装配式钢结构建筑体系及低能耗技术探索研究与应用

文／刘立东 北京蓝海创盈城镇建设开发有限责任公司 北京 100000

1、装配式钢结构体系的基本概述

1.1 装配式建筑体系概述及其应用中的优势探讨

目前装配式建筑体系已然成为建筑行业的重要建筑结构，所谓装配式建筑，主要是指通过标准化设计、工业化生产、智能化应用以及信息化管理等，并支持标准化部品部件的建筑。当前装配式建筑的发展史新型城镇化发展的必然需要，主要是由于装配式建筑能够最大化的节约资源，并能够提高建筑应用的质量安全水平，同时也能够帮助发展新产业，实现建筑行业的转型升级，因而装配式建筑体系也得到了更为广泛的推广。当前我国很多企业也开始将装配技术与低能耗技术进行了有效的结合，主要是在预制装配钢建筑体系中应用低能耗技术有着诸多方面的优势。首先通过BIM技术与绿色建筑相结合，能够有效的提升建造的能力，并有效的降低能耗，节省材料。第二则是更加重视建筑物整个过程中的节能减排，建筑体系中应当尽量减少使用高能耗的材料，从而实现节能减排的最终目的。最后则是开始引入太阳能等清洁能源的利用，由此可以帮助降低建筑系统的使用能耗。目前我国装配式建筑可以分为三类，即装配式木结构建筑体系、PC结构以及钢结构，这三类装配式建筑结构中以钢结构优点最为显著，其自身建筑强度高、抗震性能好、施工速度快，同时在使用的过程中也更为绿色环保，因而也得到了进一步的推广使用。

1.2 当前装配式钢结构建筑存在的问题分析研究

装配式钢结构建筑体系在应用的过程中取得了较好的效果，但由于其发展时间较短，在很多方面仍然存在着问题，例如钢结构体系很容易超出相关规定，也有些结构体系在应用时并未有效的发挥出钢结构的大跨度优势，以装配式钢结构为名，却仍是按照混凝土结构的基本思路进行建设的，这就导致投入使用后在结构性能方面并未有较好的改善。不仅如此，装配式钢结构建筑体系投资较高，需要很多专业设备进行建设，我国诸多企业还无法达到该水平，即不能实现装配式钢结构建筑应用的企业化。总体而言，当前装配式钢结构建筑和体系在实际应用发展的过程中存在的重要问题主要是，结构与体系不配套、部分构件的标准换成都较低以及过多的使用未经检验的新产品及新工艺，这些问题都是当前阻碍我国装配式钢结构建筑进一步发展的重要因素。

2、装配式钢结构建筑体系应用设计简要分析

2.1 全生命周期的节能减排住宅介绍

全生命周期住宅的概念是现代化发展不断加快下提出的，且是由日本最先提出的，该类住宅可以随着家庭在不同阶段的需求变化而发生改变，由此可以满足一个家庭在不同生命阶段的不同需求，因而将之称作是全生命周期住宅。当前全生命周期住宅建设的根本目的是提高住户的满意度及其对于住宅的适应性。不仅如此，全生命周期节能减排住宅还能够有效的提高建筑物的使用年限，实现节能减排的目的。在具体建设过程中，主要是应用一些新型材料，例如轻质的隔墙，由此可以实现住宅内部的大跨度空间，同时依据住户的人数来进行房间规模的设计，由此来满足不同阶段住户对于房屋的需求。全生命周期住宅在现代化发展过程中有着十分重要的意义，在进行设计的过程中，也意味着传统住宅的革新，可以利用模数化设计来有效的解决住宅结构工业化水平低的问题，如图1所示即为全生命周期住宅建筑不同模块和户型的组合图。

图1 不同模块和户型的组合图示

2.2 装配式SI体系简要分析

当前在装配式钢结构建筑体系的装修方面，主要是采用SI体系，SI体系是采用钢结构与内装修分离的形式，该体系能够有效的解决我国装配式建筑的一些问题，例如装修时敲击有空鼓声。所谓装配式SI体系，其最为重要的内容便是可以将住宅中的主体结构以及管线等填充体进行分析，且是依据这类结构的寿命进行的，装配式SI体系的应也能够有效的提高建筑物的使用寿命，并实现住宅的节能减排，因而有着实际的应用价值。如图2则为钢结构建筑SI结构的示意图。据当前的实际应用分析可知，钢结构与SI的契合度较好，钢结构的应用能够有效的实现建筑的大空间，这就为SI的实现创造了有利条件，同时钢结构施工的精度较高，对于部品的安装也有着很大的帮助。

