裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系分析

1、裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系分析摘要：隨著住宅工業(yè)化體系日趨成熟，工業(yè)化體系也適應(yīng)了綠色建筑的要求。 本文主要論述在我國應(yīng)用廣泛的工業(yè)化住宅結(jié)構(gòu)體系。關(guān)鍵詞：裝配式建筑；結(jié)構(gòu)體系；環(huán)保一、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系裝配式混凝圭結(jié)構(gòu)體系是全部主體結(jié)構(gòu)均使用預(yù)制混凝土構(gòu)件，裝配式混凝 土結(jié)構(gòu)體系根據(jù)承重構(gòu)件劃分為框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)三種 類別。最常用的是框架結(jié)構(gòu)體系，其結(jié)構(gòu)整體性能及抗震性能相對(duì)較好，構(gòu)件較 輕及運(yùn)輸方面具有優(yōu)勢(shì)。裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，是在施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝預(yù)制復(fù) 合墻板裝配成整體，每塊預(yù)制復(fù)合墻板自內(nèi)而外有結(jié)構(gòu)層、保溫層和飾面層。裝 配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)具有廣泛的適用性，能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)

2、準(zhǔn)化和系列化的要求，設(shè)計(jì) 簡(jiǎn)便易行，結(jié)構(gòu)體系合理、安全、節(jié)能、環(huán)保。內(nèi)澆外掛體系是指建筑結(jié)構(gòu)的主體采用現(xiàn)場(chǎng)澆注，外墻使用預(yù) 制混凝土復(fù)合墻板，同時(shí)配備構(gòu)造柱和圈梁，墻體內(nèi)部配備鋼筋網(wǎng)架的工業(yè)化體 系（如圖1、圖2所示），20層以下對(duì)抗震性能有要求的比較合適。二、裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅體系裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系在歐美地區(qū)已形成一套成熟的技術(shù)體系，是當(dāng)前改善人類 居住環(huán)境的理想產(chǎn)品，替代了傳統(tǒng)的磚、木材和混凝土，徹底改變結(jié)構(gòu)形式。裝 配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系在我國的起步較晚，二十世紀(jì)八十年代末、九十年代初才引 進(jìn)日本和歐美地區(qū)的輕型裝配式小住宅。盡管裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅體系相比傳統(tǒng)住 宅有很多優(yōu)點(diǎn)，目前國家相關(guān)部門也已

3、經(jīng)開始采取相應(yīng)措施來推廣裝配式鋼結(jié)構(gòu) 體系在建筑中的應(yīng)用，但裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅體系仍處于起步階段。裝配式鋼結(jié)構(gòu) 住宅體系可概括分為低層輕鋼住宅和多、高層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅兩大類。低層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系分為兩大類：（1）鋼框架結(jié)構(gòu)體系，此類體系采 用型鋼梁柱框架結(jié)構(gòu)；（2）輕鋼龍骨承重墻結(jié)構(gòu)體系，這類體系的承重體系是 鍍鋅輕鋼龍骨，板材的作用是維護(hù)結(jié)構(gòu)體系以及分隔空間。多層、小高層輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系包括：純框架體系、框架一核心筒體系、框 架一支撐體系、框架剪力墻體系以及交錯(cuò)桁架體系等。還可以根據(jù)型鋼的截面形 式進(jìn)行分類：H型鋼柱體系、內(nèi)藏加勁肋C型鋼柱體系、鋼管混凝土柱體系等。（一）裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅體系

4、的優(yōu)點(diǎn)工程質(zhì)量好裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅與傳統(tǒng)鋼筋混凝土住宅相比，杜絕了層高偏差、尺寸偏差、 外墻滲漏水以及墻體面層裂縫等建筑質(zhì)量問題。工廠的工業(yè)化生產(chǎn)保證了構(gòu)件的 標(biāo)準(zhǔn)性和統(tǒng)一性。生態(tài)環(huán)保裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅與其它結(jié)構(gòu)的住宅相比，對(duì)環(huán)境的影響相對(duì)較小，主要體 現(xiàn)在以下三個(gè)方面：首先，與混凝土相比，減少濕作業(yè)，噪音小、粉塵少；其次， 自重減輕可以使基礎(chǔ)施工的取土量減少，減小對(duì)土地資源的破壞，同時(shí)還可以使 混凝土用量、開山挖石量大量減少；最后，當(dāng)住宅建筑達(dá)到使用壽命期時(shí)，拆除 結(jié)構(gòu)后產(chǎn)生的固體垃圾量小，廢鋼的回收價(jià)值高。抗震、抗裂性能好鋼材具有塑性、韌性、延性性能好，強(qiáng)度高，自重輕，自振周期長等優(yōu)點(diǎn)， 當(dāng)結(jié)

