2021年以來，裝配式建筑產業(yè)的發(fā)展迎來了新發(fā)展。據(jù)住建部通報的2020年全國裝配式建筑發(fā)展情況數(shù)據(jù)顯示，去年全國新開工裝配式建筑共計 6.3 億平米，較2019年增長50%，占新建建筑面積的比例約為20.5%。在碳達峰、碳中和的大背景下，以鋼結構為主要形式的裝配式建筑產業(yè)，正在以“飛速”發(fā)展的姿態(tài)，進一步優(yōu)化和升級建筑產業(yè)結構。政策的支持促進了裝配式鋼結構建筑的技術發(fā)展，現(xiàn)在從結構體系和圍護體系兩方面闡述裝配式鋼結構建筑現(xiàn)有技術發(fā)展情況。

結構體系

    目前多高層裝配式鋼結構建筑的結構體系，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。各類鋼結構體系的特點如下。

    1.純框架體系

圖1 純框架體系

    該體系具有如下優(yōu)點：

   （1）可根據(jù)建筑功能的需求進行梁柱的靈活布置，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?！?/span>

   （3）構件的生產、運輸和現(xiàn)場的安裝快。

    不足之處：

   （1）由于純鋼框架抗側力剛度較小，為了控制位移，構件的截面很大?！?/span>

   （2）鋼框架屬于有側移結構，因此較難滿足高烈度地區(qū)對建筑抗震性能的要求，建筑層數(shù)及高度受限較嚴重。

   （3）變形較大，舒適度較差。

    2.框架-支撐體系

圖2 框架-支撐體系

    該體系具有如下優(yōu)點：

   （1）同純鋼框架建筑，可根據(jù)建筑功能的需求進行梁柱的靈活布置，而支撐可選擇設置在不影響建筑使用功能的位置，構件截面尺寸更小，進一步增加建筑使用空間的利用率，同時降低了整體用鋼量。　　

   （2）由于支撐的存在，較純框架建筑，鋼框架支撐體系抗側力能力有顯著增加。柱長細比限制較純框架結構有較大優(yōu)勢，截面尺寸可有效減小，建筑層數(shù)和建造高度有較大提升?！?/span>

   （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）構件截面較大，對建筑功能產生一定影響?！?/span>

   （3）支撐（大撐）布置位置零散，造成結構剛度不均勻。

    3.集裝箱體系

圖3 集裝箱體系

    該體系具有如下優(yōu)點：

   （1）可像積木一樣將各個功能房間或戶型進行多樣的組合。

   （2）建設周期較短。

   （3）取材較容易。

    不足之處：

   （1）抗震性能較低，連接及單體強度較難滿足高抗震設防烈度地區(qū)的高層建筑建設需求，適用于低、多層建筑。

   （2）集裝箱常規(guī)尺寸難以滿足國內住宅市場對層高和房間開間的要求。

   （3）使用運輸行業(yè)淘汰的集裝箱，可能會由于自身質量問題產生安全隱患，但使用新集裝箱進行改造成本較高。

    4.鋼管束、鋼異形柱體系

圖4 鋼管束體系

    圖5 鋼異形柱體系

      該體系具有如下優(yōu)點：

     （1）采用鋼管束、鋼異形柱代替?zhèn)鹘y(tǒng)混凝土剪力墻，基本做到室內不凸柱，在平面空間上最大化的服務于建筑?！?/span>

     （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整?！?/span>

     （3）鋼管束剪力墻、鋼異形柱較常規(guī)混凝土墻柱，承載力和構件延性更好，施工效率更高。

      不足之處：

     （1）較常規(guī)鋼結構，用鋼量增大。　

     （2）較常規(guī)鋼管混凝土柱，由于此類構件空腔數(shù)量較多，截面較小，因此對混凝土作業(yè)的質量要求更高，人工及材料成本有一定的上升?！?/span>

     （3）組合截面在工廠生產過程中，在具備完整的機械化生產線前，人工及時間成本較高，且焊接次數(shù)較多，焊縫較多，質量較難控制，同時檢測成本也相應提高。　

     （4）設計方法缺乏現(xiàn)行規(guī)范支持，設計工作需進行論證。

圍護體系

     裝配式鋼結構建筑提倡采用非砌筑墻體，采用工廠預制墻板。根據(jù)圍護體系應用位置，分為外墻、內墻和分戶墻；根據(jù)圍護體系的構成形式和主要構成材料，分為預制混凝土墻板、輕鋼龍骨類復合墻板、輕質條板和夾心板等。外墻板和內墻板需分別滿足如表1所示性能。

    目前常用的墻板有，預制混凝土復合墻板、輕鋼龍骨類復合墻板、灌漿墻、蒸壓加氣混凝土條板、金屬面板夾心墻板等。

    1.預制混凝土復合墻板

    由鋼筋混凝土結構里層、保溫層和混凝土飾面層復合而成的承重或非承重的復合墻板。

圖6 預制混凝土復合墻板

    優(yōu)點：集圍護、保溫和裝飾一體化，具有強度高、保溫隔熱性能好、材料耐久性好的特點。

    不足之處：面密度較大、施工難度大、安裝效率較低。

   ２.輕鋼龍骨類復合墻板

   以紙面石膏板、纖維增強水泥板等各種輕質薄板為面層材料，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合墻板。

圖7 輕鋼龍骨類復合墻板

   優(yōu)點：具有質量輕、現(xiàn)場全干法施工、施工便捷、保溫隔熱性好、易穿管線的特點。

   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，兩側用纖維增強水泥板作為面層，然后在骨架與面層板形成的空腔內灌注輕骨料混凝土，形成的實心復合墻體。

圖8 灌漿墻

   優(yōu)點：與輕鋼龍骨類復合墻板類似，具有質量輕、保溫隔熱性好、易穿管線的特點。

   不足之處：現(xiàn)場存在濕作業(yè)、施工質量較難控制。

   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)量的鋼筋網片的一種輕質多孔的墻板。

圖9 蒸壓加氣混凝土條板

   優(yōu)點：具有質量輕、耐火性能好、可加工性強、耐久性好的特點。

   不足之處：強度較低、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

   兩側用金屬面材料形成面層，中間夾以保溫隔熱材料的復合墻板。

圖10 金屬面板夾心墻板

   優(yōu)點：多用于工業(yè)、公共建筑，具有施工便捷，可拆裝的特點。

   不足之處：金屬面板不耐腐蝕，需采取措施提高其耐久性。

   目前，裝配式鋼結構建筑的發(fā)展迎來了良好的機遇，因此，我們需要進一步加強裝配式鋼結構建筑的研究，主要體現(xiàn)在以下幾方面：設計理念的更新（建筑、設備、裝修、結構等）；創(chuàng)新適合我國工業(yè)化建筑的多元化體系；加大相關應用設計技術研究；與BIM技術、信息化技術的深度融合應用；適合的施工機具及相應施工工法；適合的質量檢測技術、檢測設備、驗收技術研發(fā)；專業(yè)人員、產業(yè)工人的培育等。通過研究，推動裝配式鋼結構建筑在我國的推廣應用，加快建筑生產的工業(yè)化、產業(yè)化發(fā)展進程。