装配式钢结构住宅体系装配式钢结构住宅体系 20世纪70年代至今，随着全球经济的快速发展，钢结构住宅在全球经济发达国家和地区得到了深入的发展，总体走向成熟。这些发达国家钢结构住宅的科研和工程应用起步较早，工业化水平已经很高。迄今为止，国外钢结构住宅已经形成了相当规模的产业化住宅体系，并且在住宅产业化生产方面的研究已经进入对住宅体系灵活性、多变性的研究阶段。这对我国住宅钢结构体系及其产业化的发展有很大的借鉴意义。引言 钢结构住宅是指以工厂生产的钢型材构件作为承重骨架，以新型轻质、保温、隔热、高强的墙体材料作为围护结构而构成的居住类建筑。钢结构住宅产业化即是以钢结构住宅为最终产品，通过社会化大生产，将钢结构住宅的投资、开发、设计、施工、售后服务等过程集中统一成为一个整体的组织形式。 预制装配式钢结构住宅具有模块化、标准化的特点，适应工业化需求，且抗震性能优越、施工周期短、钢材可回收、综合技术经济指标好。 我国住宅产业化的正式提出,始于1999年国务院办公厅转发建设部等八部委关于推进住宅产业现代化提高住宅质量若干意见，要求加快住宅建设从粗放型向集约型转变，推进住宅产业现代化，提高住宅质量，具体提出了发展钢结构的要求。国务院（1999）第72号文件更是为预制装配式钢结构住宅及其产业化的发展提供了前所未有的政策支持，该文件明确提出：发展预制装配式钢结构住宅，扩大预制装配式钢结构住宅的市场占有率，将会加速住宅产业化过程，对我国建筑、冶金及相关产业的发展具有重大意义。政策背景 2016年2月，中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见(中发20166号)提出发展新型建造方式，指出大力推广装配式建筑，积极稳妥推广钢结构建筑。中华人民共和国住房和城乡建设部公告第1418号批准装配式钢结构建筑技术标准GB/T51232-2016，自2017年6月1日起实施。 行业背景 2003年以来的大规模行业投资造成的钢铁行业产能严重过剩，2012年新开工面积负增长以及施工面积连续数月增速下降而压制了需求，国内外经济疲软导致家电、船舶、机械等涉钢商品消费萎靡。在供给端和需求端共同挤压下，钢铁行业已由微利运行进入亏损状态。虽然2012年四季度以来，伴随着全球经济环境好转，下游需求的整体好转支撑钢价逐步上涨，但总体来说，现阶段是一个发展钢结构住宅的好时机。 钢结构住宅发展现状钢结构住宅发展现状 1 1、国外研究现状：、国外研究现状：美国：美国：钢结构住宅技术是一项综合技术，集结构主体、建筑节能、建筑防火、隔声、型材及设计施工一体化的集成化技术，社会分工明确，生产效率高，依靠统一的设计施工标准，使建筑产品供应各方能相互协调，使得钢结构房屋建设数量发展迅速，钢结构住宅占比在25%以上，且以装配式住宅为主；日本：日本：根据日本预制装配建筑协会的统计，到20世纪90年代末，日本预制装配住宅中木材结构占18%，预制混凝土结构占11%，而钢材结构系列比例已经多达71%；2 2、国内研究现状：、国内研究现状：1）国务院(1999)第72号文件明确提出： 发展预制装配式钢结构住宅，扩大预制装配式钢结构住宅的市场占有率，将会加速住宅产业化过程，对我国建筑、冶金及相关产业的发展具有重大意义；2）与发达国家相比，中国的钢结构建筑比例仍然非常低； 我国钢结构用钢量仅为钢产量的20%，纯钢结构的用钢量(板材、型钢等)大约只占建筑用钢量的1.52%，占到建筑竣工面积60%70%的住宅建筑几乎全部是钢筋混凝土建筑，采用钢结构的比例很低；国内预制装配式钢结构住宅主要实践：北新集团 作为北新建材发展新型房屋业务的重要平台，北新房屋成立于2002年，由北新建材与丰田、新日铁、三菱等公司合资设立，公司全套引进日本先进的轻钢结构房屋技术，以现代房屋制造业的标准化、精细化和定制化实现轻钢结构房屋的设计、制造、安装，实现“像造汽车一样造房屋”。 