我国装配式钢结构应用现状分析

叶蛟龙，范瑞凯

（1.中建三局绿色产业投资有限公司，武汉 430058；2.武汉科技大学城市建设学院，武汉 430065）

1 引言

装配式钢结构也被称为集成钢结构【1】，是一种由多个模块组成并集绿色规划设计、绿色建筑材料、绿色现场施工等于一体的新型结构体系。其施工过程是先在工厂中对不同模块构件进行标准化加工制作，然后将各个制作完成的模块统一运送到施工现场，最后利用高强螺栓将不同的模块进行快速拼接装配，形成一个整体结构【2】。我国装配式钢结构相较于欧洲起步较晚，但在国家政策的支持下得到了迅速的发展。目前，装配式钢结构在我国建筑中已经占据了重要位置。使用钢结构不仅有利于节能减排，还能促进我国建筑行业的可持续发展【3】。

2 装配式钢结构的优势及应用特征

2.1 装配式钢结构的优势

装配式钢结构是指建筑结构由钢构件构成的装配式建筑，而装配式钢结构建筑必须是钢结构、围护系统、设备与管线系统、内装系统的和谐统一【4】。

装配式钢结构相比于装配式混凝土具有以下优势：（1）无现场现浇节点，更能保障施工质量；（2）钢材是延性材料，自重较轻，抗震性能更好；（3）钢结构质量比混凝土轻、能有效减轻自重；（4）钢材可被回收，可重复利用；（5）在装配式钢结构住宅的设计和施工方案得到保证的前提下，相较于装配式混凝土更经济。（6）装配式钢结构梁柱截面小，空间利用率高。

装配式钢结构相对于传统钢结构具有以下优点：（1）绿色施工，无建筑垃圾；（2）装配迅速，工期短，节省成本；（3）梁柱节点刚度控制灵活，延性好；（4）设计、生产、装修和管理更加科学和高效【5】。

2.2 装配式钢结构的应用特征

近年来，装配式钢结构在我国得到了广泛的应用。从应用过程中可得到装配式钢结构的3 个基本应用特征：（1）建设周期短。在现代化工程设计软件和高精度的数控机床的计算和控制下，构件设计更加合理，施工更加科学，在保证精确度的前提下可有效缩短工期。（2）工业化程度加深。装配式钢结构的构件是预先在工厂中制造，然后运往现场进行组装，使得各个流程衔接紧密，大大提高了工程建设的工业化程度。（3）效益明显。一方面，极大地缩减了建设施工的材料，并在保证施工周期的同时，实现成本的合理控制；另一方面，装配式钢结构具有较高的刚度和抗压性能，可在提升工程质量的同时，保障工程的耐久性。

3 装配式钢结构梁柱节点总结

3.1 传统梁柱刚性连接节点

传统的钢结构梁柱节点（见图1）通常是采用焊接的方式。按照焊接形式的不同可以分为3 类：全焊接节点、栓焊混合节点和全栓接节点。在这3 种连接方式中，全焊接节点和栓焊混合节点的质量容易受焊接工人的技术水平和焊接环境的影响，焊接质量不稳定，难以控制。全栓接节点费工费料，在实际工程中基本不被采用。

图1 传统梁柱刚性连接节点

3.2 外套筒式梁柱连接节点

外套筒式梁柱连接节点（见图2）是在方钢管柱的外壁放置外套筒，然后利用高强螺栓和T 型件将其与钢梁连接为整体。这种节点采用全螺旋式连接，施工速度较快。但该节点在工厂加工时，需要在钢管柱及外套筒上开个用于螺栓安装的手孔，现场拼装完成后进行手孔补焊，施工较为复杂。

3.3 内套筒装配式梁柱连接节点

图2 外套筒式梁柱连接节点

内套筒装配式梁柱连接节点（见图3）是将套筒设置在钢柱的内侧，然后利用高强螺栓和T 型件将其与钢梁进行连接。但为了避免在钢管柱上开设螺栓安装手孔，采用对拉螺栓完成上柱、套筒及T 型件的连接，提高了节点的装配化施工程度。

图3 内套筒装配式梁柱连接节点

3.4 悬臂短梁式装配式梁柱连接节点

悬臂短梁式装配式梁柱连接节点（见图4）是先在工厂内将悬臂梁段与柱焊接在一起，然后再利用螺栓对梁与悬臂梁段进行连接。该梁柱节点改善了梁柱交接处的焊接质量，将梁柱连接由梁端移向梁段上，结构合理、传力明确、现场无焊接、安全性好、可提高安装效率。

图4 悬臂短梁式装配式梁柱连接节点

4 装配式钢结构抗震性能研究现状

装配式钢结构作为一种新兴的建筑体系，近年来得到了迅速发展，各种新型装配式钢结构体系也是层出不穷。目前对这些新型的钢结构体系进行了数值模拟和大型足尺模型试验。

王化杰等【6】对其设计的7 层标准户型的装配式箱体模块住宅结构进行了数值模拟，结果表明：节点刚接能有效提高抗侧刚度。刘学春等【7】针对远大S30 装配式斜支撑钢框架结构体系进行了数值模拟，模拟结果表明：轻型钢楼梯对整体刚度的影响极小。

伍云天等【8】进行了大比例装配式钢梁－预制混凝土柱－基础组合框架子结构试件的低周往复加载试验。试验表明：装配式钢梁－预制柱组合框架结构的强度等均能够满足抗震规范的要求。刘学春等进行单层双跨足尺模型试验，结果表明：破坏模式符合强柱弱梁的抗震原则，结构抗侧刚度较大，但延性较差。

目前，由于受到试验条件的限制，装配式钢结构整体抗震性能试验的开展存在不足。但最近新兴的实时混合模拟（Real-Time Hybrid Simulation，RTHS）技术可在一定程度上解决上述情况。RTHS 技术可以较为准确地获得结构整体和局部的地震反应性态，并为分析、设计提供依据。

5 结语

综上所述，装配式钢结构具有绿色环保、施工迅速、工期短、抗震性能良好等优点。随着装配式钢结构体系的成熟，我国建筑行业转型和发展的速度也会得到大大提升。