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来源：建科装配式建筑研究中心

由于普通民众对于钢结构的接受程度较低，钢结构住宅渗透率仅为1%左右。在碳达峰、碳中和的大背景下，以钢结构为主要形式的装配式建筑产业，正在以“飞速”发展的姿态，进一步优化和升级建筑产业结构。

特别是疫情期间，全球人民共同见证了武汉火神山、医院的建造速度。作为面对新型冠状医院，火神山、医院以轻钢结构作为主体，采用钢结构箱式房装配化施工方式，医院均采用标准化、模块化设计，最大限度地采用成熟的拼装式工业化成品，大幅减少现场作业工作量，实现了效率最大化，医院在开工第4天就可进行安装，从开工到交付历时仅约10天左右。

装配式钢结构通用优点及缺点

装配式钢结构的优点：

1、钢结构自重轻，只有传统钢筋混凝土建筑的30%~50%左右，而且强度很大；

2、钢结构占有面积小，空间利用率高，得房率较传统钢筋混凝土住宅增加5%~8%；

3、钢结构延展性好，抗震性能优越；

4、钢结构施工效率高，可提高4倍，建设周期短，只有传统建筑的三分之一，30~50层的钢结构工程可以缩短施工工期8~12个月左右；

5、钢结构节能环保，能够有效降低建筑垃圾数量，可实现节能三分之一以上，钢材%可回收，碳排放可减少35%以上，契合可持续发展理念。

6、构件标准化程度高，创新及优化节点构造，降低制作成本，提高施工效率；

76、钢结构装配式建筑代表了装配式建筑发展的方向，轻松达到“A级”装配式建筑评价标准。

装配式钢结构的缺点：

1、一舒：钢结构在地震和风荷载作用下变形大约是混凝土剪力墙结构的2-3倍;

2、二隔：钢材的导音性能好，必须采用有效措施隔音；钢材的导热性能好，易形成冷桥热桥，必须做好保温措施；

3、三防：钢结构的防腐、防火、防水性能不如混凝土结构，需采取相应措施；

4、外墙体系：外挂表皮工程案例较多。薄抹灰外墙工程案例少，未经受时间考验；

5、造价略高：用钢量较钢筋混凝土结构大，防火、防腐、隔音、保温等附加费用；

6、钢结构与围护系统的连接技术尚在研发改善过程中，外墙保温、墙板开裂、防火处理、墙体隔声、耐久性等问题仍是制约钢结构装配式住宅发展的重要因素。

7、钢结构装配式建筑多数采用传统的装修工艺或是毛坯交房，现场开槽、穿管等问题突出，大大降低了装配式建筑品质，后期使用效果不佳，违背装配式建筑发展理念。

装配式钢结构常用结构体系

目前装配式钢结构常用结构体系中传统的有纯框架、框架-支撑体系，新型的有集装箱、钢管束、钢异形柱、轻钢结构等。各类钢结构体系的特点如下。

1.纯框架体系

图1纯框架体系

　　

该体系具有如下优点：

（1）开间大，可根据建筑功能的需求进行梁柱的灵活布置，可增加建筑使用空间的利用率。　

（2）自重较轻，材料延性好，具有良好的耗能性能,不易产生应力集中，有利于抗震。　

（3）框架杆件类型少，且大部分采用型材,安装制造都很简单，能工速度快。

不足之处：

（1）纯框架结构较柔，弹性刚度较差。为抵抗侧向力所需梁柱截面面较大，导致用钢量大;

（2）相对于围护结构梁柱截面较大，导致室内出现柱凸角，影响美观和建筑功能;