5、構(gòu)產(chǎn)生變形時(shí)不會(huì)發(fā)生突然斷裂，修理時(shí)間充裕，因此鋼結(jié)構(gòu)具有良好的抗 震性。同時(shí)，鋼材屬于延性材料，溫度變化不會(huì)使其產(chǎn)生裂縫，相比磚混結(jié)構(gòu)而 言，抗裂性能好?？臻g布置靈活，有效使用面積大鋼材剛度大、強(qiáng)度高，鋼結(jié)構(gòu)的自重較輕，其梁、柱的尺寸與其他材料相比 較小，柱網(wǎng)可以完全包含在墻體之中，結(jié)構(gòu)的占用面積減少，因此建筑空間的有 效使用面積增大。同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)建筑可以布置大空間柱網(wǎng)，空間大小可隨意，空 間布置靈活，住宅造型、格局個(gè)性化。綜合經(jīng)濟(jì)效益高鋼結(jié)構(gòu)住宅的綜合經(jīng)濟(jì)效益高，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是鋼結(jié)構(gòu)住宅的基 礎(chǔ)造價(jià)低。鋼結(jié)構(gòu)自重輕、強(qiáng)度高，可以使基礎(chǔ)的建設(shè)費(fèi)用和材料的使用費(fèi)用減 少，同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)

6、住宅的基礎(chǔ)減輕，工程施工的運(yùn)輸量減少，工程造價(jià)降低，因 此使經(jīng)濟(jì)效益提高；二是鋼結(jié)構(gòu)住宅的內(nèi)在價(jià)值高，節(jié)能效益顯著。鋼結(jié)構(gòu)住宅 空間的有效使用面積增大，空間布置靈活，可以增加房屋的內(nèi)在價(jià)值。并且鋼結(jié) 構(gòu)住宅的保溫性能好，減少了住宅的采暖等費(fèi)用支出；三是鋼結(jié)構(gòu)住宅的資金使 用率高，投資風(fēng)險(xiǎn)低。鋼結(jié)構(gòu)住宅安裝方便，施工周期短，可以減少資金的占用 時(shí)間，降低投資風(fēng)險(xiǎn)。三、模塊建筑體系模塊化建筑體系是近年來工業(yè)化建筑發(fā)展中新興的一種建筑體系，是依據(jù)模 塊化系統(tǒng)理論以及建筑工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，將復(fù)雜的建筑物分解成若十個(gè)相對(duì) 簡(jiǎn)單、獨(dú)立的建筑模塊并進(jìn)行每個(gè)模塊獨(dú)立的設(shè)計(jì)和制造，最后整合具有不同功 能的模塊

7、，形成滿足特定功能需求的建筑整體。這種先分解后整合的過程不僅簡(jiǎn) 化了工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與建造，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化的模塊生產(chǎn)以及個(gè)性 化的最終建筑產(chǎn)品。根據(jù)模塊的結(jié)構(gòu)類型和功能類型，模塊建筑體系中使用的模塊可以分為四種: 墻體承重模塊、樓梯模塊、角柱支撐模塊和非承重模塊。（一）墻體承重模塊墻體承重模塊包含四塊墻體和非承重隔墻，四塊墻體由豎向立柱、水平橫桿 及支撐構(gòu)成，非承重隔墻將墻體所圍的空間劃分成適當(dāng)大小的房間。這種建筑結(jié) 構(gòu)類型適用于賓館、宿舍和社會(huì)保障房，原因是這類建筑房屋通常是由大量的小 房間組成的。（二）樓梯模塊樓梯模塊是為一個(gè)獨(dú)立的預(yù)制單元提供樓梯（通常為兩跑）和平臺(tái)，從而通 往

