钢结构体系非常适合工业化装配。该钢本身具有良好的机械加工性能，适合工厂化生产加工。与混凝土相比，钢结构重量更轻，适合运输和组装。另外，钢结构适合高强度螺栓连接，装拆方便。目前，装配式钢结构建筑在国内正处于发展阶段。
装配式钢结构建筑
目前的申请状态
国外申请现状
在日本，由于地震频繁，1/3以上的房屋采用钢结构，住宅建筑广泛采用钢结构。到20世纪90年代末钢结构建筑产业化现状，日本活动板房中木结构占18%，混凝土结构占11%，钢结构房屋占71%。
在美国，采用钢结构的住宅建筑目前占据40%以上的市场份额。除了住宅建筑外，钢结构也广泛应用于多层酒店。
在澳大利亚，基于冷弯薄壁轻钢结构体系的钢结构建筑约占所有新建住宅建筑的50%。
国内申请情况
国家统计局公布的数据显示，2016年，房地产开发企业房屋施工面积75.9万平方米，其中住宅施工面积52.1万平方米，占比68.6%。房屋新开工面积16.7万平方米，其中住宅新开工面积11.6万平方米，占比69.5%。截至2016年，钢结构体系仅占我国民用建筑结构体系的5%，钢结构建筑仅集中在高层、超高层建筑、大空间公共建筑和工业建筑；普通办公建筑、学校、医院等高层公共建筑以及低层、多层和高层住宅建筑很少采用钢结构。
装配式钢结构建筑
政策支持
从国家政策层面看，以2013年全国建筑工作会议为标志，首次提出“推进建筑业现代化”的发展要求，以建筑业转型升级为目标。建筑工业化是实现这一目标的首选，而起点就是装配式建筑。
2013年1月1日，国务院办公厅通过国办发[2013]1号《绿色建筑行动计划》，明确推进建筑工业化重点任务，推广装配式混凝土、钢结构等建筑体系适用支持工业化基地建设，开展工业化建筑示范试点。
2014年5月4日，住房城乡建设部印发《关于开展建筑业改革发展试点工作的通知》，将建筑业纳入建筑业改革发展试点工作。 2014年7月1日，住建部印发《关于促进建筑业发展改革的若干意见》，推动建筑业发展方式转变，促进建筑业现代化。
2016年2月21日，国务院印发《中共中央 国务院关于进一步加强城市规划建设管理的若干意见》，其中第十一条规定：努力使装配式建筑占10年左右新建建筑的30%。 %。积极稳妥推广钢结构建筑。 2016年9月30日，国务院印发《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，指出因地制宜发展装配式混凝土结构、钢结构、现代木结构等装配式建筑。
2017年2月24日，国务院办公厅印发《国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见》，指出要大力推广智能化、装配式建筑并创新施工方法。
为保障国家政策落实，各省市也积极制定了各项配套政策。目前，全国已有30多个省市出台了装配式建筑专项指导意见和相关配套措施，多地对装配式建筑发展提出了明确要求。
装配式钢结构建筑
技术发展
政策支持推动了装配式钢结构建筑的技术发展，从结构体系和围护体系等方面阐述了当前的技术发展。
结构体系
目前，多高层装配式钢结构建筑的结构体系有传统的纯框架和框架支撑体系，而新型的有集装箱、钢管束、钢异形柱等。各种类型的特点钢结构体系如下。
1.纯框架系统
图1 纯框架系统
该系统具有以下优点：
(1)梁、柱可根据建筑功能的需要灵活布置，可提高建筑空间的利用率。
(2)重量轻，材料延展性好，有利于抗震。
(3)构件的生产、运输和现场安装速度快。
缺点：
(1)由于纯钢框架对抗侧向力的刚度较小，为了控制位移，构件的截面较大。
(2)钢框架为侧移结构，难以满足高烈度地区建筑的抗震性能要求，建筑层数和高度受到严格限制。
