1 装配式钢结构的概念及要求

我国钢铁产能连年居世界首位，2022年全球粗钢产量18.85亿吨，中国10.18亿吨，占世界54%。国内钢材价格几经起伏后，目前热轧型钢维持在4000元/吨左右，今后相当长的时期仍将维持大体价格水平，为钢结构建筑的推广提供了良好的契机。

装配式钢结构建筑是指建筑的结构系统由钢部（构）件构成的装配式建筑^[1]。装配式钢结构建筑应以部品构件为基础，将结构系统、外围护系统、内装系统、设备和管线系统集成为适用美观的建筑；此类建筑应采用模数和模数协调的方式进行设计、生产和装配，应在建筑全寿命周期内满足适用性能、环境性能、经济性能、安全性能、耐久性能等综合要求，以提高建筑性能和建筑质量。钢结构是天然的装配式建筑，具有绿色建筑的特征。

常见的装配式钢结构体系有：1、钢框架结构；2、钢框架-支撑结构；3、钢框架-薄钢板剪力墙结构；4、交错桁架结构；5、低层冷弯薄壁型钢结构等。其中多层建筑一般采用钢框架结构和低层冷弯薄壁型钢结构两种结构形式，整体用钢量更低，造价更省。

钢框架结构（采用轻型钢框架）^[2]是指由小截面的热轧H型钢、高频焊接H型钢、普通焊接H型钢或异型截面型钢、冷轧或热轧成型的钢管等构件组成的纯框架结构体系，同时配以各种类型的板材作为围护结构。

低层冷弯薄壁型钢结构^[3]采用板件厚度小，板件宽厚比很大的小截面冷弯型钢构件，利用型钢构件屈曲后的有效截面受压。冷弯薄壁型钢杆件通常作为钢龙骨按照一定的模数紧密布置，钢龙骨之间设置连接和支撑体系，钢龙骨两侧安装结构板件、保温层、隔热层、装饰层等功能层形成墙体和楼板（图1）。

图1 低层冷弯薄壁型钢结构

2 钢结构装配式的优缺点

钢结构装配式不仅绿色环保，相对混凝土结构还有很多优点，主要有：1、自重轻。结构件以钢材为主要材料，易于工厂化生产和控制质量。因其强度高而相比混凝土结构自重大大减轻，钢结构装配式建筑重量约为混凝土结构建筑重量的30%，由于自重轻，可大幅节省基础部分的造价。

2、工期短。结构柱或剪力墙可设计并制作成3～4层一节，与钢梁配套安装的施工速度快，无须混凝土结构的支模、养护和拆模，为此，主体结构施工周期大为缩短，可比混凝土结构建筑的建筑时间缩短50%以上。

3、抗震性能强。钢结构能吸收地震能量，抗震性能优良，可抗9度以上地震。加上其自重轻，地震力小，故特别适用于高层或超高层建筑及抗震要求较高的建筑。

4、装配化施工。钢结构装配式建筑常采用配套的装配化楼板如钢筋桁架楼承板（包括装配式钢筋桁架楼承板）进行楼板施工，无须满堂脚手架、支模、养护和拆模，为此，施工周期大为缩短，同时，不影响已浇楼面其它工种的同时施工（如墙体施工等），为穿插施工提供便利。

