装配式钢结构建筑体系及低能耗技术探索研究与应用.pdf

装配式钢结构建筑体系及低能耗技术探索研究与应用一、概述1.装配式建筑体系装配式建筑是指标准化设计、工业化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用，并且支持标准化部品部件的建筑。发展装配式建筑是推动供给侧结构性改革和新型城镇化发展的客观要求，不仅可以节约资源、减少施工污染、提高劳动生产效率和质量安全水平，而且可促进建筑业与信息化工业化深度融合，培育新产业新动能、化解过剩产能，推动建筑业转型升级。将高效装配技术与低能耗技术结合进行研究和应用具有诸多优势：（1）从建筑物全生命周期角度出发，在设计阶段采用低能耗设计技术；（2）采用高效装配和同时节能的围护体系；（3）注重建筑物全过程的节能减排，建筑体系尽量减少使用高能耗、不易回收材料，采用低能耗、可回收循环使用材料；（4）通过BIM技术与绿色建筑相结合，提升建造的能力，同时有效降低能耗，节省材料，降低工期；（5）降低建筑系统使用能耗，加大太阳能等清洁能源的利用。装配式建筑按建造结构分类，可分为以下三种：木结构—在我国主要应用于低层别墅及景区建筑，不适用于解决大量人口居住问题。PC结构—装配整体式混凝土结构是由预制混凝土构件或部件通过钢筋，连接件或施加预应力加以连接并现场浇筑混凝土而形成整体的结构。钢结构—强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、结构构件尺寸小、工业化程度高。材料绿色环保。2.目前装配式钢结构建筑存在的常见问题目前装配式钢结构建筑还存在许多众所周知的问题，比如当前造价不低；结构体系超出相关规范规定，需要专门超限审查；结构体系未发挥钢结构大跨度、大空间优势，仍然采用混凝土结构思路；体系生产线投资高，需要专用设备生产，不利于产业化；未采用标准化设计和采用工业化思路等。当前形势下，阻碍装配式钢结构建筑发展主要存在的问题有三点：一是仅研发结构体系，围护体系成熟度低，结构与围护体系不配套，三板问题突出；二是构件及部品标准化程度低，同时未能较好应用BIM技术；三是未注重成熟产品的“集成创新”，采用过多未经检验的新产品，新工法。3.西建大装配式建筑体系针对上述一些问题，西安建筑科技大学钢结构科研团队以产品思维和细节思维出发，研发了一套独有的装配式建筑体系：以建筑功能为核心，结构为基础；注重集成，集合成熟可靠的围护体系和精装修技术；关注构件标准化、工业化、信息化；注重全产业链思维和综合投资成本，企业投资小，安装简单，易于产业化；结构少规格，多组合，同时具有较好的抗震、抗风性能。装配式钢结构建筑首先是一个建筑有机体，因此，必须改变传统的用钢结构直接替换混凝土结构的做法，摒弃“重结构、轻建筑、无内装”的错误观念，从系统工程学的层面去看待，用系统论的方法来指导研究，以建筑功能为核心、以结构布置为基础、以工业化围护和内装部品为支撑，整体提升钢结构住宅的使用功能和居住品质。需要综合考虑建筑功能、結构、围护、内装、机电，实现户型、外立面、结构体系、围护系统、管线系统、防火、内装等各方面的协同与集成，最终实现住宅的工业化修建，类似“制造汽车一样建造房子”，像“做仪表一样精密的建造房子”。二、建筑设计1.全生命周期节能减排住宅全生命周期住宅概念源于日本，其本质在于通过空间的变化、功能的转化，使住宅可以随着家庭在不同阶段的需求变更而“进化”，契合不同生命阶段的不同需求。我们建设全生命周期住宅的目的是提高住宅户型适应性，空间灵活性，提高建筑实际使用年限，节能减排，其方式是取消或减少室内承重墙，采用轻质隔墙，实现大跨度空间，为将来户型的可变预留可能性和自由度，实现在不同家庭人口模式下，使用者可以根据居住人数来选择居住房间的数量和大小，满足不同人生阶段家庭生活需要（图2）。全生命周期住宅意义重大，户型设计开创定制化设计，是一次对传统住宅的划时代革新，在“互联网+时代”满足年轻一代对住宅的实际需求，在全生命周期中为业主提供一个舒适的生活空间。西建大团队在标准化户型和部品模块上做了一些研发（图3），通过模数化设计解决结构和围护系统工业化水平低的问题。2.装配式SI体系在装修方面，采用结构与内装修分离的SI体系，同时解决了当前一些装配式建筑装修敲击有空鼓声的问题。SI是支撑体Skeleton和填充体Infill的缩写，其核心是将住宅中不同寿命的主体结构和内装及管线等填充体进行分离。SI设计将结构与管线分离，如图4所示，提高建筑物使用年限，打造百年住宅实现节能减排。钢结构与SI契合度非常高，钢结构可以实现大空间，利于SI的实现；钢结构的施工安装精度高，利于部品安装；钢梁腹板可以开洞，利于管线的布置（图5）。SI完全符合全生命周期住宅要求，可以根据家庭构成和居住者的生活方式的变化，改变房间的布局和内部的装修；居住体每10-30年就可以更新一次，自由地分隔空间，可变性强；主体结构可维持50～100年；经久耐用。