（3)钢框架属于有侧移结构，因此较难满足高烈度地区对建筑抗震性能的要求，建筑层数及高度受限较严重。不适用于强震区的高层住宅;并且用于高层住宅经济性相对较差。

（3）变形较大，舒适度较差。

技术特点：

由钢梁、钢柱在施工现场通过连接而成的具有抗剪和抗弯能力的装配式钢结构体系，属于单重抗侧力结构体系。

技术要求：

钢梁和钢柱连接采用刚性节点或半刚性节点，节点可采用螺栓连接、焊接连接和栓焊混合连接，钢梁、钢柱按模数化、标准化设计。其设计、制作、运输、安装、验收应符合《钢结构设计标准》GB、《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99、《钢结构工程施工质量验收规范》GB的规定。

2.框架-支撑体系

图2框架-支撑体系

该体系具有如下优点：　

（1）同纯钢框架建筑，可根据建筑功能的需求进行梁柱的灵活布置，而支撑可选择设置在不影响建筑使用功能的位置，构件截面尺寸更小，进一步增加建筑使用空间的利用率，同时降低了整体用钢量。 　　

（2）由于支撑的存在，较纯框架建筑，钢框架支撑体系抗侧力能力有显著增加。柱长细比限制较纯框架结构有较大优势，截面尺寸可有效减小，建筑层数和建造高度有较大提升。　

（3）自重较轻，材料延性好，有利于抗震。

　　

不足之处：　

（1）支撑布置受建筑功能的影响，不易找到合适布置位置。　

（2）构件截面较大，对建筑功能产生一定影响。　

（3）支撑（大撑）布置位置零散，造成结构刚度不均匀。

技术特点：

由钢梁、钢柱、钢支撑在施工现场通过连接而成的能共同承受竖向、水平作用的装配式钢结构体系，属双重抗侧力体系，钢支撑可分为中心支撑、偏心支撑、屈曲约束支撑等。

技术要求：

中心支撑宜采用十字交叉形，单斜杆，人字形或V形，高层建筑中不得采用K形支撑，框架承担的水平地震剪力应不小于总地震剪力的25%和框架部分计算最大层剪力1.8倍二者的最小值。其设计、制作、运输、安装、验收应符合《钢结构设计标准》GB、《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99、《钢结构工程施工质量验收规范》GB的规定，屈曲约束支撑的设计应符合《建筑消能减震技术规程》JGJ的规定。

3.集装箱体系

图3集装箱体系

该体系具有如下优点：

　　

（1）可像积木一样将各个功能房间或户型进行多样的组合。

（2）建设周期较短。

（3）取材较容易。

　　

不足之处：

　　

（1）抗震性能较低，连接及单体强度较难满足高抗震设防烈度地区的高层建筑建设需求，适用于低、多层建筑。

（2）集装箱常规尺寸难以满足国内住宅市场对层高和房间开间的要求。

（3）使用运输行业淘汰的集装箱，可能会由于自身质量问题产生安全隐患，但使用新集装箱进行改造成本较高。

技术特点：

采用工厂预制的箱式钢结构集成模块在施工现场组装，并与框架、剪力墙、筒体结构等抗侧力体系共同组成的装配式建筑体系。

技术要求：

模块单元具有结构独立性，结构体系同一性、可组性，组合后具备结构整体性，其设备应为独立的系统，并应与整体建筑协调，其设计、制作、施工、验收应符合《钢结构设计标准》GB、《钢结构工程施工质量验收规范》GB、《钢结构模块建筑技术规程》T/CECS、《集装箱模块化组合房屋技术规程》CECS的规定。

4.钢管束体系

图4钢管束体系

该体系具有如下优点：

　　

（1）采用钢管束、钢异形柱代替传统混凝土剪力墙，基本做到室内不凸柱，在平面空间上最大化的服务于建筑。　

（2）同混凝土墙一样，平面布置可跟随建筑功能房间的需求灵活调整。　

（3）钢管束剪力墙、钢异形柱较常规混凝土墙柱，承载力和构件延性更好，施工效率更高。

　　

不足之处：

　　

