钢结构和PC的项目我们都做了很多,我一直在思考一个问题,为什么PC发展两三年便突飞猛进,而钢结构我们推广二十年了,却感觉推得非常苦,非常累。

我们个人认为,PC实际上也促进了钢结构,当前国家大力推广装配式建筑,这其中就包含了钢结构,当前钢结构的发展实际上也受到了PC行业发展的推动,近年来不论是住建部还是国务院都提出要大力装配式建筑,这当然也就包含了钢结构。现在钢结构和PC可以说是兵合一处,将打一家,共同来推动中国装配式建筑的发展。

“三板”所存在的问题:

钢结构建筑发展的问题在于如何进入民用住宅领域,公共建筑领域钢结构已然发展得非常好了,我们的大型场馆基本上是钢结构一统天下,现在钢结构的桥梁也越来越多了,钢结构的优势就是大跨空间结构。而我们的民用住宅大多是小开间,三四米的宽度,使得我们的构件都非常的小,小梁、小柱结点非常多,而且不规则,成本无法和剪力墙结构相比,形不成价格优势,其中三板问题突出,即楼板、内墙板和外墙板。

首先是楼板问题。我们钢结构施工特别快,而现浇板施工特别慢,这就造成了施工效率不匹配的问题,就像用牛和马拉同一辆车,效率不匹配最后把牛拖死把马累死,都跑不快。过去很多钢结构建筑采用的现浇板的比较多,我也这样做过,因为那时压型钢板贵,不舍得用,成本也高。

其次是内墙板问题。钢结构比较柔,带来各种条板及砌块的裂缝问题,任何一个混凝土剪力墙结构的层间位移很容易达到千分之一,但是钢结构要达到五百分之一,用钢量就会大量提升,通常控制超过在三百五十分之一以上,是混凝土剪力墙结构的三分之一,钢材本身又容易变形,只要一发生变形,彻砖的内墙、桥板的内墙都会开裂,这是我们钢结构进入民用的一个痛点。当然也有板材自身开裂的因素。

第三是外墙板问题,是最复杂的一个问题,也是我们钢结构在民用建筑领域发展的最大阻碍点。我梳理了一下,外墙板有十二条指标:

①满足受力;②防开裂 ;③防漏水 ;④保温 ;⑤防火 ;⑥隔声 ;⑦防冷桥 ;⑧门窗复合 ;⑨外饰面复合 ;⑩方便制造;⑪方便施工 ;⑫成本控制。

这十二个指标很多是相互关联的,比如外墙板要抵抗重力,还要计算风荷载、材料内力,最重要的是温度用力,外墙特别是受光面每天的温差能达到50度,温度用力造成了外墙开裂,进而发生漏水,漏水一旦进去了很难排出,在北方还会冻融问题。

现在国家也在严格要求建筑节能,外墙的保温是必不可少的,而保温往往又与防火冲突,贴上保温就容易着火。老百姓为什么喜欢砖房,混凝土房?因为墙板可以蓄热,可以对房间的热量平衡有调结作用。门窗及外饰面的复合,还要方便制造和施工。当所有这些都满足了,这就是一块好墙了,我们还要考虑性价比问题,一平米几千块钱是用不起的,所以说要做一个成功的外墙这十二指标是缺一不可的。

“三板”问题的解决

针对三板问题,我们万斯达研发了许多新产品来解决。

首先是PK预应力混凝土叠合板来解决上述的楼板问题。这项技术至今已有15年,里面有周绪红院士、吴方伯教授等技术带头人的心血。

我们现在最新的PKⅢ型板由C40、C50混凝土底板,1570级消除应力钢丝和钢管混凝土桁架组成,底板厚度35mm 40mm,标准宽度0.5m 1.0m 1.5m 2.1m,长度2.1~9.0m,与现浇层共同作用形成叠合板。

PKⅢ型板上面的桁架上玄杆采用钢管充填沙浆制成,形成以较大的受压区,我们的楼板虽然很薄却有着较强的刚度。目前我们最长做到了12米长,可有效减少次梁的应用,大幅提升施工效率。

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PKⅢ型板

PKⅢ型板用钢量省,采用1570级消除应力钢丝,抗拉强度为三级钢的4.2倍,比其它叠合板用钢量节省,抗裂性能好。相比现在一般常的混凝土桁架叠合板,仅留一端胡子筋,与端部梁不干涉,安装方便也非常方便。单块板面积最大可达20平方米,重量轻仅为1.7吨,单板面积大, 板薄自重轻,无补空板,支撑少,使得施工效率高。

