鋼結(jié)構預制構件拼接建筑結(jié)構的應用和發(fā)展(完)

2013年9月9日

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

圖 6 玻璃面板與鋼結(jié)構預制構件承力框架連接

圖 7 幕墻板材與鋼結(jié)構預制構件承力框架連接

鋼結(jié)構預制構件拼接建筑的幕墻材料可根據(jù)建筑造價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)進行簡單的裝飾，即可交付使用。

普通建筑的幕墻，僅作為一種圍護部件，起防風、防雨、隔熱、防寒等防護作用，然后幕墻板材作為平面構件時具有很強的抗剪能力。鋼結(jié)構預制構件拼接結(jié)構的幕墻，可輔助承受樓層水平剪力，又可輔助承擔預制構件鋼結(jié)構框架在傾覆力矩作用下引起的豎向剪力，故而兼有防護和承力兩種功能。同時鋼結(jié)構預制構件作為承力框架，從而進一步節(jié)省了鋼結(jié)構預制構件的截面尺寸，降低了建造成本；更可以直接將幕墻板材固定在鋼結(jié)構預制構件上，在工廠即可實現(xiàn)幕墻單元拼裝，現(xiàn)場只需吊裝及簡單的連接即可，減少了幕墻現(xiàn)場施工量，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)點域的板件能產(chǎn)生一定量的剪切屈服變形，從而提高整個框架的延性，鋼框架的“強柱弱梁”、“強焊弱鋼”、“強節(jié)弱桿”設計更有利于提高框架的防倒塌能力和整個構件的延性。

2）預制鋼構件的連接更是增加了結(jié)構的超靜定次數(shù)，從而增多了塑性鉸的形成數(shù)量，構成多道抗震防線，不僅提高了結(jié)構的抗震可靠度，更延長了結(jié)構進入倒塌的過程。即使是純框架結(jié)構（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

預制鋼結(jié)構構件組裝式高樓，由各個預制構件組成，各構件均為工廠內(nèi)完成，工業(yè)化程度高，現(xiàn)場大量減少了混凝土的使用，鋼結(jié)構預制構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；尤其是在災后重建工作中，具有極大的建造速度優(yōu)勢。

2.3 自重輕

采用預制鋼結(jié)構構件的高樓，自重可參考鋼結(jié)構高樓自重，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）進一步變小，使構件內(nèi)力減小。同時上部結(jié)構減輕40%，可以使基礎造價出現(xiàn)較大幅度的降低。

2.4 結(jié)構面積小

由于鋼結(jié)構強度高，鋼結(jié)構受力構件截面僅為鋼筋混凝土的1/3?？稍黾咏ㄖ行褂妹娣e。

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，而預制鋼結(jié)構構件組裝式高層建筑，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

臨時安置房（活動板房）由于承力框架采用薄壁輕鋼結(jié)構，并采用夾心符合板材作為圍護結(jié)構，故而在防火處理上有較大的隱患，而鋼結(jié)構預制拼接結(jié)構以進行過防火涂料處理的實腹式或格構式構件為主要承力構件，外墻圍護更是以施工技術比較成熟的幕墻干掛為主，也考慮了防火要求。整體結(jié)構均可達到國家相關規(guī)范要求。

2.7 造型

由于鋼結(jié)構構件具有強度高，重量輕的特點，可以做成跨度較大的結(jié)構；同時鋼結(jié)構預制構件在工廠制成，便于機械化制造，更容易做成各種空間造型。

2.8 節(jié)能

由于鋼結(jié)構預制構件全部在工廠制作完成，精度較高，同時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)構預制構件上，從而改善圍護結(jié)構的熱工性能，提高鋼結(jié)構預制構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)構預制構件全部采用工廠標準化生產(chǎn)，且構件單元之間采用拼接，在結(jié)構遭受地震等不可抗因素而出現(xiàn)問題的時候，可直接進行更換或返修，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，逐步采用半自動化乃至自動化的制造工藝，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，同時建筑耗費較大，建筑垃圾較多，施工周期較長，施工質(zhì)量容易出現(xiàn)隱患；而采取預制鋼結(jié)構構件組裝施工，更多的采取了工業(yè)化生產(chǎn)，施工周期短，現(xiàn)場施工簡潔方便，施工質(zhì)量也更容易保證。

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

調(diào)查資料表明，鋼結(jié)構的破壞率和震害程度均低于鋼筋混凝土結(jié)構，而且鋼結(jié)構拼接建筑完全由預制構件構成，其震后的修復工作也簡單、快捷。

綜上所述，鋼結(jié)構預制構件拼接結(jié)構體系完全可以運用于具體工程實踐，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。

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