发展装配式建筑之我见（三）

（二）装配式钢结构建筑体系

1、装配式钢结构建筑体系

《装配式钢结构建筑技术规范》GB51232—2016规定：

5.2.5装配式钢结构建筑可根据建筑功能用途、建筑物高度以及抗震烈度等条件选择下列结构体系：

1、钢框架结构；

2、钢框架——支撑结构；

3、钢框架——延性墙板结构；

4、筒体结构；

5、巨型结构；

6、交错桁架结构；

7、门式钢架结构。

实际上，已经建成的钢结构住宅只有以下二种：

■钢框架结构；

■钢框架——支撑结构。

其他类型的钢结构体系很少在中国住宅建筑市场上看到。

2、“方钢管束异形柱”及其“同父异母”兄弟们

同样，装配式钢结构建筑的竞争对手仍然是“现浇钢筋混凝土框架剪力墙或纯剪力墙结构”。

因此，国内搞高层钢结构住宅研发的学者、专家、企事业单位都把研发目标盯在了“现浇钢筋混凝土框架剪力墙或纯剪力墙结构”上，研发的各种所谓的钢结构建筑体系都是参照剪力墙技术，因而发明了许多在“方钢管束异形”柱技术上延展开来的“同父异母”技术，例如：

■方钢管束焊接异形柱（图15）；

■钢板焊接矩形管束异形柱（图16）；

■C型钢焊接矩形管束异形柱（图17）；

■方钢管+特制C型钢焊接异形柱（图18）；

■方钢管+小方钢管桁架焊接异形柱（图19）。

图15

图16

图17

图18

图19

正所谓，条条大路通罗马，钢结构体系不只是“方钢管束异形柱”一条道。

中国人跟风现象非常严重，都想走捷径赶超别人，因而产品研发“抄”的水平很高，“创新”能力却很差，大家都挤在“方钢管束异形柱”这一条道上，是很难有重大技术突破的。

3、一根筋的搞钢结构体系研发

中国搞钢结构建筑研发的学者、专家、企事业单位都好像是曾经坐在一起开会讨论过，并得出了一致的结论：在装配式钢结构建筑中坚决不用混凝土（反之也一样，装配式混凝土结构建筑中也绝对不允许使用钢结构）。

同样，一根筋的思维模式也产生了“装配式混凝土结构”绝不允许使用“现浇混凝土结构”的结论。

你混凝土有“现浇混凝土剪力墙”，我们钢结构就搞一个“钢板剪力墙”。钢结构亦步亦趋的跟在现浇（包括装配式）混凝土结构后面跑是没有出路的，不但你钢结构行业不能这样，即便是装配式混凝土结构跟在“现浇混凝土剪力墙”后面跑（基于基本等同现浇混凝土结构的设计概念）也是没有出路的。

装配式结构建筑技术只有像智能手机赶超数字手机，数码相机赶超胶卷相机那样，另辟蹊径，弯道超车才能真正解决装配式结构建筑的技术瓶颈。

4、装配式钢结构建筑外墙围护体系

《装配式钢结构建筑技术规范》GB51232—2016规定：

5.3.9外墙围护系统尹根据不同的建筑类型及结构形式选择适宜的系统类型，外墙围护系统中外墙板部品可采用内嵌式、外挂式、嵌挂结合三种形式，并宜分层挂或承托。外围护系统可选用下列类型：

1、预制墙板类：

1）整间板体系，包括：预制混凝土外挂墙板、拼装大板等；

2）条板体系，包括：预制混凝土外墙板、蒸压加气混凝土板、复合夹芯条板等；

2、现场组装骨架类:

1)钢龙骨组合外墙体系；

2）木龙骨组合外墙体系。

3、建筑幕墙类。

现有已经建成的装配式钢结构住宅的外墙只有以下二种：

■混凝土砌块；

■蒸汽加压混凝土条板。

目前其他类型的外墙围护体系在中国钢结构住宅建筑市场很少见到。

六、发展混合结构体系才是正途

（一）高层钢结构建筑在风荷载作用下“晃动”问题

高层钢结构建筑的抗风、抗震是个大问题，这里说的抗风、抗震不是强度问题，而是刚度问题。

也就说，在大风、大地震情况下，不是怕楼会倒，而是怕晃动太大，确切地说是怕晃动的加速度太大。

因而，《装配式钢结构建筑技术规范》GBT GBT51232—2016有关章节有如下内容的描述：

4.2.2装配式钢结构建筑应综合考虑钢结构的材料特点，满足防火、防腐、隔声、热工及楼盖舒适度等要求。

……

5 装配式钢结构应考虑楼盖的自振频率，楼盖舒适度应符合国家现行标准《混凝土结构设计规范》GB50010及《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3的规定。

……

5.2.8除门式刚架结构外，在风荷载或多遇地震标准值作用下，楼层层间最大水平位移与层高之比不宜大于 1/250（采用钢管混凝土柱时不宜大于1/300） ；同时，层间位移角不应大于围护系统的容许变形能力。装配式钢结构住宅风荷载作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比尚不应大于 1/300。

5.2.9高度不小于80m的装配式钢结构住宅以及高度不小于150m的其它装配式钢结构建筑应满足风振舒适度要求。在现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB5009规定的10年一遇的分荷载标准值作用下，结构顶点的顺风向和横风向振动最大加速度计算值不应大于表的限值。结构顶点的顺风向和横风向振动最大加速度，可按现行国家标准《建筑结构荷载规定》GB50009的有关规定计算，也可以通过风洞试验结果判断确定。计算时钢结构阻尼比宜取0.01~0.015。

……

这里所说的“楼盖舒适度”、“楼层层间最大水平位移与层高之比”、“风振舒适度”、 “结构顶点的顺风向和横风向振动最大加速度”等词汇都回避了一个敏感问题，即：高层钢结构建筑在风荷载作用下会有“晃动”，并且幅度较大，因而会带来二个影响高层钢结构住宅推广的，并且至关重要的问题：

■在风振作用下，居住在“晃动”的高层钢结构建筑里的“人”会有“眩晕感”；

■在风振作用下，“晃动”的高层钢结构建筑外墙（尤其是采用“砌块”或“条板”维护结构的外墙）会有“墙体开裂”问题。

高层钢结构建筑在风荷载作用下，“晃动”（并且会由此带来“眩晕感”和“墙体开裂”）的问题是一个摆在全球建筑界面前，并且急需赶快解决的问题。

当然，各种“幕墙”（玻璃幕墙、铝幕墙、轻钢复合幕墙、预制混凝土幕墙）都已经解决了高层钢结构建筑在风振作用下，“晃动”所带来的“墙体开裂”问题。

而高层钢结构建筑在风振作用下，“晃动”带来人的“眩晕感”问题也可以通过采用各种建筑材料“混合”使用的新型建筑结构体系（例如把混凝土结构、钢结构、木结构等混合起来使用）来解决。

不然全球就不会建造这么多高层和超高层建筑了！

（二）优势互补

根据密斯·凡·德·罗90多年前的建议，发展中国特色的高层装配式住宅就应该对混凝土、热轧钢材、冷轧钢材、各种轻质板材、各种保温材料、各种外饰材料的特点了如指掌。才能根据这些材料自身的特性，发挥各自的特长，研发出一套适合中国国情的各种建筑材料“混合”使用的新型建筑结构体系才是当务之急。

不论是动物，还是植物，包括人类，只有远亲杂交才能培育出优势品种。对于建筑也一样，只有混合结构才是最优结构。

1、钢筋混凝土核心筒

《装配式钢结构建筑技术规范》GB51232—2016，4.2.2规定：“装配式钢结构的防火性能应综合考虑钢结构的材料特点，满足防火、防腐、隔声、热工及楼盖舒适度等要求。”5.2.9规定：“高度不小于80m的装配式钢结构住宅以及高度不小于150m的其他装配式钢结构建筑应满足风振舒适度要求”。

这就可以考虑利用钢筋混凝土结构的耐火和舒适度性能优势，尤其是利用钢筋混凝土的耐火性能，建造逃生通道——电梯和楼梯间——核心筒。同时也可以适当提高高层钢结构建筑的风振舒适度。