（1）较常规钢结构，用钢量增大。　

（2）较常规钢管混凝土柱，由于此类构件空腔数量较多，截面较小，因此对混凝土作业的质量要求更高，人工及材料成本有一定的上升。　

（3）组合截面在工厂生产过程中，在具备完整的机械化生产线前，人工及时间成本较高，且焊接次数较多，焊缝较多，质量较难控制，同时检测成本也相应提高。

技术特点：

由若干钢带冷弯而成的U形钢或型钢与矩形钢管焊接组成的具有多个竖向空腔的钢管束，在钢管束内浇筑混凝土，形成钢管混凝土束剪力墙，可用于钢管混凝土束剪力墙结构、框架-钢管混凝土束剪力墙结构、框架-钢管混凝土束核心筒结构及混合剪力墙结构体系中，钢管束厚度与墙体等厚，可实现室内不露柱、露梁。

技术要求：

钢管混凝土束属于剪力墙体系，其结构布置应满足剪力墙结构体系相关技术规定。其设计、制作、运输、安装、验收应符合《钢结构设计标准》GB、《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99、《钢结构工程施工质量验收规范》GB、《钢管混凝土束组合结构技术标准》T/CECS的规定。

5.钢异形柱体系

图5钢异形柱体系

　　

该体系具有如下优点：

　　

（1）结构系统布局灵活，构件截面小，解决室内露梁露柱，基本做到室内不凸柱，在平面空间上最大化的服务于建筑。　

（2）同混凝土墙一样，平面布置可跟随建筑功能房间的需求灵活调整。　

（3）钢异形柱较常规混凝土墙柱，承载力和构件延性更好，施工效率更高。

（4）在地震多发地区,对建筑抗震要求较高,采用型钢混凝土异形柱,不但能提供优美的建筑空间,也能保证良好的抗震性能。

　　

不足之处：

　　

（1）较常规钢结构，用钢量增大。　

（2）由于此类构件空腔数量较多，截面较小，因此对混凝土作业的质量要求更高，人工及材料成本有一定的上升。（较常规钢管混凝土柱）　

（3）组合截面在工厂生产过程中，在具备完整的机械化生产线前，人工及时间成本较高，且焊接次数较多，焊缝较多，质量较难控制，同时检测成本也相应提高。　

（4）设计方法缺乏现行规范支持，设计工作需进行论证。

技术特点：

由异形钢管混凝土柱和钢梁组成的框架结构体系，柱截面几何形状可为L形、T形或十字形，可用于框架结构体系、框架-钢支撑（钢板剪力墙）结构体系中，异形钢管柱截面宽与墙体等厚，可实现室内不露柱、露梁。

技术要求：

钢管混凝土异形柱与钢梁可采用刚接或铰接方式连接，其设计、制作、运输、安装、验收应符合《钢结构设计标准》GB、《钢结构工程施工质量验收规范》GB、《装配式钢结构建筑技术标准》GB/T、《装配式钢结构建筑技术规程》DB37/T、《组合结构设计规范》JGJ、《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99的规定。

6.轻钢结构体系

图6轻钢结构体系

该体系具有如下优点：

　　

（1）轻钢结构建筑重量轻、强度高、整体刚性好、变形能力强。

（2）钢构件及相应配套技术工厂化制作，有利于保证产品的质量，促进产业化发展；工业化程度高,作业和现场干净,废料少,其材料可再生利用,符合环保和可持续发展的要求。

（3）轻钢构件在封完结构性板材之后，形成了非常坚固的"板肋结构体系"，这种结构体系有着更强的抗震及抵抗水平荷载的能力，适用于抗震烈度为8度以上的地区。

（4）纵横的钢龙骨构造，为管线穿越提供了方便并封在墙体内部,避免穿墙打洞对结构的破坏;

（6）建筑体系满足建筑大开间,灵活分隔的要求，墙体薄可增加有效使用面积；

　　

不足之处：

　　

