推進鋼結(jié)構(gòu)建筑工業(yè)化發(fā)展的11個建議

  建筑工業(yè)化的重要標志就是建筑結(jié)構(gòu)的工業(yè)化。目前我國主要城市的建筑結(jié)構(gòu)基本上是兩大類，即鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)（包括鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)）。過去的磚混結(jié)構(gòu)因國家禁止使用粘土磚，目前已很少采用了，同時砌筑、抹灰也不符合工業(yè)化施工要求，用工多，且笨重體力勞動不是行業(yè)發(fā)展方向。進入21世紀，我國鋼鐵工業(yè)迅速發(fā)展，鋼年產(chǎn)量已達8億t，排名世界第一，平均每人每年超過0.5t，因此我國鋼結(jié)構(gòu)建筑越來越多，不僅在超高層建筑中使用，低于百米的鋼結(jié)構(gòu)住宅小區(qū)中也在使用。盡管鋼結(jié)構(gòu)造價高，但整體來看，它具有很多其他結(jié)構(gòu)不可比擬的優(yōu)越性。特別是近10年來我國大力發(fā)展的以鋼管柱為主的混合結(jié)構(gòu)，在RC核心筒施工中采用液壓爬模新工藝，充分顯示了這類結(jié)構(gòu)對建筑工業(yè)化發(fā)揮的巨大作用，無論是提高生產(chǎn)率、節(jié)約人工，提高工廠化、裝配化、機械化水平，還是實施綠色施工方面都具有顯著優(yōu)勢。

  不過，由于我國發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)只有近20年的時間，尤其在鋼結(jié)構(gòu)工程與建筑工業(yè)化的結(jié)合方面，還遠遠不夠，沒有充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)在建筑工業(yè)化中的獨特優(yōu)勢和有利條件，因此有必要認真總結(jié)近20年來推廣鋼結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗，同時借鑒學習國外先進之處，繼續(xù)研發(fā)、推廣有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)的新技術(shù)、新工藝，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，降低工程成本，大大提高鋼結(jié)構(gòu)的建筑工業(yè)化水平，以促進鋼結(jié)構(gòu)更健康發(fā)展。筆者對目前我國進一步實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)建筑工業(yè)化發(fā)展，提出以下建議。

  1、設(shè)計定型標準化是發(fā)展建筑工業(yè)化的前提

  設(shè)計定型標準化是發(fā)展建筑工業(yè)化的前提。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)如此，鋼結(jié)構(gòu)也應(yīng)該如此。目前我國已建成的高層或超高層鋼結(jié)構(gòu)公共建筑大部分是辦公用房和商住樓,從平面布局來看中間是核心筒，外圈是柱網(wǎng)，這種結(jié)構(gòu)的平面布局基本是定型的，只是梁的跨度不同，層高基本差不多，荷載差異不大，因此可以設(shè)計不同長度的標準梁板，根據(jù)建筑物的不同高度設(shè)計幾種標準構(gòu)件圖?？傊?，用標準構(gòu)件組合成各種不同布局的平面，更利于鋼結(jié)構(gòu)工廠的制作、生產(chǎn)，減少鋼材的品種規(guī)格。目前不少鋼結(jié)構(gòu)高層建筑柱網(wǎng)都是根據(jù)地下室車庫的尺寸來決定,柱距都有明確的規(guī)定要求和范圍（如停4輛車為8.4m左右），進深也都有要求，上層柱網(wǎng)可以相應(yīng)定型，這對設(shè)計定型標準化十分有利。核心筒（除總高超過200m的超高層建筑外）也可以按地區(qū)實行標準化設(shè)計控制墻厚，這對采用液壓爬模施工也是非常有利的。構(gòu)件設(shè)計的標準定型化可以先從鋼結(jié)構(gòu)的水平構(gòu)件下手，柱子實行標準定型化比較復(fù)雜，除（總高）超過200m的超高層建筑以外，柱子斷面尺寸基本可以確定幾種規(guī)格。如鋼管混凝土圓柱的尺寸，可以按高度定幾種規(guī)格尺寸，以便于工廠加工。至于鋼結(jié)構(gòu)的水平構(gòu)件（包括樓梯），完全可以實行構(gòu)件標準定型化，以便工廠加工制作。