所谓风振舒适度，就是说在大风情况下，高层钢结构住宅晃动太大，确切地说是晃动的加速度太大，居住在里面的人有眩晕感。

目前高层钢结构住宅难以推广的另外一个重要原因就是在大风情况下晃动和眩晕。

另外，晃动太大，高层钢结构住宅砌块围护墙体和条板围护墙体开裂也困扰着高层钢结构住宅建造商。

2、重钢框架体系

充分发挥钢结构的装配化优势，采用重钢建造主体框架。

3、冷轧轻钢复合外墙

多高层装配式住宅外墙围护体系的主要技术特征应该包括，但不局限于以下几条：

■预制（实现住宅产业化的必要条件）；

■轻质（预制装配式建筑的必要条件）；

■保温（节能、环保、绿色的充分条件）；

■美观（建筑美学的充分条件）；

■便宜（市场推广的充分条件）；

■安全（施工和使用的必要条件）。

冷轧轻钢复合外墙完全复合上述条件，所以在发达国家，不但钢结构建筑，即便是混凝土建筑、甚至木结构建筑都大量采用冷轧轻钢复合外墙。

因此，钢筋混凝土核心筒+重钢框架+冷轧轻钢复合外墙就成了高层钢结构住宅建筑体系的最佳匹配。

（三）规范是如何规定的？

在《装配式混凝土结构建筑技术规范》GB51231—2016，表5.1.2中，“装配整体式框架—现浇核心筒结构”是最优结构。难怪发达国家的高层建筑，尤其是高层钢结构建筑都喜欢采用“装配整体式框架—现浇核心筒结构”。

表5.1.2装配整体式结构房屋的最大适用高度（m）

结构类型	抗震设防烈度
	6度	7度	8度	9度
装配整体式框架结构	60	50	40	30
装配整体式框架—现浇剪力墙结构	130	120	100	80
装配整体式框架—现浇核心筒结构	140	120	100	80
装配整体式剪力墙结构	130（120）	110（100）	90（80）	70（60）
装配整体式部分框支剪力墙结构	110（100）	90（80）	70（60）	40（30）

但是在《装配式钢结构建筑技术规范》GB51232—2016，5.2.5规定：装配式钢结构建筑可根据建筑功能用途、建筑物高度以及抗震烈度等条件选择下列结构体系：

1、钢框架结构；

2、钢框架——支撑结构；

3、钢框架——延性墙板结构；

4、筒体结构；

5、巨型结构；

6、交错桁架结构；

7、门式钢架结构。

《装配式钢结构建筑技术规范》GB51232—2016根本就没有考虑“装配整体式框架—现浇核心筒结构”这种最优的，有利于提高抗震性能和风振舒适度的建筑结构。

难怪国内钢结构住宅研究领域和建筑实践从来就没有出现过“装配整体式框架—现浇核心筒结构”这种最优的，有利于提高抗震性能和风振舒适度的高层钢结构住宅体系。

（四）目前的困难

目前的难题是目前中国建筑界各种建筑结构体系之间互相轻视，互不买账。搞混凝土的坚决抵制和诋毁钢结构，搞钢结构的建筑抵制和诋毁混凝土结构，搞木结构的不但抵制和诋毁混凝土结构，也抵制和诋毁钢结构。三种结构（混凝土结构、钢结构、木结构）之间老死不相往来。

在中国想要搞成一本技术规范，需要协调各方（主要是材料制造商或供应商，以及高等院校、科研院所、大的设计院等）利益，谁都希望标准文本内容中能够让本企业（包括个人）的利益最大化。标准编制的主要难题不在标准的本身，而是难以协调各方利益，往往一拖数年，甚至10年以上。

光搞定一种材料，例如装配式混凝土结构建筑技术规范就已经非常困难了，要想搞定一个三种结构（混凝土结构、钢结构、木结构）混合而成的技术规范，估计比登天还要难！所以没有人敢于牵头去做这件吃力不讨好的事情。

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