（1）对从业者要求较高；

（2）建成后不得私自更改结构；

（3）短期内建房造价较高；

（4）建筑层高有限；

（5）施工工艺要求更高；

（6）对材料的选择较为严格。

技术特点：

轻钢结构集成房屋体系主体承重采用冷弯薄壁型钢与结构板材组成密肋板式墙体结构，该结构整体性好；由冷弯薄壁C型钢和U型钢等构件构成的纯框架或框架-支撑（剪力墙）结构体系。

技术要求：

设计、制作、施工、验收应符合《钢结构设计标准》GB、《钢结构工程施工质量验收规范》GB、《轻型钢结构住宅技术规程》JGJ、《轻钢轻混凝土结构技术规程》JGJ的规定。

围护体系

装配式钢结构建筑提倡采用非砌筑墙体，采用工厂预制墙板。目前常用的墙板有，蒸压加气混凝土条板、轻钢龙骨类复合墙板发泡陶瓷墙板、混凝土空心墙板、金属面板夹心墙板等。

1.轻质蒸压加气混凝土板（简称ALC板）

蒸压加气混凝土是由磨细的硅质材料(河砂、粉煤灰、石英尾矿粉、页岩等)、钙质材料(水泥、石灰等)、冷拔钢筋网架、发气剂(铝粉)和水等搅拌、浇筑、发泡、静停、切割和蒸压养护而成的多孔轻质实心混凝土制品。由于采用蒸压养护工艺,故称为蒸压加气混凝土。用于建筑非承重墙体。

该产品具有实心、轻质、薄体、易切割、可任意开槽,无须批档、干作业、环保等特点。所参照的技术标准、图集由中国建筑材料联合会提出的《蒸压加气混凝土板》GB--2;住房和城乡建部发布的《蒸压加气混凝土建筑应用技术规程》JGJ/T17-2;《轻质蒸压加气混凝土板构造详图》GJBT--，蒸压加气混凝土的生产参考国家标准《蒸压加气混凝土板》GB-2,各项常用物理力学性能指标下表所示。

蒸压加气混凝土空心条板的产品规格是:长~mm,宽mm,厚75mm、mm、mm、mm、mm、mm、mm、mm或mm、mm、mm。

蒸压加气混凝土板具有以下特点:

(1)原材料来源稳定,所需水泥、石灰、砂、钢筋、发泡剂等原材料均为市场普遍应用的材料;

(2)容重轻，如B06砂加气板材的干密度≤kg/m3,不仅可以做隔墙板、屋面板,还用于外墙板，也可用于楼板。它的自重约是混凝土的20%;

(3)耐火极限高，蒸压加气混凝土墙板0°C耐火极限4h,为一级耐火材料;

(4)保温隔热,导热系数λ=0.12W/m.k~0.16W/m.k,仅为混凝土的13%，是一种高效保温隔热围护结构材料,在确保必要的隔热保温性能的前提下,可比其它材料做成的墙体、屋面薄得多;

(5)耐久性好,蒸压加气混凝土是一-种以托勃莫来石为主要矿物成分的硅酸盐材料,不存在老化问题，也不易风化,是一种耐久的建筑材料,其正常使用寿命完全

可以和各类永久性建筑物的寿命相匹配;.

(6)可加工性好,板材易于安装,降低劳动力成本,可很方便地在现场进行钻、锯、刨、切割、开槽等加工作业;

(7)抗震性好,蒸压加气混凝土板材独具的抗震性能为世界所瞩目,日本大阪地震中唯有砂蒸压加气混凝土板材建造的房屋破坏最轻微;

(8)隔音性能好,蒸压加气混凝土的多孔结构使其具备了良好的吸音、隔声性能。mm厚墙体,平均隔声量为42dB;.