  2、鋼管柱符合建筑工業(yè)化的要求，不用支模，也不用復(fù)雜裝修

  采用鋼管柱較方便與水平結(jié)構(gòu)進行連接，施工進度快，混凝土澆筑采取頂升工藝，質(zhì)量有保證。工廠加工鋼管時可將梁的鋼牛腿先焊在鋼柱上，主梁上支撐次梁的牛腿也可在工廠內(nèi)預(yù)先焊接，在現(xiàn)場即可通過螺栓迅速安裝。鋼管柱可以2～3層連成1根安裝，柱內(nèi)混凝土一次澆筑2～3層，如此可大大加快進度。鋼管外側(cè)的防腐、防火涂料，甚至裝飾均可在工廠內(nèi)完成再運至現(xiàn)場安裝，只不過安裝后需要修補，運輸中及安裝后也必須注意成品保護。不建議采用型鋼+鋼筋作為骨架的勁性混凝土柱工藝，因該工藝復(fù)雜，需要大量的深化設(shè)計解決梁柱接頭問題，還需增加柱支模及混凝土養(yǎng)護等工藝，不宜采用。鋼管混凝土柱一般使用圓鋼管，有些工程也采用了方（含長方形）鋼管，效果也不錯，至于鋼管混凝土柱的混凝土澆筑工藝目前都已成熟，不另行介紹。

  3、水平構(gòu)件及樓梯都采用鋼構(gòu)件，一般用H型鋼

  鋼結(jié)構(gòu)住宅因不做吊頂也可以考慮用方鋼管做梁，但不宜再設(shè)置次梁。鋼結(jié)構(gòu)梁的跨度不宜過大，以不超過9m為宜，最好能定型幾種梁的規(guī)格，專供鋼結(jié)構(gòu)工程使用。一般鋼結(jié)構(gòu)的主梁一端支撐在外柱上，另一端支撐在核心筒剪力墻上，梁與核心筒的連接以預(yù)埋件焊接鋼牛腿的連接工藝為主。樓梯一般均采用鋼樓梯，工廠預(yù)制現(xiàn)場安裝。

  鋼結(jié)構(gòu)的樓板最早采用壓型鋼板，用作永久模板，最近出現(xiàn)帶底板（鋼板）的鋼筋桁架作永久模板。鋼板底板與鋼筋桁架焊接成為整體，在鋼板底板上澆筑混凝土，這兩種工藝都是可行的，均可取消混凝土樓板的支模工藝，在板底設(shè)置極少量立柱支撐即可，基本上消除了模板工藝，但成本相對較高。為更簡化，同時也降低成本，是否可采用“混凝土疊合樓板”工藝？在非地震區(qū)（或地震區(qū)采取一定的措施）也可采用整塊預(yù)制大樓板（兩面光），與鋼梁采取一定的鋪接措施，為減輕自重、滿足隔聲要求也可采用輕質(zhì)陶?；炷粒ɑ蚍勖夯姨樟?，混凝土強度達到C20～C40）。另外可否結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)體系，研究使用由鋼骨架及小塊預(yù)制板組成的架空地板樓面，以滿足各種智能化建筑的要求。