8、模塊結(jié)構(gòu)建筑中更高的樓層。樓梯模塊通常與常規(guī)的公寓模塊（如臥室、客廳 等）搭配使用組成模塊化公寓住宅樓。這種結(jié)構(gòu)形式通常應(yīng)用于完全模塊化的建 筑中。（三）角柱支撐模塊角柱支撐模塊與傳統(tǒng)的熱軋鋼結(jié)構(gòu)相似，是將梁高較高的縱向邊梁布置在方 鋼管角柱中，明顯區(qū)別于帶有輕鋼承重墻的墻體模塊。角柱支撐模塊最顯著的優(yōu) 勢(shì)是模塊的各個(gè)面可以完全開放，當(dāng)模塊并排安裝時(shí)可以形成大的開放式空間。 這種結(jié)構(gòu)形式適用于學(xué)校和醫(yī)院建筑中。四、非承重模塊非承重模塊在非模塊化的建筑中提供預(yù)制空間單元構(gòu)件。非承重模塊適用于 廚房、浴室和設(shè)備室，這類設(shè)施在工廠安裝方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。但是，非承重 模塊結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度較差，必須靠其他結(jié)

9、構(gòu)構(gòu)件支撐，比如樓板構(gòu)件和構(gòu)造鋼構(gòu)件。（一）模塊建筑體系的建造流程模塊建筑體系的建造過程分為設(shè)計(jì)階段、生產(chǎn)階段、驗(yàn)收出廠運(yùn)輸階段、現(xiàn) 場(chǎng)搭建階段以及項(xiàng)目驗(yàn)收和交付階段。如圖3所示。圖3模塊建筑體系的建造流程（二）模塊建筑體系優(yōu)缺點(diǎn)模塊建筑體系的優(yōu)點(diǎn)工業(yè)化程度高模塊建筑體系的承重結(jié)構(gòu)模塊全部采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)組裝的方式，其工業(yè) 化程度超過85%，徹底改變了傳統(tǒng)的建筑建造方法和生產(chǎn)工藝。同時(shí)，工業(yè)化的 平臺(tái)使信息化的實(shí)現(xiàn)更加方便，完成了工程項(xiàng)目建設(shè)的信息化和智能化。適用范圍廣，滿足個(gè)性化需求模塊建筑體系適用范圍廣泛，包括住宅（尤其是保障性住房）、辦公室、公 寓、酒店等建筑。并且可以與傳統(tǒng)的混凝土現(xiàn)

10、澆方式靈活結(jié)合使用，可實(shí)現(xiàn)建造 的大跨度空間。此外，模塊建筑體系可根據(jù)對(duì)空間的不同功能要求，制作不同類 型的建筑模塊，實(shí)現(xiàn)戶型和造型的多樣性，滿足建筑的個(gè)性化需求。建造周期短，用工量少模塊建筑采用工廠流水線的方式預(yù)制，加快制造速度，減少用工數(shù)量，不但 使建設(shè)周期縮短，同時(shí)也節(jié)省勞動(dòng)力成本。比傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建造周期減 少約50%，用工量減少了約30%，勞動(dòng)力成本減少約80%。節(jié)能環(huán)保模塊建筑體系采用工業(yè)化的建造方式，比同等規(guī)模的鋼結(jié)構(gòu)建筑節(jié)約鋼材超 過15%，比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)約混凝土超過80%，施工現(xiàn)場(chǎng)節(jié)電70%左右，節(jié)水 約70%，建筑垃圾減少85%以上，并且95%的建筑廢棄物可以回收

11、使用。模塊建筑體系存在的問題工程規(guī)模小，成本高由于我國建設(shè)項(xiàng)目的工業(yè)化程度低，目前只有少數(shù)工程采用模塊建筑體系， 且工程規(guī)模較小，導(dǎo)致模塊制造的流水線難以實(shí)現(xiàn)，加大了模塊制造難度和成本， 進(jìn)一步增大模塊建筑體系的推廣使用難度。運(yùn)輸難度大，對(duì)吊裝機(jī)械要求高模塊建筑體系中的模塊體積較大、重量較重，對(duì)運(yùn)輸工具的要求較高，使運(yùn) 輸難度增大。此外，現(xiàn)場(chǎng)吊裝時(shí)，對(duì)吊裝機(jī)具的要求較高，普通吊裝機(jī)具難以完 成現(xiàn)場(chǎng)吊裝工作。五、結(jié)束語裝配式建筑結(jié)構(gòu)所具有的環(huán)保、節(jié)能勞動(dòng)成本等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。通過以上 結(jié)構(gòu)體系的闡述，不同的工業(yè)化住宅結(jié)構(gòu)體系有其局限性，因此，在應(yīng)用時(shí)應(yīng)根 據(jù)實(shí)際情況選擇結(jié)構(gòu)類型，提高工程效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)化。參