(9)墙板内部有钢筋网，墙板折断时不会整体掉落，安全有保障;

(10）绿色环保材料:蒸压加气混凝土板没有放射性，也没有有害物质溢出。

蒸压加气混凝土板不足的问题:

(1)B05级及以下的蒸压加气混凝土板强度较低，抗冲击能力差,板质疏松在搬运和施工时易于损坏;

(2)B05级及以下的蒸压加气混凝土板干燥收缩值较大，比较容易出现干缩裂缝,影响外观质量和强度,需要合理养护;

(3)B05级及以下的蒸压加气混凝土板表面浅层易于吸水、吸湿,堆放不善容易引起挠曲,开裂等破坏。要注意的是,蒸压加气混凝土板出蒸压釜后，强度低、含水率高、干燥收缩大,不能很快出厂。要停放5~7天，其强度、含水率、干燥收缩等指标才能达到标准要求,在工程使用时才不会产生质量问题。B04级的蒸压加气混凝土板,主要在北方用于建筑外墙保温。

２.轻钢龙骨类复合墙板

轻钢龙骨平板墙体是指以轻钢龙骨为骨架，以4mm~25mm厚的建筑平板为罩面板，内部可铺设岩棉、玻璃棉等隔声、隔热材料所形成的非承重轻质墙体，主要应用于公共建筑的内隔墙、隔断工程。外挂面板产品包括硅酸钙板、纸面石膏板以及类似.材料和工艺制得的板材。目前行业内应用最多的为硅酸钙板材，硅酸钙板由水泥、石英粉、硅灰石、石灰、木质素纤维等原料经过制浆、成型、蒸养等工艺加工而成。材料经过°C的高温、高压养护,激发原料中硅质一钙质材料的活性,促进水化反应的进行,生成的主要水化产物为托贝莫来石晶体。从微观结构来看,硅酸钙板材是由反应产生的胶结体将反应物一层一层的粘结在一起的宏观表现。用于建筑非承重墙体。

硅酸钙板的生产依据中国建筑材料联合会提出的建材行业标准《纤维增强硅酸钙板》JC/T.1--2，其常用物理力学性能指标下表所示。

轻钢龙骨硅酸钙板墙体的市场产品规格一般有:龙骨宽50mm、75mm、mm、mm、mm,相应的墙体厚度66mm、90mm、91mm、95mm、mm、mm、mm、mm、mm、mm。

硅酸钙板的产品规格:长mm，宽1mm,厚7mm、8mm、9mm、10mm、12mm、15mm、20mm、24mm。

轻钢龙骨硅酸钙板墙体具有如下特点:

(1)重量轻;

(2)保温性能好。硅酸钙板导热系数0.20W/(m.K)左右,岩棉导热系数0.W/(m*k);

(3)墙体薄;

(4)安装方便,施工进度快;

(5)完全干法作业,符合装配式装修的要求。

轻钢龙骨硅酸钙板墙体不足的问题:

(1)敲击隔音较差;

(2)内置岩棉等材料易吸潮，致使含水率增高,隔声、隔热性能降低,长期使用效果变差;

(3)墙体造价较高。.

产品的性能往往是由材料决定的。硅酸钙板的原材料中有木质纤维,硅酸钙板的微观结构决定了在干湿不断交替的环境下，板材易吸水的特性。吸水率超过20%，材料会出现不规则的分层现象,就像“苏打饼”一样,造成板材表面空鼓开裂,强度降低至原来的80%,影响使用效果;且敲击隔声性能差,这些在公用建筑中可以容忍,但在居住的室内空间,不应出现此类问题。中密度(1.2g/cm3)板材使用3~5年，质量好的板材使用约8年。