  4、外墻板及裝飾

  目前大部分超高層或高層公共建筑都使用了玻璃幕墻，自重輕、制作安裝比較簡單，有一定優(yōu)勢。進入21世紀后，就國外的情況來看，玻璃幕墻已大大衰退，原因很多，有些國家如日本從來就沒有大面積采用過玻璃幕墻。北京在上世紀80年代建造的京城大廈，是日本設(shè)計的52層超高層建筑（是當時日本有代表性的鋼結(jié)構(gòu)體系），其外墻并沒有采用玻璃幕墻，而是采用了三合一、帶飾面保溫的RC預(yù)制外墻板。當時我去日本參觀，發(fā)現(xiàn)日本高層建筑均采用這種外墻板，較少見到玻璃幕墻。其他一些國家在20世紀80年代后期，其玻璃幕墻也已走向下坡，而我國卻從20世紀90年代開始大力發(fā)展，迄今不見衰退?？梢哉f，我國玻璃幕墻施工工藝落后，大部分采用人工吊架小塊散裝，工業(yè)化水平頗低，保溫效果極差，應(yīng)該指出，高層或超高層建筑的外墻板施工是建筑工業(yè)化的重要組成部分，也是節(jié)能降耗、實行綠色建筑的重要組成部分，必須認真對待。玻璃幕墻不是高層建筑唯一或主要的圍護結(jié)構(gòu)，無論從節(jié)能、保溫、耐久性還是工業(yè)化施工來看，都不是很理想的選擇。玻璃幕墻今后仍會繼續(xù)使用，但不宜進行散裝，宜采用單元整塊（每個開間1～2塊）預(yù)制安裝工藝，并使用反射玻璃；同時在玻璃幕墻內(nèi)側(cè)應(yīng)做保溫層（如北京長城飯店的做法），既可滿足節(jié)能標準又符合建筑工業(yè)化的要求。

  就建筑工業(yè)化來說，鋼結(jié)構(gòu)的圍護墻宜向三合一（既圍護結(jié)構(gòu)、保溫、裝飾三合一）的預(yù)制墻板方向發(fā)展，具體建議如下。

  1）三合一預(yù)制混凝土外墻板?北京在20世紀已使用過，效果不錯，有待進一步改進。

  2）鋼框骨架巖棉或其他A級保溫材料夾芯，雙面裝飾板外側(cè)可采用各種飾面材料的三合一外墻板?這種外墻板可在鋼結(jié)構(gòu)制造工廠生產(chǎn)，運至現(xiàn)場安裝，美國在20世紀90年代已普遍使用，最大塊體可達9m×4.5m。

  3）帶有RC或鋼骨架的加氣混凝土或發(fā)泡水泥的整塊外墻預(yù)制墻板（帶裝飾面）。

  4）陶?；炷翈э椕嫱鈮Π?采用粉煤灰陶粒（國內(nèi)已有采用進口設(shè)備生產(chǎn)），符合廢物利用及環(huán)保要求。

  5）玻璃幕墻?宜推廣整塊單元式玻璃幕墻，采用反射玻璃，內(nèi)部做保溫層。

  6）各種輕質(zhì)條板?類似鋁合金幕墻的條板盡量不用。以上各種外墻板均為整塊掛板，在工廠中預(yù)制，有些外墻板也可在現(xiàn)場或地下車庫內(nèi)生產(chǎn)，以降低成本，在日本及美國都有這種生產(chǎn)方式。

  5、核心筒

  核心筒應(yīng)采用液壓爬模工藝，由專業(yè)隊伍分包施工，3～5天一層，一般比外圍鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)先5層左右，目前全國已全面推廣應(yīng)用此類工藝，效果顯著。目前核心筒有全RC、勁性混凝土、鋼板混凝土或全鋼板核心筒，在200m以內(nèi)的核心筒一般為RC或勁性混凝土，完全可以采用液壓爬模工藝。為防止混凝土開裂，混凝土強度等級宜控制在C50以下，每立方米水泥用量宜控制在250kg左右（C50在不少工程中水泥用量僅220kg/m?）。應(yīng)采用泵送混凝土，目前我國混凝土一次性泵送高度最高可達600m左右。澆筑后必須加強養(yǎng)護，采用自動噴霧養(yǎng)護法。

