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杨嗣信:推进钢结构建筑工业化发展的11个建议

更新日期:2016-04-25 10:37:07
 建筑工业化的重要标志就是建筑结构的工业化。目前我国主要城市的建筑结构基本上是两大类,即钢筋混凝土结构和钢结构(包括钢-混凝土混合结构)。过去的砖混结构因国家禁止使用粘土砖,目前已很少采用了,同时砌筑、抹灰也不符合工业化施工要求,用工多,且笨重体力劳动不是行业发展方向。进入21世纪,我国钢铁工业迅速发展,钢年产量已达8亿t,排名世界第一,平均每人每年超过0.5t,因此我国钢结构建筑越来越多,不仅在超高层建筑中使用,低于百米的钢结构住宅小区中也在使用。尽管钢结构造价高,但整体来看,它具有很多其他结构不可比拟的优越性。特别是近10年来我国大力发展的以钢管柱为主的混合结构,在RC核心筒施工中采用液压爬模新工艺,充分显示了这类结构对建筑工业化发挥的巨大作用,无论是提高生产率、节约人工,提高工厂化、装配化、机械化水平,还是实施绿色施工方面都具有显著优势。
  
  不过,由于我国发展钢结构只有近20年的时间,尤其在钢结构工程与建筑工业化的结合方面,还远远不够,没有充分发挥钢结构在建筑工业化中的独特优势和有利条件,因此有必要认真总结近20年来推广钢结构的经验,同时借鉴学习国外先进之处,继续研发、推广有关钢结构的新技术、新工艺,充分发挥钢结构的优势,降低工程成本,大大提高钢结构的建筑工业化水平,以促进钢结构更健康发展。笔者对目前我国进一步实现钢结构建筑工业化发展,提出以下建议。
  
  设计定型标准化是发展建筑工业化的前提
  
  设计定型标准化是发展建筑工业化的前提。钢筋混凝土结构如此,钢结构也应该如此。目前我国已建成的高层或超高层钢结构公共建筑大部分是办公用房和商住楼,从平面布局来看中间是核心筒,外圈是柱网,这种结构的平面布局基本是定型的,只是梁的跨度不同,层高基本差不多,荷载差异不大,因此可以设计不同长度的标准梁板,根据建筑物的不同高度设计几种标准构件图。总之,用标准构件组合成各种不同布局的平面,更利于钢结构工厂的制作、生产,减少钢材的品种规格。目前不少钢结构高层建筑柱网都是根据地下室车库的尺寸来决定,柱距都有明确的规定要求和范围(如停4辆车为8.4m左右),进深也都有要求,上层柱网可以相应定型,这对设计定型标准化十分有利。核心筒(除总高超过200m的超高层建筑外)也可以按地区实行标准化设计控制墙厚,这对采用液压爬模施工也是非常有利的。构件设计的标准定型化可以先从钢结构的水平构件下手,柱子实行标准定型化比较复杂,除(总高)超过200m的超高层建筑以外,柱子断面尺寸基本可以确定几种规格。如钢管混凝土圆柱的尺寸,可以按高度定几种规格尺寸,以便于工厂加工。至于钢结构的水平构件(包括楼梯),完全可以实行构件标准定型化,以便工厂加工制作。
  
  钢管柱符合建筑工业化的要求,不用支模,也不用复杂装修
  
  采用钢管柱较方便与水平结构进行连接,施工进度快,混凝土浇筑采取顶升工艺,质量有保证。工厂加工钢管时可将梁的钢牛腿先焊在钢柱上,主梁上支撑次梁的牛腿也可在工厂内预先焊接,在现场即可通过螺栓迅速安装。钢管柱可以2~3层连成1根安装,柱内混凝土一次浇筑2~3层,如此可大大加快进度。钢管外侧的防腐、防火涂料,甚至装饰均可在工厂内完成再运至现场安装,只不过安装后需要修补,运输中及安装后也必须注意成品保护。不建议采用型钢+钢筋作为骨架的劲性混凝土柱工艺,因该工艺复杂,需要大量的深化设计解决梁柱接头问题,还需增加柱支模及混凝土养护等工艺,不宜采用。钢管混凝土柱一般使用圆钢管,有些工程也采用了方(含长方形)钢管,效果也不错,至于钢管混凝土柱的混凝土浇筑工艺目前都已成熟,不另行介绍。
  
  水平构件及楼梯都采用钢构件,一般用H型钢
  
  钢结构住宅因不做吊顶也可以考虑用方钢管做梁,但不宜再设置次梁。钢结构梁的跨度不宜过大,以不超过9m为宜,最好能定型几种梁的规格,专供钢结构工程使用。一般钢结构的主梁一端支撑在外柱上,另一端支撑在核心筒剪力墙上,梁与核心筒的连接以预埋件焊接钢牛腿的连接工艺为主。楼梯一般均采用钢楼梯,工厂预制现场安装。
  
