钢结构预制构件拼接建筑结构的应用和发展(完)

2013年9月9日

由预制的钢结构柱梁构件连接而成的承力结构框架作为建筑主体，围护部件（幕墙）牢固连接其上，与之合而为一，形成受力蒙皮结构，从而充分调动空间结构潜力，高效抗侧力。其屋面、幕墙节点如下图（图 6、图 7）所示:

玻璃面板与钢结构预制构件承力框架连接

图 6 玻璃面板与钢结构预制构件承力框架连接

幕墙板材与钢结构预制构件承力框架连接

图 7 幕墙板材与钢结构预制构件承力框架连接

钢结构预制构件拼接建筑的幕墙材料可根据建筑造价高低和外墙要求不同选用轻质混凝土板、金属板（或金属夹芯板）、石材、玻璃等各种建筑外墙防火装饰材料，从而形成各种效果和外观。在室内进行简单的装饰，即可交付使用。

普通建筑的幕墙，仅作为一种围护部件，起防风、防雨、隔热、防寒等防护作用，然后幕墙板材作为平面构件时具有很强的抗剪能力。钢结构预制构件拼接结构的幕墙，可辅助承受楼层水平剪力，又可辅助承担预制构件钢结构框架在倾覆力矩作用下引起的竖向剪力，故而兼有防护和承力两种功能。同时钢结构预制构件作为承力框架，从而进一步节省了钢结构预制构件的截面尺寸，降低了建造成本；更可以直接将幕墙板材固定在钢结构预制构件上，在工厂即可实现幕墙单元拼装，现场只需吊装及简单的连接即可，减少了幕墙现场施工量，降低了幕墙施工成本，提高了幕墙施工速度和施工质量。

2、综合性能

2.1 优良的抗震能力

1）钢框架允许梁-柱节点域的板件能产生一定量的剪切屈服变形，从而提高整个框架的延性，钢框架的“强柱弱梁”、“强焊弱钢”、“强节弱杆”设计更有利于提高框架的防倒塌能力和整个构件的延性。

2）预制钢构件的连接更是增加了结构的超静定次数，从而增多了塑性铰的形成数量，构成多道抗震防线，不仅提高了结构的抗震可靠度，更延长了结构进入倒塌的过程。即使是纯框架结构（类似于汶川校舍建筑）之类的楼房，也能大大提高其抗震能力。

2.2 施工方便工期短

预制钢结构构件组装式高楼，由各个预制构件组成，各构件均为工厂内完成，工业化程度高，现场大量减少了混凝土的使用，钢结构预制构件和幕墙板块可以直接在工程中根据层高制成吊装单元，工人只需进行吊装和各单元组件的连接操作。大大缩短了施工工期，施工速度快；尤其是在灾后重建工作中，具有极大的建造速度优势。

2.3 自重轻

采用预制钢结构构件的高楼，自重可参考钢结构高楼自重，约为8〜11KN/m³，要比钢筋混凝土高楼的自重（约为15〜18KN/m³）减轻40%。建筑自重减轻，使得地震作用（FEK=βEαMAXG）进一步变小，使构件内力减小。同时上部结构减轻40%，可以使基础造价出现较大幅度的降低。

2.4 结构面积小

由于钢结构强度高，钢结构受力构件截面仅为钢筋混凝土的1/3。可增加建筑有效使用面积。

2.5 降低层高

高层建筑内部管道较多，混凝土梁一般不能开洞，管道只能从梁下通过，而预制钢结构构件组装式高层建筑，由于大量采用允许在腹板上开洞的钢结构梁柱，层高得以降低。在建筑总高度相同的情况下，可以多出两三层的建筑面积。

2.6 防火

临时安置房（活动板房）由于承力框架采用薄壁轻钢结构，并采用夹心符合板材作为围护结构，故而在防火处理上有较大的隐患，而钢结构预制拼接结构以进行过防火涂料处理的实腹式或格构式构件为主要承力构件，外墙围护更是以施工技术比较成熟的幕墙干挂为主，也考虑了防火要求。整体结构均可达到国家相关规范要求。

2.7 造型

由于钢结构构件具有强度高，重量轻的特点，可以做成跨度较大的结构；同时钢结构预制构件在工厂制成，便于机械化制造，更容易做成各种空间造型。

2.8 节能

由于钢结构预制构件全部在工厂制作完成，精度较高，同时在工厂制成吊装单元，组装方式灵活，可以较好地将节能材料固定于钢结构预制构件上，从而改善围护结构的热工性能，提高钢结构预制构件拼装框架的密闭性能，减少传热损失和空气渗透耗热量。

2.9 维修

钢结构预制构件全部采用工厂标准化生产，且构件单元之间采用拼接，在结构遭受地震等不可抗因素而出现问题的时候，可直接进行更换或返修，十分方便。

3、综述

在最近的几十年里，各行各业的制造方法都有了重大改进，逐步采用半自动化乃至自动化的制造工艺，以较低的成本获得更高的质量。而建筑施工工艺改进却微乎其微工人素质均有一定的要求，建筑质量受人为影响较大，同时建筑耗费较大，建筑垃圾较多，施工周期较长，施工质量容易出现隐患；而采取预制钢结构构件组装施工，更多的采取了工业化生产，施工周期短，现场施工简洁方便，施工质量也更容易保证。

随着我们经济建设的快速发展，尽管钢筋混凝土结构由于造价较低仍为建筑的主要结构类型，但随着钢结构设计和制造技术的进步，二者造价上的差距日渐缩小。加之钢结构构件的材料强度高，构件截面尺寸小，使建筑有效使用面积相对增大，增加了建筑的经济效益；钢结构构件的工业化生产，使其建造速度高于钢筋混凝土结构，建筑的提前投入使用又增加建筑的收益，同时高层建筑特别是超高层建筑，基础费用约占总造价的1/3，钢结构由于自重轻，使基础费用较大幅度的降低，特别是沿海一带的深厚软土地区，经济效益更加显著。

调查资料表明，钢结构的破坏率和震害程度均低于钢筋混凝土结构，而且钢结构拼接建筑完全由预制构件构成，其震后的修复工作也简单、快捷。

综上所述，钢结构预制构件拼接结构体系完全可以运用于具体工程实践，而其优良的抗震能力更是值得在四川等地震多发地带广泛推广，从而减少类似汶川地震中，校舍倒塌悲剧的发生和人员的伤亡。