(3)变形大，舒适度差。
2.框架支撑系统
图2 框架支撑系统
该系统具有以下优点：
(1)与纯钢框架建筑类似，梁、柱可根据建筑物的功能要求灵活布置，支撑件可设置在不影响建筑物功能的位置。构件截面更小，进一步提高了建筑空间的利用率。 ，同时降低整体钢材消耗。
(2)由于支撑的存在，钢框架支撑系统的抗侧力能力较纯框架建筑显着增加。柱长细比限制比纯框架结构具有更大的优势。可有效减小断面尺寸，并可大大增加建筑层数和建筑高度。
(3)重量轻，材料延展性好，有利于抗震。
缺点：
(1)支撑布置受建筑功能影响，难以找到合适的位置。
(2)构件截面较大，对建筑功能有一定影响。
(3)支撑(大支撑)位置分散，导致结构刚度不均。
3.容器系统
图3 容器系统
该系统具有以下优点：
（1）各种功能房间或户型可以像积木一样以多种方式组合。
(2)建设周期短。
(3)材料获取较容易。
缺点：
(1)抗震性能低，连接和单元强度难以满足抗震设防烈度较高地区高层建筑的建设需要。适用于低层和多层建筑。
（2）集装箱常规尺寸无法满足国内住宅市场对层高、房间隔的要求。
（3）使用运输行业淘汰的集装箱，由于自身质量问题可能会造成安全隐患，但使用新集装箱进行改造成本较高。
4、钢管束及钢异型柱系统
图4 钢管束系统
图5 钢异形柱系统
该系统具有以下优点：
（1）采用钢管束和钢异型柱替代传统的混凝土剪力墙，使内部基本没有突出的柱子，最大化的平面空间为建筑服务。
（2）与混凝土墙体一样，平面图可以根据建筑功能用房的需要灵活调整。
（3）钢管剪力墙和钢异型柱比常规混凝土墙柱具有更好的承载力和构件延性，施工效率更高。
缺点：
(1)与常规钢结构相比，用钢量增加。
(2)与常规钢管混凝土柱相比，由于此类构件的型腔数量较多、截面较小，对混凝土作业的质量要求较高，人工、材料成本都有一定程度的增加。
(3)组合型材的工厂化生产过程中，在未安装完整的机械化生产线之前，人工和时间成本较高，且焊接次数多、焊缝多，质量控制难度加大，检验成本也增加因此。
(4)设计方法缺乏现行规范的支持，设计工作需要论证。
遏制系统
装配式钢结构建筑提倡采用非砌体墙体，采用工厂预制墙板。根据围护系统的应用部位分为外墙、内墙和户用墙；根据围护系统的组成形式和主要构成材料，分为预制混凝土墙板、轻钢龙骨式复合墙板、轻质条材、夹芯板等。外墙板和内墙板必须满足性能要求分别见表1。
目前常用的墙板有预制混凝土复合墙板、轻钢龙骨复合墙板、灌浆墙、蒸压加气混凝土条、金属板夹芯墙板等。
1、预制混凝土组合墙板
由钢筋混凝土结构衬砌、保温层和混凝土饰面层组成的承重或非承重复合墙板。
图6 预制混凝土组合墙板
优点：集围护、保温、装饰于一体，具有强度高、保温性能好、材料耐久性好等特点。
缺点：面密度高，施工难度大，安装效率低。
2、轻钢龙骨复合墙板
复合墙板是以石膏板、纤维增强水泥板等各种轻质板材为面材，轻钢龙骨为骨架，中间有空气层或填充聚苯乙烯泡沫、岩棉等保温材料制成的。和吸音材料。
图7 轻钢龙骨复合墙板
优点：具有重量轻、现场全干式施工、施工方便、保温性能好、便于穿线管道等特点。
缺点：随机悬挂能力、耐用性和抗冲击性取决于面板材料，通常低于类混凝土材料。
3.灌浆墙
以轻钢龙骨为骨架，两侧以纤维增强水泥板为面层，形成坚固的复合墙体。然后，将轻骨料混凝土浇注到骨架和面板形成的空腔中。
图8 灌浆墙
优点：与轻钢龙骨复合墙板类似，具有重量轻、保温性能好、易于穿透管道等特点。
缺点：现场湿作业，施工质量难以控制。
4、蒸压加气混凝土板
以水泥、石灰、硅砂等为主要原料，配以不同数量的钢丝网片制成的轻质多孔墙板。
图9 蒸压加气混凝土板