  钢结构的楼板最早采用压型钢板,用作永久模板,最近出现带底板(钢板)的钢筋桁架作永久模板。钢板底板与钢筋桁架焊接成为整体,在钢板底板上浇筑混凝土,这两种工艺都是可行的,均可取消混凝土楼板的支模工艺,在板底设置极少量立柱支撑即可,基本上消除了模板工艺,但成本相对较高。为更简化,同时也降低成本,是否可采用“混凝土叠合楼板”工艺?在非地震区(或地震区采取一定的措施)也可采用整块预制大楼板(两面光),与钢梁采取一定的铺接措施,为减轻自重、满足隔声要求也可采用轻质陶粒混凝土(或粉煤灰陶粒,混凝土强度达到C20~C40)。另外可否结合钢结构体系,研究使用由钢骨架及小块预制板组成的架空地板楼面,以满足各种智能化建筑的要求。
  
  外墙板及装饰
  
  目前大部分超高层或高层公共建筑都使用了玻璃幕墙,自重轻、制作安装比较简单,有一定优势。进入21世纪后,就国外的情况来看,玻璃幕墙已大大衰退,原因很多,有些国家如日本从来就没有大面积采用过玻璃幕墙。北京在上世纪80年代建造的京城大厦,是日本设计的52层超高层建筑(是当时日本有代表性的钢结构体系),其外墙并没有采用玻璃幕墙,而是采用了三合一、带饰面保温的RC预制外墙板。当时我去日本参观,发现日本高层建筑均采用这种外墙板,较少见到玻璃幕墙。其他一些国家在20世纪80年代后期,其玻璃幕墙也已走向下坡,而我国却从20世纪90年代开始大力发展,迄今不见衰退。可以说,我国玻璃幕墙施工工艺落后,大部分采用人工吊架小块散装,工业化水平颇低,保温效果极差,应该指出,高层或超高层建筑的外墙板施工是建筑工业化的重要组成部分,也是节能降耗、实行绿色建筑的重要组成部分,必须认真对待。玻璃幕墙不是高层建筑唯一或主要的围护结构,无论从节能、保温、耐久性还是工业化施工来看,都不是很理想的选择。玻璃幕墙今后仍会继续使用,但不宜进行散装,宜采用单元整块(每个开间1~2块)预制安装工艺,并使用反射玻璃;同时在玻璃幕墙内侧应做保温层(如北京长城饭店的做法),既可满足节能标准又符合建筑工业化的要求。
  
  就建筑工业化来说,钢结构的围护墙宜向三合一(既围护结构、保温、装饰三合一)的预制墙板方向发展,具体建议如下。
  
    1)三合一预制混凝土外墙板 北京在20世纪已使用过,效果不错,有待进一步改进。
  
    2)钢框骨架岩棉或其他A级保温材料夹芯,双面装饰板外侧可采用各种饰面材料的三合一外墙板 这种外墙板可在钢结构制造工厂生产,运至现场安装,美国在20世纪90年代已普遍使用,最大块体可达9m×4.5m。
  
    3)带有RC或钢骨架的加气混凝土或发泡水泥的整块外墙预制墙板(带装饰面)。
  
    4)陶粒混凝土带饰面外墙板 采用粉煤灰陶粒(国内已有采用进口设备生产),符合废物利用及环保要求。
  
    5)玻璃幕墙 宜推广整块单元式玻璃幕墙,采用反射玻璃,内部做保温层。
  
    6)各种轻质条板 类似铝合金幕墙的条板尽量不用。以上各种外墙板均为整块挂板,在工厂中预制,有些外墙板也可在现场或地下车库内生产,以降低成本,在日本及美国都有这种生产方式。
  
  核心筒
  
  核心筒应采用液压爬模工艺,由专业队伍分包施工,3~5天一层,一般比外围钢结构优先5层左右,目前全国已全面推广应用此类工艺,效果显著。目前核心筒有全RC、劲性混凝土、钢板混凝土或全钢板核心筒,在200m以内的核心筒一般为RC或劲性混凝土,完全可以采用液压爬模工艺。为防止混凝土开裂,混凝土强度等级宜控制在C50以下,每立方米水泥用量宜控制在250kg左右(C50在不少工程中水泥用量仅220kg/m³)。应采用泵送混凝土,目前我国混凝土一次性泵送高度最高可达600m左右。浇筑后必须加强养护,采用自动喷雾养护法。
  
  钢板夹芯混凝土剪力墙核心筒目前日益增多,但裂纹不易控制。最近有工程采取了钢板加温,加强混凝土养护,并用保温等方法控制混凝土内、外温差及混凝土表面与大气间的温差(20℃),取得了成功,值得借鉴。
  
  内隔断及吊顶
  
  内隔断及吊顶可采用轻钢龙骨硅钙板(或石膏板)、岩棉夹芯板等轻质隔墙,也可以采用轻质混凝土预制条板(两面光不抹灰),轻骨料可采用粉煤灰陶粒,实行干作业,取消砌筑抹灰。局部内隔断墙也可采用简易可移动的木制或铝合金玻璃隔断。总之,内隔断墙应采用轻质、预制、干作业、运输安装方便,符合防火等级要求且易于灵活搭拆的隔断墙。
  
  室内吊顶宜采用轻钢龙骨矿棉等吸声功能好的轻质面板,一般钢结构办公用房也可以不做吊顶,将顶板及所有管线(除通风口、灯具外)全部使用黑色涂料罩面。实践证明这种做法不仅可以降低工程成本,而且可以扩大室内空间,实用宽敞,建议推广应用。