装配式钢结构建筑之装配式钢结构
2017-10-11 09:54:46

 2016 年9月国务院办公厅《关于大力发展装配式建筑的指导意见(国办发【2016】71号)》,发展装配式建筑已上升为国家战略。

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:
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。
钢结构至今迎来了三次春天。
第一次:1996年,我国粗钢产量1.09亿吨,居世界之首。1997年11月,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、大跨度空间钢结构、轻钢结构、住宅钢结构、混合结构。
第二次:2005年,发布《推行绿色建筑加快资源节约型社会建设》。口号是:绿色奥运、科技奥运、人文奥运。
第三次:2016年9月,国务院办公厅《关于大力发展装配式建筑的指导意见(国办发〔2016〕71号)》。发展装配式建筑已上升为国家战略。
先进国家公认钢结构 OK (钢结构的三大核心价值:最轻的结构、最短的工期和最好的延性)。为何我国推广钢结构建筑20多年,社会不认同,春天未来临。我国政府官员和专家应该问个为什么?
中国的工地焊接:难保证质量,工期长。  世界先进国家的工地螺栓接连:精度高,抗震性好。
可见,我国与世界先进国家工地安装的巨大差距,也说明我国全钢结构轻量化设计方面,也有巨大差距!
装配式钢结构建筑之装配式钢结构(Assemblage steel structure)是指钢构件制造(焊接等)工厂化,工地高强螺栓装配化——与规范提倡的可靠的连接方式(焊接、高强螺栓连接)不同。先进国家基本上实现了工地全高强螺栓(连接)装配式钢结构。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k来衡量。
当k≥80(焊接占20%)时,可视为装配式钢结构。勉强与世界先进国家的装配式钢结构概念接轨。
工地高强螺栓装配的优点(科学性)是:
①劳动强度比焊接小得多,质量保证、精度;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。
装配式的4个指标:
1 节约资源;
2 环保(减少污染);
3 效率;
4 质量保证。
我国钢结构发展与推广瓶颈
人员:①设计院里钢结构专业设计院(室)极少,高水平专业设计师奇缺,熟悉钢结构的结构总工、建筑师和设备师都十分缺乏。
②钢构企业里具有国际工程经验的专业工程技术人员和经营人员奇缺,高水平的焊工和自动化设备技术人员稀缺,详图设计和BIM应用人员的技术水平偏低,产业化工程技术人员和产业工人紧缺。
③专业的钢结构监理人员和检测人员不足。
技术:①钢材与结构体系:缺乏安全、舒适、经济的高性能结构体系;缺乏相应的技术标准支撑高性能钢材应用;缺乏高性能组合桥梁结构体系。
②围护结构与配套技术:钢结构住宅三板围护系统;钢结构防火、防腐、装饰一体化技术;裸露钢结构(自然显示 结构)防护体系。
工程建设技术:钢结构智能制造系统;全寿命周期的设计、施工、生产一体化技术;标准化、信息化、工业化融合技术;钢材标准和工程标准与国际对接。
市场与管理:①企业环节:钢材和钢结构产品结构不合理,低端产品产能过剩;生产效率和效益低下;资金压力和金融风险大;钢材、涂装、焊接质量亟待提高。
②市场环节:钢结构住宅市场、中小跨度桥梁市场、海外钢结构市场以及海洋工程、军工工程和农业工程市场。
③监管环节:钢结构制造行业定位与许可;钢结构产品质量监管与认证;产业化政策、法规、规范体系。
实现装配式钢结构必先进行钢结构轻量化设计
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,理论、理念创新极为重要。
 
 
英国伦敦碗和北京鸟巢设计容量均为8万人,其中北京鸟巢用钢量5.24万t,但英国伦敦碗用钢量仅1万t。
进行轻量化设计,政府必须改变设计和施工的收费机制:
目前,设计按总造价收费、施工按钢结构重量收费,间接鼓励笨重钢结构工程
设计收费:应引入功能、科技创新、绿色环保和省材机制;
施工收费:应引入施工难度和精度系数;改变招投标、评奖机制。全球钢结构无轻钢、重钢之分,轻钢、重钢是中国特色。
钢结构行业包括设计与施工(制造、安装),轻盈的钢结构必须从设计开始——设计是龙头。
沈祖炎院士在中国建筑金属结构协会、广东省空间结构学会主办的“影响中国——第二届中国钢结构产业高峰论坛”大会上作主题报告《必须还钢结构轻、快、好、省的本来面目》,严厉批评了国家体育场(鸟巢)、CCTV央视大楼、国家游泳馆(水立方)、深圳大运会体育场、合肥创新展示馆、广州歌剧院等11个大型钢结构工程。并严正指出“近年来涌现的与轻、快、好、省理念背道而驰的技术现状,令人担扰”。提出了:
1、钢结构行业包括设计和施工(制造与安装),设计是龙头。
2、提高钢结构施工的整体水平,实现钢结构品牌科学化——绿色、环保、持续发展。
3、政府应对钢结构产业的健康发展制定有效的规则和机制。
CCTV世界获奖
央视大楼2013年获得高层都市建筑学会(The Council on Tall Buildings and Urban Habitat,CTBUH)“最佳高层建筑奖”。
“最佳高层建筑”的评审标准:设计的可持续元素、创新科技、美化和清洁城市环境、提高城市与居民生活品质等。
雷姆.库哈斯和奥勒.舍仁设计师公布CCTV方案时,CCTV“正面O侧面S”的奇特扭曲造型疯狂,人们简直不敢相信建筑还可以这么做。CCTV是目前单体用钢量最多的钢结构工程,被中国钢结构建筑专家称为“世界级工程”。以下数字可谓惊人:
用钢量14.2万吨,其中,钢柱最重80吨。悬臂(67.165m~75.165m)重1.4万吨。钢构件4.2万多件,现场全焊接拼装。
评委会主席Jeanne Gang:“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”。
传统结构(如砖石、圬工结构等)的材料不均质且强度较低,结构分析方法较粗糙。结构尺寸大就是安全,我国工程界已深入人心,即认为安全与经济是矛盾的,如雄伟笨重的万里长城。
现代结构的结构哲理:少费多用——用最少的结构提供最大的结构承载能力。
① 使用轻质高强材料;
②  改进设计方法:有限单元法、结构稳定理论、结构减震控制理论和预应力理论等。
认为安全与经济是可以统一的。
海外项目的实施特点
1、结构设计、深化设计、材料采购、加工、运输、安装、技术服务一条龙的钢结构EPC模式。
2、不同的材料标准和检验、验收标准。
3、严格的结构设计,节点设计及详图设计审批管理。
4、螺栓连接节点在现场的普遍采用。
5、详尽而严密的ITP计划。
6、标准样品Mock-up制作。
7、外观AESS要求。
8、严格的构件基层处理和油漆表面及防火要求。
9、标准化的QA/QC流程管理和资格认证。
10、打包运输。
11、现场安全管理。
12、劳工出口和各地的政治、文化,宗教、生活差异。
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