图2 钢结构建筑SI结构示意图

3、装配式钢结构建筑维护体系及结构体系简要介绍

3.1 围护体系

围护体系主要是将当前较为成熟的围护技术进行有效的集成应用，将其集成在体系之中，往往包括以下几方面的技术，首先是墙体技术，墙体技术中节能围护体系采用多层次构造墙体，由此来实现节能降耗的目标，第二则是节能门窗技术，节能门窗技术的应用有效的减少了由于门窗损坏所带来的巨大损失，因而有效的节约了能源。

3.2 装配式内墙系统及节能外墙

图3 装配式围护结构示意图

所谓装配式内墙系统，主要是通过轻质石膏基砂浆预制墙板干挂在轻钢龙骨上所形成的复合型墙体，其建设过程中将管线置于强体之内，由此便实现了管线之间的分离，从而确保在敲击时不会出现空鼓声，该类内墙系统的应用不仅能够提高装配率，同时在构造方面也较为简单，目前依然可以实现产业化发展，因而发展前景较为广阔。除了装配式内墙系统之外，节能外墙也是重要的体系技术，节能外墙的围护体系采用了高效的装配技术，并通过多层次的构造墙体来实现节能降耗，节能外墙的设计有效的解决了冷桥效应，同时施工速度块，防火性能方面也较好，当前也有着较好的应用效果。

3.3 装配式建筑配套高效节能门窗

据分析可知，当前我国诸多建筑在不同部分的能耗方面，门窗的能耗最为严重，其能耗占据着建筑物总能耗的40%左右，由此可见，对于装配式建筑体系的研究而言，要想有效的降低建筑体系总能耗，必须从门窗入手进行研究，降低门窗的整体能耗对于建筑物整体的节能减排有着很大的帮助。目前我国很多企业也在尝试着对门窗的能耗进行研究，旨在不断提高门窗的节能系数，在此过程中，门窗的节能型也有了较大程度的提升，最为显著的如多层真空、断桥技术等都可以有效的提高门窗保温性能，从而实现门窗的节能。

3.4 竖向构件

由于装配式钢结构建筑体系可回收且能耗低，在实际使用过程中可以实现循环使用，因而也是当前较为重要的绿色建筑材料。在实际应用的过程中，为了有效的实现建筑的装配和工业化生产，确定并开始使用以下几种构件，并建立了适合于不同建筑功能的结构体系。例如壁式钢筋混凝土柱、高强度螺旋箍筋约束混凝土预制柱等，这些常用的钢结构装配式通用构件有着较好的应用效果。此外，高强度的螺旋箍筋较普通古今而言，预计可以解决一半左右的钢用量，实现了很好的节省材料的效果。目前高强度螺旋箍筋的应用也较为广泛，公共建筑中往往使用钢连梁来连接密柱核心筒-外框架结构以及高强度螺旋箍筋来约束混凝土预制柱与钢梁混合框架结构体系。

4、装配式钢结构建筑体系的智慧建造简要分析

4.1 BIM与绿色建筑结合技术分析

将BIM技术与绿色建筑进行有效的结合，很大程度上能够提高建造能力，其更为显著的特点则是在降低能耗以及节省材料方面。当前经过长期的研究实践总结出了新的数字化信息技术服务体，该体系为设计-施工-运营，全过程都是以数字化为基本需求，由此能够最大化的实现智慧建造。

4.2 装配式生产线介绍

一般而言，如果体系之中的核心技术较为完备，则其装配式钢结构生产线的设备规划以及选型方面都是较为严格的，整体的装配式生产线如下所示，配套围护产品生产线设备规划-加工、施工工艺标准以及后期产品的完善及研发，这全套的解决方案及技术服务都可以为装配式建筑提供相应的规划。

5、其他体系所配套的低能耗技术简要分析

5.1 高效照明技术简要介绍

目前我国多数的建筑物都还无法实现自然采光照明，而照明却是建筑设计中的重要内容，在此过程中要根据建筑物的不同应用场景来采取不同的照明方式。一般的，为了实现高效节能则采用荧光灯，办公室往往使用这类照明系统，而局部照明则使用LED等，并将照明箱的控制集中在分区智能控制，采用智能照明系统来有效的控制现场开关。

5.2 太阳能的利用分析

对于太阳能的利用而言，主要是利用该系统来为公共区域照明，这也是当前大多数建筑周边采用的体系，太阳能建筑体系的一体化有效的降低了造价成本。例如壁挂式太阳能光热系统可以为当地的居民提供热水，其不仅实现了建筑太阳能一体化，也能够美化建筑立面，对于我国建筑整体的低能耗技术研究发展都有着很大的帮助。

结语：

本文中就装配式钢结构建筑体系及低能耗技术进行了具体的分析研究，在此过程中，重点分析了装配式钢结构体系的智能建造以及该体系与低能耗技术的结合分析。当前改变传统建筑的生产方式，实现可持续发展已成为基本要求，因而装配式钢结构建筑成为绿色建筑的合理路径，需要进行更为深入的发展研究。