同时PKⅢ型板长线台生产、板标准化成度高、制造效率非常高。从钢筋下料、混凝土布料、起板、转运、清扫都高效运转。生产效率比混凝土桁架叠合板高,设备的投资也比较低。 

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▲ PKⅢ型板结构示意图

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▲ 办公楼PKIII型叠合板施工无支撑系统,普通钢筋桁架叠合板施工过程布满脚手架。

第二是内墙板。内墙板采用轻质内墙大板,解决墙板开裂问题。墙体和梁柱间预留合适的空隙,允许变形,空隙内柔性有防火隔音材料,外面是密封装饰条。梁柱变形时不会与墙体间产生挤压,这样内墙就不会开裂,墙反过来,也不会挤压梁柱。梁柱与墙作必要的拉结,既能变形,又不会脱开。

在墙体内有芯孔,可在墙内安装管线和管道。如果有较大吊挂承重要求,芯孔内可提前灌入混凝土。同时墙体表面光滑洁净,不用抹灰,方便室内装修,加快施工速度,减少施工占地,基本实现建筑墙体的工厂化生产。

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▲ 轻质内墙大板工厂内从生产线上下线

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▲ 轻质内墙大板工地上安装完成

第三是外墙板。外墙板采用外挂形式,不属于主体结构,但要做受力分析和设计。先说一下墙板和结构的关系。墙板与梁四点连接,下面两个支座承受重为,上面两个支座拉接。支座上设有机构,允许墙板平动或转动。墙板布置在梁柱外侧,形成外包墙形式。墙板可随结构一起变形,由于在外侧,不会挤压梁柱。依据变形量墙板之间预留有足够缝隙,变形时墙板之间不会互相挤压。地震时保护结构,也保护墙板。变形量考虑结构变形和温度形两者取大值。墙板与墙板接缝处构造防水、材料防水两种方式配合使用。

外墙板我们有两种,一种是 “三明治”外墙挂板,另一种是轻质外墙挂板。

第一种 “三明治”外墙挂板,也就是预制混凝土夹心保温外墙板。它有三层构造,两层混凝土夹一层保温,用保温连接件将这三层连起来,减少冷热桥,内层钢筋混凝土承重,外层钢筋混凝土是保温层的保护层,表面可以作装饰面,比如用胶模形成各种纹理或表面是彩色混凝土等。它是集承重、围护、保温、防水、防火等功能为一体的装配式预制构件。

预制混凝土夹心保温外墙板是预制构件中技术含量最高、工艺简化率最高的构件,与传统施工工艺相比,夹心保温外墙板具有明显的优势。不满意之处是对于我们钢结构来说就是自重大了一点。

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▲ 三明治外墙挂板工厂内从生产线上下线存放

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▲ 三明治外墙挂板工在地上安装

另一种轻质外墙挂板,特点是金属骨架和保温芯材通过断桥构造与内外装饰板复合为一体。重量轻,容重800kg/立方,仅为预制混凝土夹心复合外墙板的1/3;厚度薄,200毫米厚,比传统墙体和预制混凝土夹心复合外墙板都薄。在满足抵抗风荷载的情况下,刚度和重量比预制混凝土夹心复合外墙板的小,有利于抗震。除了减轻墙体自重还减轻了整个建筑物的结构自重,从而低了造价。

该项技术2013年初开始陆续获得了多项国检专利。使用该墙板的万斯达济阳工厂办公楼,2012年建成,已使用6年,效果良好。

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▲ 轻质外墙挂板在工厂内预拼装

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▲ 外墙采用轻质外墙挂板建筑建成实景

行业发展的几点思考:

1. 坚持系统化思考和无差错设计理念。装配式建筑容错率低,没有补救的机会,关键技术细节会造成重大的质量和安全事故,所以应该在设计源头上做好把控,做好技术前移,管理前置。

2. 大力推广EPC工程总承包模式。EPC模式可以减少各方的扯皮,降低工程造价,也能更好的促进科技进步,与国际接轨。

3. 装配式建筑应有丰富的建筑外立面。要大力推广装配式保温饰面一体化外墙板,国外有许多外型十分漂亮的外墙板应用,我们的装配式建筑也可以做得很美观。

4. 建筑产业转型中需要大量装配式专业人才。当前我们的行业正在快速发展,但在发展的同时,我们也要注意到未来行业的扩充和发展需要大量的人才来支撑,而我们高校课程设置几近空白,师资及教材匮乏,需要加紧人才培养,才能满足行业发展的需要。

5. 装配式钢结构建筑成本高吗?随着我国对于装配式的大力推广,规模扩大之后,装配式的成本必然会大幅下降,而施工周期短、劳动强度低、节能、环境等诸多优势正在慢慢体现。


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