成都青白江区清泉镇花园村项目是由北新集团全资子公司北新集成房屋有限公司与成都市青白江区政府合作开发的统筹城乡住宅项目，占地140亩，可容纳266户。这是青白江新农村建设的示范项目，同时也是成都市新型轻钢节能建筑。青白江区清泉镇花园村项目体现了北新集成房屋在建造过程、节能环保产品的集成以及抗震性能等方面的突破。 做为最早的国家住宅产业化基地，北新集团目前形成了集主体设计、楼板设计，屋面设计，墙板生产、现场施工一体化技术，在低多层、小高层装配化钢结构住宅；远大集团远大集团我国首座工厂化集成建筑在长沙建成，这是一栋前所未有的住宅楼。在全部零部件都是工厂化生产的钢结构房屋里，看不到任何管线路和风口，而房子却正在制冷或取暖，提供冷、热水；当主人远在千万里之外，可通过家里的电话自动打开空调和音响，或关闭窗户和电灯;这种我国首创的全新概念的集成建筑，通过了湖南省建委组织的国内外专家的技术鉴定。据介绍，集成建筑的诞生掀开中国建筑史上新的一页，预示着专业化大工厂生产住宅的时代已经来临 远大可建以360小时完成30层高酒店T30施工，引起行业内极大的关注，同时也将工业化的优势提升到了新的高度。远大可建以楼板为标准化产品，在3.915.6米的楼板中包括了地板和天花板，中间装有通风、给排水管路和电气线路及照明，出厂时上面摆放了本房间安装所需的立柱、斜撑和门窗、墙体，洁具厨具，运到工地后一次性吊到安装部位，工人只要拧螺栓、刷漆，使建筑现场安装施工量仅占整个建筑用工量的7%；国内预制装配式钢结构住宅主要实践： 宝钢集团 作为钢铁行业的龙头，宝钢集团一直致力于加大钢结构住宅领域的拓展力度。早在2008年，在武汉黄金口小区，宝钢和赛博思公司就开始开发建造钢结构住宅示范工程。该工程被国际钢铁协会Living Steel(住宅钢结构)项目选定作为中国地区可持续性住宅的示范建筑。 2011年，宝钢成立了宝钢建筑系统集成有限公司，打造钢结构住宅从信息化管理、集成化设计、装配化施工到最后的装修建筑一体化的完整产业链，希望实现“像造汽车一样造房子”的目标，核心业务范围将涵盖政府公用建筑、保障型住宅、商业建筑、商品住宅。 2012年，由宝钢集团牵头发起的国内装配式钢结构民用建筑产业技术创新战略联盟近日在上海正式成立。据介绍，该联盟汇聚了宝钢集团、中国建筑股份有限公司、同济大学、中国建筑标准设计研究院等23家行业内知名的企业、院校和科研机构，涵盖技术研发、设计、工程施工、部品部件生产、房产开发等建筑产业链环节。 通过与赛博思公司研发，在抗侧力系统、构件节点以及墙板体系统三项关键领域产品化方面进行了积极探索国内预制装配式钢结构住宅主要实践： 杭萧钢构、东南网架杭萧钢构、东南网架通过近10年来的研究和实践，形成了结构体系、围护体系、集成装修等一些列技术； 国内预制装配式钢结构住宅主要实践：钢结构住宅钢结构住宅钢结构住宅：主主要要承承重重结结构构为为钢钢结结构的住宅建筑。构的住宅建筑。