模块化装配式高层钢结构体系创新基础研究

北京工业大学副校长、北京市高层和大跨度预应力钢结构工程技术研究中心主任张爱林认为，发展工业化装配式钢结构建筑特别符合我国化解钢产能过剩、发展绿色建筑的战略要求，是我国建筑业真正实现现代化的必由之路，也是保障灾后建筑重建速度和抗震安全的迫切要求。本版自今日起连载张爱林撰写的《工业化装配式高层钢结构体系创新研究》一文，敬请关注！——编者

一、发展工业化装配式钢结构是我国绿色建筑和生态文明建设的迫切要求

我国每年城乡新建房屋面积20亿平方米，其中80%以上为高能耗建筑，我国单位建筑面积能耗是发达国家的2倍以上。我国每年产生建筑垃圾近15亿吨，主要有渣土、碎砖瓦、碎砂石、碎混凝土等，但是能够进行资源化利用的不到百分之五。建筑施工和建筑垃圾运送是城市主要污染源之一，对空气污染的贡献率达20%。我国河道已无多少沙子可供混凝土建筑使用，南方有些城市已经出现了用海沙制作混凝土，其质量堪忧。

发达国家钢结构建筑面积占总建筑面积10%以上，美、日超过40%，而我国目前还不到5%，中国作为世界上建筑规模、钢材产量最大的国家，钢结构建筑发展严重滞后。

住房和城乡建设部发布的《建筑业“十二五”发展规划》将“钢结构工程比例增加”作为实现建筑节能的目标之一。

2013年1月1日，国务院办公厅转发发改委、住房和城乡建设部《绿色建筑行动方案》，明确提出要推广适合工业化生产的钢结构等建筑体系，加快发展建设工程的预制和装配技术，提高建筑工业化技术集成水平。要求“十二五”期间完成新建绿色建筑10亿平方米，到2015年城镇新建建筑20%达到绿色建筑标准。

2013年修订的《绿色建筑评价标准》将钢结构列为绿色建筑。毋庸置疑，钢结构可回收、循环使用，具有良好抗震延性，可持续发展、循环再利用的理念体现在建筑钢结构设计、施工、建造、拆除及异地重建的全过程。

目前，节能减排、控制污染已成为各级政府必须解决的重大问题。《国务院关于化解产能严重过剩矛盾的指导意见》明确提出，推广钢结构在建设领域的应用，提高公共建筑和政府投资建设领域钢结构使用比例，在地震等自然灾害高发地区推广轻钢结构集成房屋等抗震型建筑。

我国2020年国家钢结构发展规划重点是研究在各类建筑中应用钢结构新体系，扩大应用范围，钢结构设计标准与国际接轨、完善钢结构设计规范和标准；为实现钢结构住宅建筑产业化提供成套技术，研制快速安装、经济适用、安全可靠的钢结构体系、轻钢结构楼板等，应用于保障性住房工程设计。2020年，我国钢结构建筑占10%以上。我国建筑钢结构市场十分巨大，发展前景广阔。（待续）

多高层钢结构体系有哪些选型设计？

多高层钢结构体系选型设计：

目前国内进行多高层钢结构住宅建设所采用的结构体系主要分为四种：

1）纯框架形式；

2）框架支撑形式；

3）型钢混凝土组合形式；

4）钢框架一混凝土抗震墙形式。对于纯框架形式，梁柱材料采用型钢，通过焊接或螺栓连接的方式进行组合安装。框架支撑形式同纯框架形式类似，只是由于抗震需要，在主体结构两个主轴方向布置斜撑，钢斜撑与型钢柱和梁连接组成竖向抗侧力析架，从而取代传统的混凝土剪力墙，安装方式同样采用焊接或螺栓连接。型钢混凝土组合形式的特点是在钢骨架梁柱外侧另外浇筑一层混凝土，新浇筑的混凝土不仅起到结构作用，同时有助于解决主体结构的防腐、防火问题。钢框架一混凝土抗震墙形式，外部梁柱系统采用型钢，同样通过焊接或螺栓连接的方式进行组合安装，内部核心筒或剪力墙采用现浇方式施工，通过预埋构件同外围钢结构框架相连接，共同组成结构系统。这种结构体系的用钢量低于纯钢结构，施工速度介于纯钢结构和混凝土结构之间。但钢与混凝土材料的刚度和延性相差较多，目前主要在低烈度地震区的高层钢结构住宅中采用。钢结构住宅设计时应根据安全可靠、经济合理、施工方便等原则，并结合建筑使用功能、建筑模块和建筑维护结构以及抗震设防烈度等要求合理择优选用抗震和抗风性能好的结构体系，以保证结构具有足够的抗风、抗震能力和满足住宅特点的使用功能。

多高层钢结构体系选型设计：

目前国内进行多高层钢结构住宅建设所采用的结构体系主要分为四种：

1）纯框架形式；

2）框架支撑形式；

3）型钢混凝土组合形式；

4）钢框架一混凝土抗震墙形式。 对于纯框架形式，梁柱材料采用型钢，通过焊接或螺栓连接的方式进行组合安装。框架支撑形式同纯框架形式类似，只是由于抗震需要，在主体结构两个主轴方向布置斜撑，钢斜撑与型钢柱和梁连接组成竖向抗侧力析架，从而取代传统的混凝土剪力墙，安装方式同样采用焊接或螺栓连接。型钢混凝土组合形式的特点是在钢骨架梁柱外侧另外浇筑一层混凝土，新浇筑的混凝土不仅起到结构作用，同时有助于解决主体结构的防腐、防火问题。钢框架一混凝土抗震墙形式，外部梁柱系统采用型钢，同样通过焊接或螺栓连接的方式进行组合安装，内部核心筒或剪力墙采用现浇方式施工，通过预埋构件同外围钢结构框架相连接，共同组成结构系统。这种结构体系的用钢量低于纯钢结构，施工速度介于纯钢结构和混凝土结构之间。但钢与混凝土材料的刚度和延性相差较多，目前主要在低烈度地震区的高层钢结构住宅中采用。钢结构住宅设计时应根据安全可靠、经济合理、施工方便等原则，并结合建筑使用功能、建筑模块和建筑维护结构以及抗震设防烈度等要求合理择优选用抗震和抗风性能好的结构体系，以保证结构具有足够的抗风、抗震能力和满足住宅特点的使用功能。