作者
陈杰、段文革、白波、何海波
装配式钢结构作为一种绿色建筑技术，与传统现浇钢筋混凝土结构相比，具有施工速度快、施工精度高、抗震性能好、节能环保等优点。已广泛应用于学校建筑中。本文结合实际工程实践，总结了钢结构装配式校舍的特点，分析了钢结构装配式校舍的工期优化措施，进一步为钢结构装配式校舍的应用提出了可行的建议。
● 前言
信息化、数字化是当今各行业发展的必然趋势。随着建筑技术的发展和建筑行业的转型升级，传统的劳动密集型施工方式正逐渐被淘汰，被绿色发展理念所取代，结合现代科学技术，拟实现装配式结构工业化生产。 2015年以来，我国多次出台装配式建筑规划相关政策，倡导大力发展钢结构和装配式建筑，提高建筑工程标准，保证钢结构和装配式建筑质量。
钢结构装配式校舍是指将工厂生产的钢结构构件在施工现场组装、连接，形成钢结构建筑。具有强度高、重量轻、抗震性能好、施工速度快、结构构件尺寸小、工业化程度高等特点。高品质的特点，全部采用可重复使用的绿色环保材料。与传统混凝土结构相比，钢结构装配式校舍可大大节省混凝土、施工用水和建筑木材的用量，并显着减少建筑垃圾和污水排放。钢结构装配式校舍的发展符合绿色建筑的发展方向。
● 项目概况
西咸新区北营学校占地面积约45568平方米，总建筑面积60292平方米。其中，一期小学建筑面积32713㎡（地上建筑面积20625㎡，地下建筑面积12088㎡）。由2栋主教学楼、1栋实验楼、2个走廊、1个共用报告厅、1个风雨室组成。由游乐场等单体建筑组成，建筑高度17.85m；二期中部建筑面积27587㎡（地上建筑面积20196㎡，地下建筑面积7391㎡），由2栋主教学楼、1栋实验楼、1栋实验楼组成。综合办公楼由综合楼、艺术楼、连廊组成，建筑高度21.95m。一、二期单体建筑全部采用钢框架结构，钢结构总重约6000t。楼板主要采用无支撑模压钢板和钢筋桁架楼承板，外围护结构主要采用蒸压加气混凝土条。 。建筑抗震设防烈度为8度，抗震等级为二级，耐火等级为地上二级、地下一级。项目鸟瞰图及总平面图见图1、图2。
图1 北营学校鸟瞰图
图2 北营学校总体规划
● 钢结构装配式校舍的特点
根据国家标准《中小学设计规范》的要求，对中小学普通教室的人员数量、平面尺寸、面积指标等都有详细规定。其中，教室的长度一般为9m，宽度大多为7.5m左右。根据相应的设计规范，北营学校普通教室的尺寸设置为长9m、宽8m，如图3所示。这种教室设计的标准化和尺寸的统一更适合模块化生产和生产。钢结构装配式建筑的施工。
图3 北营学校普通教室平面图（单位：mm）
中小学建筑多采用框架结构。框架柱截面主要为矩形。横截面尺寸取决于地板和负载。如果采用混凝土结构，则在500mm×500mm至800mm×800mm之间。具有结构强度高、重量轻等优点。截面尺寸可在300mm×300mm和450mm×450mm之间优化。减小柱截面尺寸可以增加建筑物的实际使用面积。
由于校舍属于重点抗震工事类别，钢框架结构抗震性能较好，可降低地震影响20%~30%。钢结构延展性好，重量轻，有利于抗震，灾后更容易修复。
另外，在校舍设计中，大跨度走廊、礼宾部、风雨操场、报告厅等主体结构（见图4）采用钢结构可以更好地实现大跨度，与钢筋混凝土结构相比，它们不需要在施工期间完成。考虑大跨度混凝土的养护龄期。
图4 北营学校初中正门立面图（单位：mm）
● 优化钢结构装配式学校工期的措施
近年来，城市发展迅速，学位压力严峻。工程量较大的学校属于紧急民生工程。如何优化学校项目的管理模式和施工工艺，提高施工效率是亟待解决的问题。通过EPC总承包管理模式，西咸新区北营学校有效克服了设计、采购、施工的相互制约和脱节，让建筑设计、前期投资、备料全链条同时进行。施工工艺采用预制主体钢结构、预制围护墙板。建筑组装率达到76%。现场与工厂同步施工，大大缩短了现场作业时间。
▲ EPC总承包管理
2016年，住房城乡建设部印发《关于进一步促进工程总承包发展的若干意见》，明确大力推行工程总承包有利于提高工程可行性研究和初步设计的深度钢结构楼承板图集，实现设计、采购、施工等阶段。工作深度融合，提升项目建设水平。 EPC总承包管理模式可以根据现场经验进行设计倒推，有效解决设计初期的图纸问题，减少施工过程中的协调。管理过程中，及时收集整理各专业设计中的错误和遗漏。当出现问题时，责任明确，承包商更容易控制整个项目。这减少了由于沟通或信息不畅而导致的设计变更或返工，并且可以有效缩短施工周期。
▲ 结构体系选型
校舍是生命线工程。钢结构建筑比传统混凝土建筑具有更好的抗震性能。一般中小学的楼层设计为1至5层。按防火、抗震等级划分为多层建筑。适合的建筑体系有两种：钢框架+现浇混凝土、纯框架体系（钢柱经防火涂料处理并外包）。
