绿色装配式钢结构建筑体系及实践探讨

时间：2024-07-28

张扬

（黄冈职业技术学院建筑学院，黄冈湖北 438002）

0 引言

在当前的经济环境下，我国建筑行业倡导绿色节能发展，装配式钢结构建筑是在原本传统钢结构建筑体系的基础上进行的延伸和发展。在实际应用中获得了较好的成效，因而装配式钢结构在我国建筑领域得到了大力的推广[1]。在政策支持下，新型的建筑体系被不断地完善，同时结合我国目前绿色环保发展的理念，形成了环保型的建筑结构体系。绿色装配式钢结构属于新型的环保式建筑体系。通过建筑元器件和结构构件的组合和衔接，构成了建筑功能体系。此模式的优势在于建筑结构可以进行规模化的生产，节约了建筑的成本和建设时间，在建设中的安全系数更高。

当前正在积极地调整社会经济结构，以市场经济单元配置科学合理为目的，可以提高市场经济的水平和合理调整经济结构，钢结构建筑的大量使用和推广，可以有效地消耗钢筋建材，解决钢材产能过剩的现象。同时，还可以有助于进一步提高建筑的质量。在当前的建筑行业中，装配式钢结构建筑取得了广泛的认可和应用。在设计上可以实现标准化，生产过程可以形成构件的规模化和工业化，在具体的施工过程中，可以利用构建的特性，快速地完成组装和衔接的工作，进而形成完整的建筑结构体系框架，加快了建筑体系管理系统化和装修一体化系统的建设，推动了建设新型城镇化、智能化的发展进程。装配式钢结构的广泛应用，还可以有效改善传统建筑方式对环境造成的各类污染和能源的消耗[2]。基于装配式钢结构建筑的特点，在施工过程中可减少各类污染，降低施工的成本，提高施工的效率和建筑水平，确保施工过程的安全，进而实现高质量的建筑工程。由此可见，绿色装配式钢结构在我国的建筑领域具有比较好的发展和实践应用前景。

1 绿色装配式钢结构建筑的特点

1.1 绿色装配式钢结构建筑的含义

绿色装配式钢结构建筑指的是基于绿色发展理念下，将钢结构实现在设计上标准化、生产上工业化、施工装配化、装修上一体化、管理信息化以及应用智能化，同时还可以支持进行部件标准化[3]。装配式钢结构的发展符合绿色环保的要求，对节约能源、降低污染，推动产业结构调整及提高建筑效果具有重要的作用。

1.2 绿色装配式钢结构建筑的特点

（1）生产上的特点。在装配式钢结构建筑设计方面，装配需要生产厂家以钢材料的属性为基础，并结合先进的技术进行加工生产。确保加工生产出的钢结构件符合工程的设计要求。在建筑工程开始之前将装配式钢结构建筑所需要的构件全部生产完毕，并安全地运输到施工现场，进行合理的储存和存放[4]。同时，在装配式钢结构建筑实践中受到天气环境因素影响比较小，其原因在于在具体的施工过程中，进行构件的组装和衔接所用的时间比较短，以此加快了施工的进度，加快了建筑工业化和提高了建筑品质。在建筑工程的施工中，需要消耗大量的资源，在我当前市场经济环境下，能源消耗过多成为了关注的重要问题之一，也是我国持续发展上的阻碍，基于此，发展绿色建筑可以积极推进我国经济发展。装配式钢结构的应用，需要利用到数量较多的钢筋材料，解决钢材产量多的情况。同时装配式钢结构的各个构件会在不同的生产车间进行加工制造，则带动了预构件加工业的发展，增加了产业链的发展。同时，装配式钢结构的构件可以实现流水线的生产，提高了工业化和产业化进程，以自动化设备达到构件的自动化生产，实现了信息化管理，提高了构件的生产水平，有利于提高装配式钢结构建筑的整体建筑质量和品质。

（2）节能环保的特点。装配式钢结构建筑符合生态环保的理念，减少了对材料配制的用量，如：在建筑框架固定中可以更好地融合围护结构和保温墙体，配置新型的砖石材料。对施工中所使用的各类材料，如：砂石、水泥、块儿料等用量进行严格的控制，避免出现建筑材料浪费的现象。同时通过装配式钢结构施工还可以有效地减少建筑垃圾的形成[5]。避免投入过多的资金进行建筑垃圾处理，降低了对建筑物周边环境的污染，符合我国绿色可持续发展的方向。

2 绿色装配式钢结构建筑体系的类型

和西方国家的装配式钢结构建筑发展相比较来说，我国的绿色装配式钢结构建设发展比较晚，但是其发展速度是比较快的。在相关政策的支持和推动下，加强了对新型装配式钢结构体系的大力研发和设计[6]。我国的钢结构建筑从1.0 时代快速地转向2.0 时代。在1.0 时代的时候，钢结构建筑以混凝土结构改为钢结构为主。以传统的建设方式进行建筑的布局和维护体系的建设。而在当前2.0 时代，钢结构建筑达到了建筑布局、结构维护以及机电设备一体化，形成了专用建筑体系，该体系更具有系统化特点[7]。目前，国内的钢结构建筑体系主要分为以下几个类型。