以钢钢铁铁结结构构构构件件为为承承重重骨骨架架，以轻轻型型建建筑筑墙墙体体材材料料为为围围护护结结构构，以及与功能配套的水、暖、电、厨、卫、智能网络与通信设备和产品优化集成的安全、健康、适用、节能、绿色、环保满足家庭居住使用的建筑。H H型钢梁型钢梁钢管混凝土柱钢管混凝土柱整体厨房整体厨房装配式内隔墙装配式内隔墙轻质保温外墙轻质保温外墙整体浴室整体浴室干挂花岗岩干挂花岗岩钢筋桁架楼承板钢筋桁架楼承板节能门窗节能门窗三维图示三维图示装配式钢结构住宅体系钢框架体系抗侧力系统楼承板整体卫浴集成装修外墙系统内墙系统n焊接方（矩）形钢管混凝土柱n焊接H型钢梁钢框架体系12n钢框架核心筒体系n钢框架支撑体系n钢板剪力墙体系抗侧力系统n钢筋桁架混凝土楼板楼承板轻质内墙n轻质灌浆内墙n预制轻质复合内墙外墙系统n纤维水泥板轻质灌浆外墙n玻璃幕墙n干挂石材、铝板幕墙等整体式集成卫浴n预制集成卫浴7集成装修6534装配式钢结构住宅体系构成装配式钢结构住宅体系构成体系构成体系构成高层住宅平面示意高层住宅平面示意 为型钢框架柱，为型钢框架柱， 为钢结构支撑体系为钢结构支撑体系 住宅标准层钢构架示意住宅标准层钢构架示意 住宅标准层布置住宅标准层布置BIM模型模型 标准钢结构楼梯构件标准钢结构楼梯构件 预制预制PC外墙构件外墙构件 1、重量轻、强度高：用钢结构建造的住宅重量是钢筋混凝土住宅的1/2左右；满足住宅大开间的需要，使用面积比钢筋混凝土住宅提高4%左右；2、安全可靠性，抗震、抗风性能好；3、钢结构构件在工厂制作，减少现场工作量，缩短施工工期，符合产业化要求；4、钢结构工厂制作质量可靠，尺寸精确，安装方便，易与相关部品配合；5、钢材可以回收，建造和拆除时对环境污染较少；6、钢结构住宅，室内格局可以随意改变，不受原有传统结构的限制；钢结构住宅特点钢结构住宅特点节节地地: :钢结构住宅得房率比普通混凝土结构可提高5%-8%。建筑节地主要考察在相同建筑面积情况下不同结构体系提供的有效建筑使用面积的多少，并以此作为反映建筑对土地资源消耗的情况。钢结构体系：钢结构（钢混凝土结构）住宅得房率提高3.95%；全钢结构住宅在建筑的节地性能较为明显，钢结构住宅使用面积提高约6.9%。节节水水: :钢结构住宅为工业化生产、现场装配化施工，建造过程中节水效益明显，钢结构比混凝土结构能够节约25.8%的施工用水。节节能能: :从建筑全生命周期节能分析综合计算建筑材料的生产、运输、安装、运维，与现浇混凝土结构相比，钢结构资源消耗量较少，而且可回收冶炼，循环利用，降低了项目全生命周期内的碳排放量，单位面积能耗量降低14.6%。节节材材: :建筑节材主要分析建筑营建过程中主要建筑材料的消耗状况，并通过全生命周期评价法（LCA）加人对可回收材料的统计，对建筑全生命周期的材料资源消耗进行分析对比。是是建筑节能和绿色建筑的重要途径建筑节能和绿色建筑的重要途径钢钢结结构构住住宅宅体体系系耗耗费费的的建建筑筑材材料料少少于于常常规规结结构构体体系系住住宅宅。主体结构采用钢结构，可回收冶炼，循环利用，利用率达70%-80%；龙骨采用冷弯薄壁型钢，可回收冶炼，灌浆料也可经粉碎处理循环利用；装配式楼承板底模可重复使用，降低成本，施工速度快，质量易于保证。减减少少粉粉尘尘污污染染: :我国的建筑垃圾已占到垃圾总量的30%-40%，建筑施工的扬尘也是造成PM2.5的一个重要因素，造成雾霾一次次笼罩城市。万郡大都城采用工业化、标准化和产业化生产，现场装配，实现绿色施工。将工地的事情工厂做，室外的事情室内做，高空的事情地面做，危险复杂的事情机器做。