优点：具有重量轻、防火性能好、加工性强、耐久性好等特点。
缺点：强度低，抗冲击性能差，易断裂，易出现收缩裂纹。
5.金属板夹芯墙板
两侧采用金属面材构成面层，中间夹有保温材料复合墙板。
图10 金属板夹芯墙板
优点：多用于工业和公共建筑。具有施工、拆装方便的特点。
缺点：金属面板不耐腐蚀，需要采取措施提高其耐用性。
我院装配式钢结构
建筑工业实践
2018年1月，我院与鞍钢集团工程技术开发有限公司成立鞍钢中电钢结构有限公司，旨在打造集研发、技术咨询、工程设计、制造、安装、销售为一体的装配式钢结构企业。发展装配式钢结构建筑产业的综合建筑服务商。
技术理念
针对目前装配式钢结构住宅存在的价格高、体验性比混凝土结构差、施工复杂、围护结构耐久性不及主体结构等问题，我们开发了装配式钢结构住宅住宅系统。除了解决以上瓶颈问题外，还可以让所有设计师根据已有的设计经验进行设计，而不需要专门的培训和学习。同时，以下概念贯穿整个系统。
（1）摒弃传统装配式建筑“重结构、轻施工、无室内装饰”的旧观念，开启结构系统、围护系统、设备及管道系统四大系统一体化设计新时代室内装饰系统，从而达到以建筑功能为核心，以结构体系为基础，以工业化围护结构、室内装饰及设备、管道构件为支撑的目标。
（二）“标准化设计、工厂化生产、装配式施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用”六大现代化理念贯穿全产业链。
（3）在标准化的基础上，追求零部件的通用化。通过普及化，可以实现预生产、零售产品销售，并利用工厂生产来加强产品质量控制。
技术特点
我院自主研发的预制组合支撑墙钢结构住宅系统，采用组合支撑墙单元替代传统混凝土剪力墙单元。它具有以下结构系统优点：
（1）注重建筑功能，布局灵活，不因装配而强调建筑类型的标准化，不影响建筑的多样性；
（2）构件截面小，可实现传统民居的建筑特点：室内墙体、屋顶平坦，无梁、柱外露；
（3）力学性能优良，侧向刚度大，延展性好，耗能能力强，屈服机制合理；
(4)构件为常规钢结构构件，易于生产加工，适合一般生产；
(5)施工方法简单，易于组装施工；
(6)设计方法采用国家现行设计规范。
围护系统采用轻钢龙骨式复合墙板，面板采用新型纳米有机复合空腔面板。由于面板中添加了纳米防火材料，面板强度更高，可实现任意悬挂功能，且防火耐用。性能较好，可根据不同气候带和节能要求调整面板配置。低端可以实现节能建筑，高端可以实现被动式建筑。
图11 纳米有机复合空腔板复合墙体
采用SI系统，将主体结构、内饰件、管道设备完全分离。设备管道敷设于地面架空层、轻质隔墙及吊顶空间。全面采用干法施工方式，实现设备管道与装修一体化。 ，达到质量好、施工快、无污染的效果。
前景
当前，装配式钢结构建筑的发展迎来了良好机遇。因此，我们需要进一步加强对装配式钢结构建筑的研究，主要体现在以下几个方面：设计理念（建筑、设备、装饰、结构等）的更新；创新适合我国工业化建筑的多元化体系；加大相关应用设计技术的研究；与BIM技术、信息技术的深度融合与应用；合适的施工机械和相应的施工方法；合适的质量检测技术、检测设备、验收技术的研发；通过研究钢结构建筑产业化现状，推动装配式钢结构建筑在我国的推广应用，加快建筑生产工业化、工业化发展进程。
关于作者
楼宇
中国电子工程设计院有限公司董事、总经理、总工程师
【总裁论坛】下一期预告
紧跟新时代、展现新业绩——中国IPVI国际工程有限公司党委书记、总经理刘晓虎
摘自《建筑设计管理》第257期
专栏：【总裁论坛】
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