  鋼板夾芯混凝土剪力墻核心筒目前日益增多，但裂紋不易控制。最近有工程采取了鋼板加溫，加強混凝土養(yǎng)護，并用保溫等方法控制混凝土內(nèi)、外溫差及混凝土表面與大氣間的溫差（20℃），取得了成功，值得借鑒。

  6、內(nèi)隔斷及吊頂

  內(nèi)隔斷及吊頂可采用輕鋼龍骨硅鈣板（或石膏板）、巖棉夾芯板等輕質(zhì)隔墻，也可以采用輕質(zhì)混凝土預(yù)制條板（兩面光不抹灰），輕骨料可采用粉煤灰陶粒，實行干作業(yè)，取消砌筑抹灰。局部內(nèi)隔斷墻也可采用簡易可移動的木制或鋁合金玻璃隔斷?？傊?，內(nèi)隔斷墻應(yīng)采用輕質(zhì)、預(yù)制、干作業(yè)、運輸安裝方便，符合防火等級要求且易于靈活搭拆的隔斷墻。

  室內(nèi)吊頂宜采用輕鋼龍骨礦棉等吸聲功能好的輕質(zhì)面板，一般鋼結(jié)構(gòu)辦公用房也可以不做吊頂，將頂板及所有管線（除通風口、燈具外）全部使用黑色涂料罩面。實踐證明這種做法不僅可以降低工程成本，而且可以擴大室內(nèi)空間，實用寬敞，建議推廣應(yīng)用。

  7、鋼結(jié)構(gòu)地下工程施工工藝

  為配合鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)化施工，一般鋼結(jié)構(gòu)高層建筑下部及其地下四周均設(shè)有地下車庫和裙房，這部分占有很大面積，如何實行工業(yè)化施工非常重要?，F(xiàn)提出以下幾點建議，此建議也適用一般RC結(jié)構(gòu)高層或超高層建筑。

  取消混凝土“伸縮后澆帶”，并有條件地取消或提前澆筑“沉降后澆帶”

  前者用“跳倉法”施工代替“伸縮后澆帶”,應(yīng)根據(jù)該工程的基礎(chǔ)設(shè)計及地基情況考慮取消或提前封閉?！疤鴤}法”近幾年發(fā)展很快，全國已有100多項工程應(yīng)用，北京也有60多個工程取消了“后澆帶”，效果甚佳。北京市已編制了地方標準《超長大體積混凝土跳倉法技術(shù)規(guī)程》，近日即將頒布，這將大大利于工業(yè)化施工及綠色施工。

  要優(yōu)先選用符合工業(yè)化施工的地下防水做法

  地下防水工程涉及建筑物安全，與結(jié)構(gòu)工程幾乎有同等重要的地位。傳統(tǒng)防水工藝多是勞動條件差、用工多、工期長，環(huán)保完全不符合建筑工業(yè)化的要求，近20年來防水技術(shù)發(fā)展很快，出現(xiàn)了許多新材料、新工藝和新技術(shù)，應(yīng)認真優(yōu)選。結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)工程工業(yè)化的要求，在地下防水工程量大、工期長、埋設(shè)深、操作條件差等特點基礎(chǔ)上，優(yōu)選適合的防水工藝，淘汰傳統(tǒng)工藝。特別是量大面廣的地下工程外墻防水工藝，不宜采用卷材型防水技術(shù)，因卷材在立墻粘貼方面難度大，不易粘貼嚴密，尤其是卷材搭接處不容易黏結(jié)密實，地下水就容易滲竄進入墻內(nèi)，因此宜采用如“非固化橡膠瀝青”或“滲透結(jié)晶型”等防水涂料，也可以采用一些有成熟經(jīng)驗的“剛性防水”技術(shù)，如FS101+FS102或?qū)①惏厮狗浪畡┲苯訚B入混凝土內(nèi)的剛性防水技術(shù)。以上這些防水方法工藝簡單，勞動效率高，質(zhì)量易保證，可大大縮短工期，經(jīng)濟效益較好，符合工業(yè)化施工要求。