实现绿色施工，可大幅降低扬尘、噪声及污水排放等污染，减少施工垃圾，节省木材资源，真正实现“天蓝、地绿、水净”的美好城市建设。钢结构住宅特点钢结构住宅特点钢结构住宅与传统现浇结构的成本增量分析表分项分项成本成本变化变化原因原因设计成本增加设计环节增加了如钢结构、墙板及楼板的深化设计阶段的成本机械费增加相比传统现浇体系不可避免增加了钢构件、PC预制构件、叠合楼板所需使用的塔吊、吊装车辆相关次数，因此机械成本会呈现增加趋势材料费预制构件增加相比传统现浇体系商混和钢筋 以前以商混和钢筋单卖到工厂，现在的预制构件单价相比前者要贵，预制构件已成为增量的主要原因模板降低混凝土浇筑过程中，空腹钢柱、钢筋桁架楼板、叠合楼板已是模板，不必另支模，模板相关费用大大减少抹灰砂浆降低预制构件表面光滑，精度达毫米级，相关抹灰砂浆及修补用量大大减少人工费/生产效率降低/提高主要是大部分工作由加工制作厂工人完成，现场装配，主体结构期间人工费对比传统现浇结构人工费降低30%-50%资源使用降低施工节水60%，节能20%，建筑垃圾减少80%、脚手架、支架减少70% 防火防腐性能一般认为，钢结构防火防腐性能不好，采用涂料进行防护，涂料的寿命一般仅有十年左右，与建筑的设计使用寿命相差甚远。由于使用情况的不同，公共建筑允许后期的检查与维护，因此受到的质疑不多。而住宅钢结构则基本不可能在使用期间的户内进行相关的检查与维护，一下子似乎成为致命性问题。这个认识上的误区，甚至在业内技术人员中也广泛流传。事实上，住宅钢结构在室内正常环境锈蚀极其有限，即便初期的涂装年久失效，腐蚀也在可控范围，根本不会影响结构安全。美国和日本几十年前建造的钢结构建筑使用至今已经充分说明了这些问题。甚至，根据日本的经验，目前建造的钢结构建筑已普遍不再进行防腐涂装。另外，钢结构的防火问题，也可通过防火片材的粘贴包覆处理，比防火涂料更为可靠。所以，装配式钢结构建筑的防火防腐问题，技术上并不存在多大问题，更多的是一个认识问题。装配式钢结构建筑技术问题 居住舒适性钢结构公共建筑的舒适性问题并不突出，受到诟病的，住宅居多。这往往是住宅的建筑围护部品以及构造技术等问题造成的。在过去的多年内，由于围护部品的配套资源问题、应用技术问题，造成围护部品选择不当，或者技术上的不成熟，工程师采用的墙体构造不合适，造成外墙裂缝、防渗、隔声、保温等等问题。实际上部品选择得当、构造合理的围护体系，装配式钢结构建筑完全可以实现和混凝土剪力墙等同的居住舒适性。这些问题随着建筑围护部品配套的逐步成熟和工程师技术上的进步，正在得到有力改进。装配式钢结构建筑技术问题 建筑配套过去的多年里，装配式钢结构住宅的产业链还不健全，配套产业远远滞后于钢结构产业本身的发展，配套的外墙板、楼板、内墙板等可供选择的余地不大，价格也高。而钢结构公共建筑采用幕墙和楼承板的居多，配套问题不大。近年来从国外直接进来的成熟产品、国内引进的以及自主研发的相关新型建材企业正在蓬勃发展，装配式建筑产业园和示范基地遍地开花，可供选择的部品部件已经基本形成体系。装配式钢结构建筑技术问题 建筑系统集成装配式钢结构住宅的建造，是一个建筑系统集成实现整体建筑功能并满足用户需求的过程。越来越多的企业将重心转移到以建筑专业牵头，进行建筑系统集成、建筑产品化的思路上来。换言之，这是产品经理主导的一个产品开发，任何一个影响产品功能的问题，都可能导致产品无法让客户满意。