装配式钢结构建筑之装配式钢结构
2017-04-20 09:40:14

一我国钢结构“春天”发展历程

1、1996年,我国粗钢产量1.09亿t,居世界之首(图1)。1997年,建设部发布《中国建筑技术政策(1996-2010)》,推广五种钢结构:高层钢结构、空间钢结构、轻钢结构、住宅钢结构和混合结构。1.jpg
 
中国钢产能12亿t~14亿t。2016年,我国钢产量8多亿t(以量取胜)。库存1.5亿t。日本钢产量1亿t/年。美国钢产0.8~1亿t/年。
2、2005年,发布《推行绿色建筑加快资源节约型社会建设》。2008年,第29届北京奥运会提出口号:绿色奥运、科技奥运、人文奥运。但鸟巢笨重,与绿色建筑相佐(节材、环保、持续发展)。图2所示鸟巢与伦敦碗的用钢量对比,前者工地全焊接,后者高强螺栓装配。
a)鸟巢(8万个座位,用钢5.24万t)
(第29届奥运会主场馆)
b)伦敦碗(8万个座位,用钢1万t[3][4])
(第30届伦敦奥运会主场馆)
图2鸟巢和伦敦碗用钢量对比
CCTV“正面O侧面S”的奇特扭曲造型疯狂(图3),获世界2013年高层都市建筑学会(TheCouncilonTallBuildingsandUrbanHabitat,CTBUH)颁发的“最佳高层建筑奖”[5]。
a)CCTV新电视(n=53,H=234m,2008年)用钢量:302kg/m2(maxQ=460)
b)美国世界贸易中心(n=110,H=416.138m,1973年)用钢量:186.6kg/m2(maxfy=700)
图3CCTV与世界贸易中心用钢量对比
评委会主席JeanneGang:“CCTV是那种无法被复制的建筑,无论在结构意义上,还是在无与伦比的造型上,它都是一个不可思议的成就。就如同埃菲尔铁塔。“CCTV在世界其他地方获准建造的可能性很小,因为不符合规范要求,而中国很愿意尝试,这也为千奇百怪的建筑设计创造了一种非常宽松的氛围[5](图3a)”。
3、2016年9月,国务院办公厅发布了《关于大力发展装配式建筑的指导意见(国办发〔2016〕71号)》,正式将发展装配式建筑上升为国家战略。
《指导意见》工作目标是:“以京津冀、长三角、珠三角三大城市群为重点推进地区,常住人口超过300万的其他城市为积极推进地区,其余城市为鼓励推进地区,因地制宜发展装配式混凝土结构、钢结构和现代木结构等装配式建筑。力争用10年左右(2025)的时间,使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%”。
发布“指导意见”的背景是:
①大气候:根据联合国(UN)2017年在纽约发布的《2017年世界经济形势与展望》报告,2016年世界经济增长速度估计仅为2.2%,全球投资步伐放慢:贸易增长疲弱;生产率增长缓慢;债务水平偏高。预计在2017年、2018年将只分别增长2.7%、2.9%。特朗普政府有关国际贸易非常保守,中国再以量取胜,几无可能。建筑业则是内需为主。②小气侯:中国的建筑市场经过30几年的野蛮发展后,现在后遗症已非常严重,再不调整可能会怪胎作怪,毒瘤发展,恶化发展。
由上可见,我国推广钢结构建筑20多年,社会对钢结构基本不认同(因为钢结构太笨重),“春天”未来临。希望这次推广装配式钢结构不要再停留在口号上,应该对装配式钢结构的含义有正确理解,对发展我国装配式钢结构,在工地为何要采用高强螺栓装配,工地焊接有什么问题,都能有一个科学的认识(图4)。
图4世界贸易中心轻量化设计指标,与三柱3层吊装单元工地高强螺栓装配
二、绿色建筑、装配式钢结构的前提是钢结构轻量化设计
实现绿色建筑、装配式钢结构建筑必先进行钢结构轻量化设计(高科技)。钢结构轻量化设计是硬道理(力学功底、结构理论),硬设计(只会熟练的使用设计软件,而不知其然)就是任性——笨重与怪异!
习主席说过,理论、理念创新极为重要。装配式钢结构的发展也需要创新理念。
装配式钢结构(Assemblagesteelstructure)是指钢构件制造(焊接等)工厂化(图5),工地高强螺栓装配化——与规范[1]提倡的可靠的连接方式(焊接、高强螺栓连接)不同[6]。
a)中国b)世界先进国家
(工地焊接:难保证质量、工期长)(工地螺栓接连:精度高、抗震好)
图5中国和世界先进国家对比
工地高强螺栓装配的优点(科学性)为:
①劳动强度比焊接小得多,质量、精度保证;无焊接变形
②施工快捷,工期短;特别是采用扭剪型螺栓
③中、小震时,螺栓可靠,大震时摩擦面滑动耗能,结构不倒。
在《2017中国钢结构发展高峰论坛》上李国强说[6]:我国钢结构建筑的现场焊接较多,更多的是螺栓和焊接并用。能不能把现场焊接都免掉,改为螺栓。
先进国家的装配式钢结构基本上实现了工地全高强螺栓(连接)装配式。结合中国目前钢结构的设计和施工水平,建议装配式钢结构用工地高强螺栓(连接)的装配率来衡量。作者建议:当装配率≥90时(焊接占10%),可视为装配式钢结构。勉强可与世界先进国家的装配式钢结构理念接轨。
参考文献
[1]中国建筑标准设计院,国家标准:装配式钢结构建筑技术规范
[2]岳清瑞,对我国钢结构发展瓶颈及对策的几点思考,钢构之窗,2016年第2期.
[3]薛素铎、李雄彦,2012伦敦奥运场馆结构体系概述,工业建筑,2012年增刊.
[4]王仕统、薛素铎、关富玲、陈务军、姜正荣、石开荣,现代屋盖钢结构分析与设计,中国建筑工业出版社,2014.4
[5]刘玉珠编译,世界高层都市建筑学会(CTBUH),2013年“最佳高层建筑奖”揭晓,钢结构进展与市场,2013年第6期
[6]金石,大处落墨,探讨突出问题的突破口,钢构之窗,2017年第3期
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