低，与之配套的企业相对较少，配套的产品也存在规格不一、品种不全、质量参差不齐等问题，这使得产业发展增加了许多额外成本。5.2.3装配式钢结构建筑发展存在的问题（2）产业链条不完善装配式钢结构建筑是通过集成建筑系统实现整体建筑功能并满足用户需求的。总体来看行业的系统性集成度不高，比如行业龙头企业不多，龙头企业对行业、技术、资源等的整合能力弱；行业缺乏熟练的专业设计人才，企业自身研发能力弱，且与研发机构合作不够紧密；缺乏专业专门的建造、维护企业，这些都不利于产业的集聚集群发展。5.2.3装配式钢结构建筑发展存在的问题（3）行业集成度不高建筑业本身属于典型的劳动密集型行业，市场进入的技术壁垒较低。当前我国建筑行业工人基本为进城务工的农民工，多数没有建筑施工的专业技能，特别是对于技术素质要求相对较高的装配式建筑行业，农民工出身的建筑工人的技术素质就显得有些偏低了，这成为影响产业发展的因素之一。5.2.3装配式钢结构建筑发展存在的问题（4）行业员工素质低缺乏与之配套的围护体系，制约了装配式钢结构建筑的发展。5.2.3装配式钢结构建筑发展存在的问题（5）围护系统发展不足53PART.装配式钢结构建筑的发展方向预制混凝土构件可作为钢结构有益的补充，解决钢结构难以解决的问题。PC构件具有生产效率高、产品质量好、对环境影响小、有利于可持续发展等优点，目前在世界各国广泛应用。5.3.1装配式钢结构体系与PC构件结合因施工实际需求不同，围护墙体作为框架结构施工的最后程序而异同，为了解决这种异同，就要将围护墙体与构造做法融合在一起，混合各种墙体材料。将各种墙体材料混合应用，同时构造做法互相借鉴融合是维护系统发展的新趋势。5.3.2围护墙体、构造做法的交叉应用结合随着建筑业全球化、城市化进程的发展及可持续发展的要求，应用BIM技术对建筑全寿命周期进行管理，是实现建筑业信息化跨越式发展的必然趋势。5.3.3拓宽装配式钢结构与BIM技术的深度完善装配式钢结构的产业链，将设计、施工、生产各环节串联起来，优化配套产品质量，建立优秀钢结构产业基地，推进各部门协同发展，能解决当前装配式钢结构建筑面临的瓶颈。5.3.4完善装配式钢结构产业链加强对装配式钢结构的政策支撑，加大研发投入资金，衔接企业、研发机构、高校三方，开展新合作，培养新人才，落实新技术。5.3.5加快装配式钢结构专业人才培训54PART.实例介绍项目名称：综合楼项目工程建设工期：2020年3月-2020年8月项目内容：共两层，高度7.5米。装配率67%，达到国家标准A级装配式建筑要求。结构形式：装配式钢结构综合楼项目综合楼项目评价项评价要求评价分值各项技术方案自评分主体结构（50分）柱、支撑、承重墙、延性墙板等竖向构件35%≤比例≤80%20-30*方形柱30梁、板、楼梯、阳台、空调板等构件70%≤比例≤80%10-20*钢梁、焊接式钢筋桁架楼承板、钢楼梯，比例100%20围护墙和内隔墙（20分）非承重围护墙非砌筑比例≥80%5

/围护墙与保温、隔热、装饰一体化50%≤比例≤80%2-5*

/内隔墙非砌筑比例≥50%5采用预制条板墙，比例大于50%5内隔墙与管线、装修一体化50%≤比例≤80%2-5*

/装修和设备管线（30分）全装修-6采用全装修6干式工法楼面、地面比例≥70%6

/集成厨房70%≤比例≤90%3-6*

/集成卫生间70%≤比例≤90%3-6*

/管线分离50%≤比例≤70%4-6*采用管线分离，比例大于70%6总计67综合楼项目钢筋桁架楼承板是将楼承板中的受力钢筋在工厂内焊接成钢筋桁架，并将钢筋桁架与镀锌钢板焊接成整体，形成模板和受力钢筋一体化建筑制品。钢筋桁架楼承板兼有传统现浇混凝土楼板整体性好、钢性能好、防火性能强及压型钢板组合楼盖无模板、施工快的优势。钢筋桁架楼承板桁架受力模式合理，可调整桁架高度与钢筋直径，实现更大跨度和承重。综合楼项目1.国家标准定义的装配式钢结构建筑与普通钢结构建筑主要区别在哪？2.简述装配式钢结构建筑需要进一步解决的技术课题。课后思考题1.国家标准定义的装配式钢结构建筑与普通钢结构建筑的主要区别主要区别：第一、更加强调预制部品部件的集成。第二、不仅钢结构系统，其他系统也要搞装配式。具体来说，装配式钢结构建筑更突出以下各点