因此，必须摒弃传统的用钢结构直接替换混凝土结构的做法，从系统工程的层面去看待，以建筑功能为核心、以结构布置为基础、以工业化围护和内装部品为支撑，整体提升钢结构住宅的使用功能和居住品质。需要综合考虑建筑功能、结构、围护、内装、机电，实现户型、外立面、结构体系、围护系统、管线系统、防火、内装等各方面的协同与集成，最终实现“像造汽车一样造房子”。装配式钢结构建筑技术问题装配式钢结构建筑的政策导向、造价、技术目前都已呈现利好态势，装配式钢结构建筑已经到了一个蓬勃式发展的转折点。除了公共建筑，近年来，以天大、宝钢、杭萧等为代表的一些单位，也都在装配式钢结构住宅方面进行相应的技术研发和产业布局，产业大发展的春天无疑已经到来。装配式钢结构建筑展望主体结构采用扁钢管混凝土柱框架主体结构采用扁钢管混凝土柱框架支撑结构体系；楼盖采用钢支撑结构体系；楼盖采用钢混凝土组合楼盖；内、外墙为硅镁轻质隔墙板；飘窗、卫生间沉箱为混凝土组合楼盖；内、外墙为硅镁轻质隔墙板；飘窗、卫生间沉箱为PC预制构件预制构件案例案例案例案例案例案例案例案例案例案例案例案例内外墙体施工工艺内外墙体施工工艺案例案例现场展示：飘窗、卫生间底板、预制楼梯、预制叠合板现场展示：飘窗、卫生间底板、预制楼梯、预制叠合板 PC构件构件2. 钢结构住宅发展方向钢结构住宅发展方向预制装配率：达到90%以上建造速度：提高一倍人耗指标：降低60%物耗指标： 降低20%单位造价： 降低20%节能指标（建造和使用）：碳排放减少50%质量和舒适度指标：大空间、无渗漏、补新风“智造”程度：标准化、机械化、无纸化、网络化预制装配式钢结构住宅未来发展预制装配式钢结构住宅未来发展 钢结构住宅设计有模块化、标准化、系列化的特点，可以达到工厂化和装配化的要求，并且抗震性能优越、工业化程度高、施工周期短、综合技术经济指标好。建筑工业化是以构件预制化生产、装配式施工为生产方式，以设计标准化、构件部品化、施工机械化、管理信息化为特征能够整合设计、生产、施工等整个产业链，实现建筑产品节能、环保、全生命周期价值最大化的可持续发展的新型建筑生产方式。 一、加强政府对预制装配式钢结构住宅产业化的推进作用 在推广预制装配式钢结构住宅的道路上，政府的引导作用不可忽视。国家有关部门应制定相应的激励和扶持政策，对已建成的示范工程应及时进行经验总结和宣传，使之成为今后的发展模式。此外，政府还应当投入一定的科研资金，鼓励科研单位开展轻钢结构住宅及相关技术的研究工作。加强政府在预制装配式钢结构住宅产业化进程中的作用，通过在政府主导项目中采用住宅产业化的建设，有助于推动住宅产业化生产产品为市场所接纳，也通过政府的示范效应，带动住宅产业化的发展。二、采用模数化和标准化的设计方法 目前国内设计单位大多数较少涉及钢结构住宅的设计，对于标准化和模数化的设计方法更是不甚了解，仍旧按照传统的设计方法去进行设计，影响了预制装配式钢结构住宅的推广。因此，总结标准化和模数化的设计方法并加强对设计人员在标准化和模数化设计方面的技术培训是当务之急。三、 引入BIM技术 BIM即建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM)是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型。俗话说：“工欲善其事，必先利其器。”BIM提供了一种交互式的预制装配式住宅虚拟设计平台，可针对每个预制构件，建立构件信息化系统。在构件制作、施工前对构件进行虚拟三维检讨，以期在制作和施工前发现存在的各种问题并予以解决。