  在地下車庫積極推廣無梁樓蓋

  地下車庫采用無梁樓蓋（既板柱結(jié)構(gòu)），可降低層高，簡化工藝，減少地下部分埋設(shè)度，降低成本。無梁樓蓋還簡化了模板工藝，方便施工，提高工效，同時也可加快工程進度。

  8、機電設(shè)備安裝工程應(yīng)積極推廣

  “預(yù)制組合立管技術(shù)”等新技術(shù)在機電設(shè)備安裝工程中的應(yīng)用，可大大提升工業(yè)化水平。中建三局一公司早在8年前就將此技術(shù)成功應(yīng)用于上海某超高層建筑中，效果顯著，并于2009年組織編制了《預(yù)制組合立管技術(shù)規(guī)范》GB50682—2011。預(yù)制組合立管技術(shù)是將一個管井內(nèi)擬組合安裝的管道作為一個單元，一個或幾個樓層為一節(jié)，節(jié)內(nèi)所有管道及管道支架預(yù)先在工廠制作并組合裝配、運輸至施工現(xiàn)場進行整體安裝的成組管道，各種水平管線也在工廠預(yù)制，現(xiàn)場安裝，此工藝大大提高了勞動生產(chǎn)率和機械化施工水平。

  預(yù)制組合立管技術(shù)適合超高層建筑施工，包括設(shè)計、制作、安裝和驗收，是機電設(shè)備工程施工中提高工業(yè)化施工水平的重要組成部分。

  9、關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)住宅工程的工業(yè)化施工問題

  從上世紀開始，有不少施工企業(yè)（如北京住總）就開始著手研究鋼結(jié)構(gòu)住宅，行業(yè)內(nèi)爭議紛紛，核心問題是造價高，且住宅工程高度太高不一定受歡迎。隨著我國鋼鐵業(yè)的迅速發(fā)展，以及對建筑工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化的迫切要求，近年來不少鋼構(gòu)企業(yè)大膽創(chuàng)新，建造了一些鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化示范小區(qū)，如“錢江世紀城人才專項用房住宅小區(qū)”及“萬郡大都城鋼構(gòu)住宅小區(qū)”（包頭）。這兩個住宅小區(qū)超百萬平方米，為幾十幢26～33層的高層住宅，采用了鋼結(jié)構(gòu)體系，有鋼框架-型鋼混凝土核心筒和鋼框架-鋼支撐體系兩種結(jié)構(gòu)形式。樓板選用工廠生產(chǎn)的鋼筋桁架樓承板，內(nèi)隔板和外墻板均采用由CCA板復(fù)合輕質(zhì)灌漿墻，柱子采用方鋼管混凝土柱。CCA板是以木漿纖維、硅酸鹽水泥、精細石英砂、添加劑及水等經(jīng)精確配料、高溫高壓、水熱環(huán)境蒸壓養(yǎng)護而形成穩(wěn)定結(jié)晶體的高新技術(shù)產(chǎn)品，內(nèi)隔墻系統(tǒng)是由CCA板固定在輕鋼龍骨上形成的非承重體系。據(jù)有關(guān)資料介紹，通過全生命周期評價，該體系在節(jié)地、節(jié)材、節(jié)水、節(jié)能和環(huán)保，即綠色建筑性能方面發(fā)揮了重大作用，為今后鋼結(jié)構(gòu)住宅的推廣應(yīng)用起到了一定的推動作用。