5、人工成本低。主体结构施工量以钢结构安装为主，相比混凝土结构可节省大量的现场工人，在当今建筑劳动力成本越来越高的趋势下可明显降低建筑人工成本。

6、综合成本低。因施工周期大为缩短，除直接成本降低外，还间接带来了建设资金贷款利息减少、住宅销售加快（资金回笼加快），从而可使综合建造成本降低。

7、节能环保。与传统混凝土结构相比，可节约水泥、降低施工用水用电及木材消耗、减少施工垃圾90%以上，符合国家低碳节能环保的绿色建筑政策的要求。

8、材料回收率高。钢结构住宅中的钢材属可再生资源，无论是拆除或被损坏，建筑中的钢材可100%回收再生利用，实现藏钢于建筑、藏钢于民的国家战略。

钢结构装配式由于其钢结构材料天然的缺陷，也有诸如以下的缺点：

1、钢材耐火性差。钢材天然耐火性差，在高温环境下强度迅速降低，室内金属承重构件的外露部位，必须加设防火保护层。

2、钢材导热性高。钢材热阻值低，钢结构建筑的梁柱导热性高，需采用外保温材料或整体玻璃系统进行保温。

3、钢材耐腐蚀性差。钢结构建筑耐腐蚀性差，容易锈蚀，影响使用寿命，钢结构锈蚀问题尽可能的通过保证足够镀锌层厚度解决，部分容易涂刷部位采用定期涂刷防锈漆。

4、技术难度增大。钢结构装配式建筑需采取建筑、结构、机电设备、室内装修一体化设计，注重各专业间的协同配合，对设计、施工单位的要求相比传统粗放型建筑模式有较大提高。

3 高速房建钢结构装配式的探讨

高速房建各个站点的综合楼和宿舍楼一般为2~3层，面积一般在1000~2000m²,各站点间距在10~35公里不等，一般远离城区，功能大部分为高速公路行政人员的办公及住宿场所。现以我省某条高速为例，项目全长49公里，采用双向四车道标准，全线采用沥青砼路面。全线所设管理房建站点10个，包含匝道收费站5个、养护工区2个、路政中队2个、交警大队1个，建筑面积一共1.69万平方米。由于均为多层建筑，建筑高度普遍没超过15米，所有结构体系采用钢框架和低层冷弯薄壁型钢结构即可。外围护结构可以采用预制外墙板、蒸压加气混凝土外墙板、现场组装骨架外墙、玻璃幕墙。管理用房考虑后期空间的扩展，建议结构体系采用钢框架。钢结构装配式目前比较成熟，结构体系和围护系统呈现多样化发展，主体和围护的选择面较宽，防水保温的节点做法完善，使用工业化产品后建筑品质比传统建筑更可控，符合高速房建要求。围护体系可考虑ALC板或石膏板（内墙）+水泥纤维板（外墙）（现场组装骨架墙体），其与楼板的连接方式如图2。楼层板可以采用压型钢板上浇混凝土楼板，也可以采用叠合楼板，这样都可以减少传统楼板木模板的使用。

图2 ALC板与楼板的连接

高速公路房建呈现体量较小，分布分散，运输不便，造型复杂，施工完工与入住时间间隙短的特点，两种体系都能很完美的处理以上问题。

钢框架结构体系的承重结构和围护结构分开，围护结构可以采用不同的形式，选择面比低层冷弯薄壁型钢结构广，适合打造不同质感的建筑表皮，内部围护结构可以任意布置，适合打造不同的空间，后期空间改造方便。总用钢量比低层冷弯薄壁型钢结构稍大，楼屋面如采用现浇楼板，总用钢量的增加却没有低层冷弯薄壁型钢结构明显。

低层冷弯薄壁型钢结构的墙体是现场组装骨架外墙，它既是维护结构，又是承重结构，材料用量省，但楼地面应尽量采用轻型的材料，否则墙体用钢量会增加较多反而不经济，另墙体是承重结构，不能随意挪动位置，不利于空间的自由组合。骨架外墙由于骨架位置的不可移动，如果再外墙挂设空调等设备，需提前利用外墙骨架留设，不随意挪动位置。

高速公路配套建筑项目若采取钢结构装配式，由于预置构件的标准化及模具的重复利用率低，造价会比传统现浇方式提高；由于房子为多层的房子，从节省时间上来说，效果并不是太明显，相反由于配套建筑都在高速公路旁，运输距离都比较远，预置构件的运输费用相对来说会大大提高且增加了构件运输途中的破坏率；还有很重要的一点，多层的房子一般装配率比较高，节点接缝处相对较多，节点渗水的薄弱点也相对较多，这也是装配式一直被诟病的地方。

4 结语

高速公路配套建筑要大量采用装配式，需要在以下几点大力开展工作：1、提高建筑的标准化程度，从而达到提高构件的标准化及模具的重复使用率的目的；2、国家及政府加大力度推广装配式建筑，建立大量的装配式工厂，缩短运输距离；3、加强节点接缝处研究，并提高现场工人素质，让接缝处不再成为渗水的薄弱点。

参考文献

[1]装配式钢结构建筑技术标准GBT51232-2016

[2]《高层民用建筑钢结构技术规程》 JGJ99-2015

[3]《轻型钢结构住宅技术规程》JGJ 209-2010