钢结构预制构件拼接建筑结构的应用和发展(1)

2013年9月9日

摘要

汶川地震震后重建过程中临时活动安置房的大量使用，让我们看到钢结构预制构件组装连接建筑结构的前景。钢结构预制构件组装连接建筑由于其优良的抗震性能和施工优势，必将成为新的建筑设计施工方向。

关键词

中国作为地震多发国家，建筑结构的抗震是一个重要的课题。汶川地震中大量框架结构校舍的倒塌，造成超过50万的儿童成为受灾主体。作为建筑行业的一份子，在积极救灾的同时，如何更好的提高建筑质量，增强建筑抗震能力，成为我们研究的课题。

在汶川地震中被广泛应用的临时活动安置房（或叫活动板房），如（图 1）所示，即为采用钢结构预制构件拼装连接建筑，因其良好的抗震性能和快捷的建造速度被广泛应用于灾区重建项目上。活动板房是一种以轻钢为骨架、以夹芯复合板为围护材料，以标准模数进行空间组合，构件采用螺栓连接，可方便快捷地进行组装和拆卸，实现了临时建筑的通用标准化、环保节能、快捷高效的建筑理念，使临建房屋进入一个工业化生产、可库存、可多次周转使用的定型房屋产品领域。因其为工业化生产以及采用标准标准化构件，从而具有通用性强、易拆装重组、建造速度快、周转次数多的特点。这种建筑目前已经大量用于野外作业的临时施工用房以及城市市政、商业及其他临时性用房。

汶川震后临时活动安置房

图 1 汶川震后临时活动安置房

我们是否可以将灾区校舍这种预制钢构件建筑推广到更多的建筑上呢？随着钢结构建筑的广泛应用，建筑钢结构设计的发展，我认为钢结构预制构件拼接结构体系完全可以运用于诸如多高层建筑等更多的具体工程实践。

1、钢结构预制构件拼接建筑结构简述

拼装连接建筑系统一般可由地基、结构、围护、空间分割，设备等组成。可有两种预制构件连接方案：

方案一建筑系统完全可以在各层的基础上，通过空间使用情况进行分格。将每格作为一个独立的由预制构件组成的吊装单元彼此相连，并与地基可靠连接。建筑工人在施工时，只需将一个个模块化的钢结构预制构件吊装单元由低到高如“堆积木”一般码放在指定位置，然后再用高强度螺栓将其同已布置好的钢结构柱网连接。只需对外立面进行涂料处理或装饰以幕墙（与常规建筑外墙相同）。其结构如图 2所示。

钢结构预制构件连接方案

图 2 钢结构预制构件连接方案

落成后的建筑物与普通建筑物并无二致。英国经济型连锁酒店巨头Travelodge集团正在伦敦建造全球第一家八层的可回收式酒店就采取了类似的方案：将一个个模块化的集装箱由低到高将其彼此拴住。然后装上门窗，稍作装饰和布置后，给大楼加“穿”上“外衣”。最后，只需对大楼的外立面稍加装饰，落成后的“集装箱酒店”外观上便与该集团其他330家普通酒店毫无二致。如图 3所示：

集装箱酒店

图 3 集装箱酒店

据估算，Travelodge集团以前一座拥有100套客房的普通酒店造价约为500万英镑，而“集装箱酒店”的造价则可减少10%。“集装箱酒店”还将工程周期缩短了约25%，专家指出，“集装箱酒店”有望引发一场“住宿革命”。比如，在某个大型节日或综合性运动会开幕时，可以为客人提供一个临时性酒店。一旦活动结束之后，又可以迅速将其拆除。

方案二建筑系统可以用一个个独立的预制构件，以钢结构框架为结构主体，各层楼板分段固定在钢结构的框架结构上。或者由建筑钢结构框架及与之牢固连接的受力幕墙形成框筒，与楼面内部承重用框架共同组成结构体系。如图 4所示：

钢结构预制构件连接方案

图 4 钢结构预制构件连接方案

建筑结构要承受水平荷载、竖向荷载和扭转力矩等多种力的作用，水平荷载作为高层建筑结构设计的决定因素，侧移成为控制指标。过大的结构侧移会使结构因P-Δ效应而产生较大的附加内力，同时结构过大侧向变形还导致隔墙、围护墙开裂，甚至造成电梯因轨道变形而不能正常运行。为了使预制钢结构构件组装式高层建筑能够适应各种自然条件及不同使用要求，在实际工程中组成这些结构的构件主要是以下三种基本形式：线性构件、平面构件和立体构件。这三类构件均可以做成预制构件，这样就给构件的生产提供的极强的可行性。结构体系的优良抗震能力更是可以更好的减少汶川校舍倒塌悲剧的发生。

现试以某学舍类多层建筑为例（该校舍为六层框架结构，屋面为玻璃采光顶，外墙围护结构为石材幕墙），简要介绍钢结构拼接建筑的结构概况：该钢结构拼接建筑采用钢框架体系（纯框架架构），框架的一般柱、梁，采用热轧或焊接宽翼缘H型钢，并使用强轴（较大惯性矩）对应于柱弯矩较大或计算长度较大的方向；根据“强连接、弱杆件”的耐震设计准则，框架节点采用“柱贯通型”，栓-焊混合连接，如图 5所示：

钢结构拼接建筑的结构概况

图 5 钢结构拼接建筑的结构概况