  10、裝修、裝飾工程

  鋼結(jié)構(gòu)和RC結(jié)構(gòu)在裝修、裝飾方面并沒多大區(qū)別，可采用RC結(jié)構(gòu)模式，建議在鋼結(jié)構(gòu)體系中加快將立體構(gòu)件引入工業(yè)化部件的步伐（尤其在住宅工程中）。立體構(gòu)件就是三維預(yù)制件，最具代表性的就是衛(wèi)生間和廚房、垃圾管道等。預(yù)制衛(wèi)生間圍護墻可使用混凝土或輕鋼骨架覆薄板制成，也可以采用玻璃鋼，頂棚用鋁合金龍骨覆以PVC裝飾板，地面、墻面及面盆、馬桶均可按設(shè)計標準在工廠內(nèi)全部組裝完畢運至現(xiàn)場一次吊裝完成。據(jù)有關(guān)資料介紹，在日本這種衛(wèi)生間“匣子”結(jié)構(gòu)已安裝300多萬個單位，每個單位有些僅重350kg左右；香港的立體構(gòu)件也于幾年前開始試驗應(yīng)用。實踐證明廚房和衛(wèi)生間搞“匣子”結(jié)構(gòu)不但可以大大縮短現(xiàn)場作業(yè)時間，提高勞動生產(chǎn)率、節(jié)約勞動力，而且可有效提升產(chǎn)品質(zhì)量。

  鋼結(jié)構(gòu)工程中，還有不少現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件，如核心筒、樓板等必須切實做到清水混凝土不抹灰的水平，堅決取消抹灰，按國家、地方標準（已有規(guī)范）認真施工。要堅決消滅裝修階段的砌筑和抹灰等落后手工操作工藝，減少現(xiàn)場濕作業(yè)，這是實現(xiàn)建筑工業(yè)化的重要方面。

  11、堅持立體交叉作業(yè)，加快施工進度

  鋼結(jié)構(gòu)除了工業(yè)化、機械化、裝配化水平高這些突出優(yōu)勢外，還利于進行立體交叉作業(yè)，加快工程進度。鋼結(jié)構(gòu)工程在完成上層樓板混凝土澆筑后，可立即進行該層室內(nèi)許多分項施工，如內(nèi)隔墻、機電管線安裝及各種粗裝修工程等。外墻圍護工程也可以由下而上進行安裝。由于室內(nèi)粗裝修、機電設(shè)備管線、裝飾等項目繁多，因此必須按照合理施工順序安排好室內(nèi)各項目工序，組織好勞動力，保證物資供應(yīng)，逐層隨結(jié)構(gòu)向上推進，進行立體流水作業(yè)。這樣，當結(jié)構(gòu)完成后，室內(nèi)外裝修、裝飾及機電安裝也可以很快完成，國外有些工程上面還在進行結(jié)構(gòu)施工，下部已經(jīng)可以竣工使用了。此外，核心筒的立體交叉作業(yè)尤為重要，該部分結(jié)構(gòu)、裝修、機電均很復(fù)雜且工期長，必須精心安排好立體交叉作業(yè)，以便工程順利竣工。

  發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)工程是實現(xiàn)建筑工業(yè)化（尤其是結(jié)構(gòu)階段）的重要途徑，其具有獨特的優(yōu)勢。在設(shè)計方面，尤其是鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)深入研究、努力創(chuàng)新，使鋼材用量和鋼結(jié)構(gòu)造價能降下來，此外鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接技術(shù)還需進一步研究創(chuàng)新。今后鋼產(chǎn)量仍會增加，而工人工資肯定也會繼續(xù)增長，同時對綠色建筑和環(huán)境保護的要求也將更為嚴格，這對進一步發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)和推動建筑工業(yè)化的發(fā)展都是十分有利的。不過，鋼結(jié)構(gòu)并不適用于所有建筑，特別是受造價的影響，希望建設(shè)單位和設(shè)計人員在與RC結(jié)構(gòu)對比條件差距不太大時，能優(yōu)先選用鋼結(jié)構(gòu)。從長遠來看，隨著建筑工人人工成本的增長和鋼材資源的不斷充足，再通過鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的優(yōu)化和施工的不斷創(chuàng)新，鋼結(jié)構(gòu)在促進建筑工業(yè)化發(fā)展方面將大有可為。