2.1 新型围护体系

新型围护体系是建立在传统钢结构模式上进行优化和改良的建筑体系。新型围护体系的设计上，强调结构、建筑、内装一体化的理念，使其形成环保、高效、绿色的新型建筑结构和体系。将建筑功能作为主要的核心，以框架作为单元进行主体的建设，建筑的柱网尺寸等尽量统一规格，合理设置户型的设计和功能布局。以钢结构作为基础条件，在实现建筑功能的基础上，对钢结构进行优化布置，可以达到内装布置需要的大空间和实际需求。同时需要对工程的造价进行严格的控制，将施工的难度降低，以此有效地推进建筑行业持续稳定发展。

2.2 模块化、工厂化的新型建筑体系

绿色装配式钢结构建筑可以实现工厂化和模块化。通过预制构件，可以快速地完成钢结构的基本框架。在建筑施工现场实现无湿作业，将预构件全部实现工厂化的生产，比较典型的代表包括：拆装式的活动房、模块化的箱房。拆装式的活动房，整体的骨架以轻钢结构为主。围护的材料选择使用彩钢夹芯板，开展标准模数的空间组合，在各个构件的连接上，使用的是螺栓，可以在短时间内完成组装和拆卸，其特点表现在：操作简单、节约时间、环保节能、建筑垃圾形成少等。模块化的箱房，基本单位为箱体。将型钢或者薄壁型钢作为箱房的主体框架，利用不燃材料作为围护的材料，箱房最大的特点在于外部和内部的装修都可以在工厂进行加工，不需要在施工现场进行再次的装修。相较于传统的建筑体系，工厂化的建筑钢结构体系可以很好地实现建筑结构、外墙、门窗以及内部装修等基本上都可以在工厂进行操作完成。在工厂进行生产的过程中，可以实现较好的统一化和规模化，通过在质量管理体系的监督下，建筑所需要的预制构件，均需要进行严格的质量验收之后，才可以进行出厂，这样可以确保建筑工程在竣工验收阶段，实现零缺陷的目的。利用工业化技术，实现规模化和自动化，在生产、安装等方面的效果，相较于人工操作提高了10 倍左右，并且在材料的利用率上高于人工操作，较好地避免了材料的浪费，将整体的建筑工程造价成本降低。在钢结构每个生产环节进行严格质量检测和控制，较好地保障所生产的各个构件符合国家质量标准，有利于提高建筑工程的安全和质量，同时也避免出现材料不合格的情况，而出现工程的停工、返工等现象，节约了建设的时间，使得建筑工程可以保质保量地顺利竣工。

2.3 工业化住宅建筑体系

工业化住宅建筑是目前住宅建筑领域中发展的重要方向，传统的住宅建筑主体主要是钢筋混凝土，需要消耗大量的水泥，而水泥的应用会排放出大量的二氧化碳，形成资源浪费，排放的废水也会对周边的环境形成污染，混凝土属于不可循环利用的材料，在住宅拆除的时候，会形成大量的建筑垃圾，污染环境并且难以处理，基于此，大力推广工业化住宅建筑体系，符合环保绿色建筑理念。钢结构住宅的钢材可以循环利用，不会成为建筑垃圾，既不需要花费资金去处理，同时还符合住宅的节能环保要求。预构件进行标准化的模数设计，在工厂实现加工、制造。钢结构住宅使用新型建筑材料，不仅达到环保绿色要求，同时也增加了抗震防火等功能。在住宅建筑设计上，安装异地那个模数进行构件和部品的规范化，使其形成标准化、系列化的住宅产品。实现构件部品的工业化生产、组合，降低施工难度。目前，我国的钢结构住宅发展还不是很顺畅，其缺陷主要体现在钢结构技术和外部环境等方面。

目前，钢管束组合体系配置模型是使用比较频繁的，该设计理念来自于“钢管束组合”模式，该技术可以集合一体化模型，将所连接的钢管模型排件，利用模拟测试的方式，获得构件的承重参数以及刚性功能等。成板的配置则需要利用“H 型”的钢筋桁架，可以处理好配件的承载力问题。同时需要加强对新型钢板剪力墙的研发，相较于传统的钢板剪力墙，新型钢板剪力墙的优势在于自身重量低、地震作用比较小，可以进行灵活的布置，使用空间比较大等，在住宅结构中可以替代钢支撑，体改建筑使用成效和安全。根据房屋的住宅布局、承重设计以及剪力效果测试等，将住宅建筑需要的钢材料数量计算出来，确保提高住宅建筑的安全性。

3 绿色装配式钢结构的实践应用

3.1 在住宅建筑中的实践应用

基于绿色环保设计理念的背景下，提高住宅的节能，可以加工绿色装配式钢结构应用到住宅建筑中，以此改进梁体结构的稳定性，确保住宅建筑的安全和质量。在进行配置方面，需要选择使用低碳合金钢，在设计上优化结构裸露的设计，结合配置技术开展灌注操作，保障钢束材料可以突出剪力墙的实践功能。同时还可以在实际的应用中结合应用BIM 技术，对节点功能进行优化配置，增强材料的安全性。