３.发泡陶瓷墙板

发泡陶瓷墙板是由瓷砖抛光渣、矿渣、钢渣等材料按比例配料,用球磨机磨细,加发泡剂搅拌均匀,喷雾干燥,干铺入模,入隧道窑,经1°C高温烧结,切割成需要厚度的多孔实心板材,烘干,包装发货。原料在隧道窑中经过烘干、烧结、降温长达50h的烧制过程,最终得到成品。在工厂调查研究中发现,烧结发泡陶瓷板所用原料需要经过严格的筛选控制，对原料的成分要求苛刻,.进场的原料(即每个陶瓷厂的抛光渣)需按不同厂家分别堆放,烧成温度和时间也要经过严格控制。用于建筑非承重墙体。

发泡陶瓷墙板的生产参照住房和城乡建设部发布的行业标准《建筑隔墙用轻质条板》JG/T--,其常用物理力学性能指标下表。

发泡陶瓷墙板的产品规格是:长m,宽1mm,厚80mm、90mm、mm、mm、mm。

发泡陶瓷墙板的特点:

(1)质轻,作为轻质墙板应用的板材容重不超过kg/m3,密度为混凝土的1/6,施工劳动强度低;

(2)强度较高，立方体抗压强度6MPa，满足《建筑隔墙用轻质条板通用技术要求》JG_T-:混凝土条板抗压强度≥5MPa的要求;

(3)防火，其良好的防火性能由其生产工艺决定,材料本身就是经过1°C高温烧结而成，因此其具有优越的防火性能;

(4)尺寸和颜色长期稳定性好。

发泡陶瓷墙板不足的问题:

(1)脆性大,发泡陶瓷板轻质多孔,表面并非致密结构，在碰撞摩擦过程中易碎;

(2)隔音性能差,80mm厚的板材隔音量≥33dB,90mm厚的板材隔音量≥39dB,mm厚的板材隔音量≥36dB;.

(3)在生产中,模箱长度2.4m,因此生产出的板材在大多数建筑中不能一板到顶，使用不便;

(4)产品标准不健全。

4.混凝土空心墙板

混凝土空心条板是一种以水泥为胶凝材料，以砂、石、适量的建筑废弃物为集料,适量钢筋等为增强材料,经挤压成型机一次挤压成型或者成组立模浇筑成型、自然养护而成的,沿板长方向有若干贯通长孔的混凝土轻质条板。可应用于工业与民用建筑的非承重墙体结构。墙板生产、检测以及安装所参考的标准和图集有《混凝土轻质条板》JG/T-;《建筑用轻质隔墙条板》GB/T--9;《内隔墙-轻质条板(一)》GJBT-;《建筑隔墙用轻质条板通用技术要求》JG/T-。

根据《混凝土轻质条板》JG/T-和《建筑隔墙用轻质条板通用技术要求》JG/T--的规定，混凝土空心条板常用物理力学性能指标下表所示。

混凝土空心条板的产品规格是:长0mm,宽mm,厚90()mm、mm、mm、mm。

混凝土空心条板具有以下特点:

(1)生产条板所用原材料为水泥、碎石、砂等,原料来源稳定、广泛;

(2)普遍抗压强度10MPa,吊挂力强;

(3)绝大部分工厂的条板生产简单易行，设备少,生产工艺容易掌握,工厂投资少;

(4)产品价格低廉。

混凝土空心条板不足的问题:

(1)产品自重大,是所有轻质隔墙板中最重的一种;

(2)绝大部分的混凝土空心条板生产是移动挤压成型,产品质量不稳定;

(3)条板成型后的养护是自然养护，受天气因素的影响很大,养护周期长;.

(4)条板出厂前养护时间不足，强度低,运输和工地现场破损多;

(5)绝大部分的混凝土空心条板没有钢筋,抗折强度不足,有一-定的安全隐患;

(6)生产企业很多是小型企业,产品质量管理水平不足。

５.金属面板夹心墙板

两侧用金属面材料形成面层，中间夹以保温隔热材料的复合墙板。

图10金属面板夹心墙板

　　

优点：多用于工业、公共建筑，具有施工便捷，可拆装的特点。

　　

不足之处：金属面板不耐腐蚀，需采取措施提高其耐久性。

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