西咸新区北营学校单体建筑全部采用装配式钢框架结构（部分钢柱采用混凝土浇筑，如图5）。钢结构经过深度设计（见图6），然后工厂加工，采用现场拼装施工。每栋教学楼主体钢结构安装工期为20天，其中钢柱吊装工期为4天，钢梁安装工期为8天，钢结构焊接工期为6天。在钢梁安装过程中，楼板与施工穿插进行。楼板铺设压型钢板及绑扎钢筋施工工期为2天。每栋教学楼单体建筑主体施工工期比传统混凝土建筑可缩短1/3左右。对于报告厅、风雨操场等特殊单体建筑，首层采用钢框架结构，二层大型会议室或运动场采用门式刚架结构或网架结构，不仅可以实现大空间的同时，也优化了工期。
图5 北营学校教学楼D结构图
图6 北营学校钢结构详图
▲ 平面图
随着钢结构施工技术的不断进步，传统现浇板的施工速度跟不上钢柱、钢梁的安装速度。同时，由于现浇板的施工仍然需要大量的模板和脚手架，这与钢结构的现场施工管理要求有很大背离。学校钢结构建筑楼板可选用压型钢板或可拆式钢桁架楼承板。但前者需要吊顶处理，而后者则不需要吊顶施工，这就避免了吊顶问题对建筑高度的影响。可以根据教室的用途来使用。功能和净层高度需要选择合适的楼板类型。由于西咸新区规划建设质量标准规定班级活动室、宿舍净层高不得低于3m，教室净层高不得低于3.2m，北影学校采用压型钢板组合楼板地板设计中的板和钢筋。桁架组合楼板，这两种楼板是在工厂预制好的。无需模板支架即可现场安装，与主体钢结构结合即可轻松施工，实现三维交叉作业，大大缩短了施工周期。
▲ 墙板选择
随着“墙改”的实施，近30年来我国墙体材料从实心粘土砖转向空心砖等各种轻质、多功能新型墙体材料。这些新材料也更加适应钢结构主体。
北营学校围护结构墙体主要采用蒸压加气混凝土墙板。这种墙板具有高强轻质、保温隔热、防火抗震、隔音吸音等特点，而且加工尺寸精确、重量轻，可大大减少人力、物力安装期间的投资。由于该材料安装方便且免抹灰的特性，可有效缩短工期。从建筑节能的角度来看，由于蒸压加气混凝土墙板具有保温功能，可以采用经过设计计算符合节能要求的墙体厚度，然后由工厂定制生产，减少了建筑能耗。现场外立面保温施工过程。 。
北营学校部分内部隔墙采用轻钢龙骨复合墙体。轻钢龙骨复合墙板采用镀锌轻钢龙骨作为承重系统，并采用保温装饰一体板技术，一次成型。可广泛应用于外墙围护和内墙隔断。这种墙体具有钢材消耗低、结构自重的特点。其重量轻，有利于抗震，工厂化程度高，便于运输，易于现场组装，易于保证施工质量。此类墙板的现场安装主要采用干法，环保节能，可有效改善现场施工环境。安装前将强弱电管道预埋于墙内，避免传统施工中的墙体开槽，方便强弱电管道分离，减少各专业工序交叉带来的不必要的返工。
● 结论与展望
▲结论
我国不少校舍都采用了钢结构装配式建筑，并取得了相应的成果和进展。然而，众所周知，目前钢结构装配式建筑还存在很多问题。钢结构装配式校舍主要存在三个问题：一是围护系统成熟度低，结构与围护系统不匹配，三板问题突出。尤其是墙板与钢结构骨架的配合，如何避免外墙开裂、渗水等质量通病，如何保证连接节点的抗震性能，都需要迫切考虑；其次，零部件标准化程度低，同时无法比较。 BIM技术的良好应用。 BIM技术虽然可以将装配式建筑的设计、构件预制、施工装配一体化，能够很好地实现装配式建筑全流程的一体化。但多系统的融合以及BIM技术的普及和推广还需要一段时间；第三，钢结构装配式校舍造价较高。根据大量实际工程案例，现阶段钢结构装配式校舍与传统混凝土建筑的综合造价基本持平。如何进一步减少呢？成本上可以更有利于普及。
▲ 展望
钢结构装配式校舍有以下前景：
(1)采用模块化、标准化的设计方法
目前，国内大多数设计单位较少涉足钢结构装配式校舍的设计。他们对标准化、模块化设计方法了解不多，仍然按照传统设计方法进行设计，限制了钢结构装配式校舍的推广。因此，只有加强设计、施工等方面相关从业人员的培训，才能促进钢结构装配式校舍更快更好的稳步发展和推广。能否通过标准化设计、工厂化生产、装配式建筑、一体化装修、信息化管理、智能化应用进一步推动建筑业转型升级。
(2)引入BIM技术
BIM技术是基于三维数字技术，集成建设项目各种相关信息的工程数据模型。它提供了一个交互式的预制住宅虚拟设计平台，可以为每个预制构件建立构件信息化。该系统为钢结构装配式校舍产业化提供支撑技术。通过BIM技术与绿色建筑的结合，提高施工能力钢结构楼承板图集，同时有效降低能耗、节省材料、缩短工期。
（三）加强与钢结构相匹配的外防护、内隔断技术研究
目前，我国许多钢结构建筑围护结构仍采用传统的砌块。为促进钢结构装配式建筑的推广应用，应加强钢结构装配式建筑配套外墙的研发。一方面要注重外墙材料的优化、外墙本身各项性能的优化设计，另一方面要注重外墙节点连接结构和几何尺寸的创新设计。总结现有配套外墙技术，选择典型地区和典型试点项目，加快制定外墙标准图集，有效指导项目实际应用。
过去推荐的
// 聚焦我们
钢结构建筑的进展
