渠天亮 郭毅敏 赵新平

1.装配式钢结构建筑的基本特征

装配式钢结构建筑主要是将分阶段施工方式替换为全盘统筹设计施工形式，以及将现场施工协调指导替换为信息智能化管理模式，最为明显的特征是用标准化部件取代了现场浇筑制作部件，由此形成的绿色建筑工程结构具有以下特征：（1）标准化和工业化的设计形式。在施工设计和整体分析过程中，要结合钢构件的制作吊装运输要求，充分发挥出构件材料的性能优势，促使构件参数、建筑功能等诸多方面达到施工标准要求，并且标准构件与组件的施工重复利用率较高，可以有效地减少废弃模板，提高建筑工程的绿色环保效果。（2）装配式建筑施工和一体化工程装修。装配式钢结构在建筑工程施工中的应用，有利于提高工程施工质量，减少现场湿作业，降低工程施工对劳动力的需求，并通过对施工工序进行优化，降低废弃物的产生时间和工程的施工周期。（3）信息化管理与智能化管理模式的应用。构件在工厂中加工制作时需要为工作人员营造良好的工作环境氛围，再加上加工作业和质量检查等环节都需要大量的工作人员，良好的工作环境氛围可以降低人员不确定性风险事故的发生[1]。此外，施工现场的钢结构构件安装施工主要是以运输安装为主，这就会减少大量的施工作业用人，提高施工安全管理规章制度的贯彻效率。

2.装配式钢结构建筑体系的研究

2.1 维护体系的创新

装配式钢结构体系是新型的建筑施工形式，为了保证装配式钢结构建筑体系的快速发展，装配式钢结构的安装施工人员要在常规建筑体系的基础上，改进原有的建筑结构体系，加强建筑结构体系的创新和完善。在具体的建筑结构施工中，设计人员要充分利用先进的设计理念，明确建筑项目工程的装饰装修特点，保证建筑工程内部与外部的协调。而且，设计人员要全面了解建筑工程结构的各项功能，结合建筑结构的基本特点，加强建筑工程主体的设计，保证结构尺寸参数的合理性，做好钢结构体系的科学布置。

2.2 建筑体系的模块化

装配式钢结构体系具有明显的模块化特征，该结构在建筑工程中应用可以对建筑结构进行灵活地拼装和拆卸。活动性板房和模块化房屋的建设主要是利用轻钢结构或者薄壁型钢结构进行安装施工，有利于提高钢结构材料的防火特性，保证建筑工程的实际防火效果。

2.3 住宅体系的工业化

常规形式的钢结构框架体系在建筑工程施工中应用时，梁柱结构施工问题较为常见[2]。基于此，在建筑行业快速发展过程中，为了打造工业化的建筑住宅体系，要注重与建筑工程结构特点的关联。从实践角度出发，钢管组合体系的施工应用效果更佳。在建筑钢结构体系的应用过程中，利用模数化的钢管构件进行施工，主要是将钢管采用并排连接的方式形成钢管束，有利于提高建筑工程结构稳定性和质量。

3.装配式钢结构建筑体系的应用

3.1 装配式钢结构体系的发展历程

由于装配式钢结构具有降低环境污染、加快施工速度、减轻劳动强度等施工优势，在建筑行业内得以广泛应用，形成了装配式住宅。这种建筑形式诞生于20 世纪初期，并在二战后得以发展。20 世纪50 年代，欧洲因二战原因受到了严重的创伤，急需重新建设大量的房屋住宅。基于此，欧洲采用了工业化方式进行建设，并借此形成了完整且标准的住宅体系。法国是世界上最早推行建筑工业化发展的国家，在50 年代到70 年代这段时期，法国形成了全装配化大板和工具式模板现浇的工业化生产体系[3]。法国的工业化装配式建筑主要是利用干式连接方式，将预应力混凝土框架结构进行连接施工，整体的工业化建设发展程度达到了80%。德国在建筑行业工业化发展过程中，主要是利用钢筋混凝土框架剪力墙结构，且相关构件需要在工厂内进行预制化加工生产。德国住宅产业化发展契机也是在二战之后，经过几十年的发展，目前德国住宅产业化技术已经发展得相当成熟。法国、德国等国家的装配式钢结构建筑已经具有几十年的发展历史，在相关技术应用方面较为成熟。但其主要是低层结构住宅，施工所用的装配式钢结构是轻钢结构，尤其是冷弯薄壁型钢材质的应用较为广泛，很少在高层建筑中应用装配式结构。而我国的装配式钢结构发展起步较晚，但在国家的大力支持下，许多企业和高等院校以及科研院所都开始了这方面的研究，并取得了显著的成绩，在北京、上海、天津等地还兴建了钢结构住宅示范点[4]。

3.2 装配式钢结构中柱的连接节点

低层装配式钢结构主要是轻钢型龙骨结构，是利用热浸锌薄壁钢板制作而成，并采用普通螺栓进行连接。为了实现结构的等强连接，需要在普通钢结构柱之间采用焊接方式进行连接，主要是因为焊接连接方式的实际强度是行业内部公认的，具有较高的安全性。但是，在美国和日本的地震灾害中，这种焊接连接方式都遭受了严重的损坏，这也充分地暴露出焊接连接方式存在的不足。实际上，焊接连接方式具有较高焊接的残余应力和热影响区，在地震条件的作用下会出现脆性断裂问题，导致房屋建筑结构存在较大的安全风险隐患，尤其是在低温环境下进行焊接连接，其连接位置的脆性更大。再加上利用焊接方式进行钢结构构件的连接，其整体的焊接施工速度较慢，且焊工的技术水平、施工条件等因素都会影响连接焊接的施工质量，无法做好施工质量的管理控制。所以，在工程焊接施工验收过程中，需要依靠第三方检测单位进行验收[5]。

3.3 装配式钢结构中梁柱的连接节点

按照钢结构构件的连接刚度性，可以将梁柱之间的连接方式分为刚性连接方式、半刚性连接方式、铰接方式。而按照连接措施可以将梁柱之间的连接方式分为全焊接连接方式、栓焊混合连接方式、全螺栓连接方式。其中，多高层钢结构的梁柱连接方式可以采用刚性连接方式，利用梁翼缘与腹板进行全部焊接，或者翼缘焊接和腹板螺栓连接，以及翼缘与腹板都采用螺栓连接方式。全焊连接方式能够实现钢结构的等强刚性连接，但由于工地焊接施工的工作量较大，且受到诸多因素的影响，无法对施工质量进行控制，这就会导致焊接施工存在诸多的质量问题。再加上焊接残余的应力较大，实际焊接施工难度较大，且施工质量的检测费用较高，所以在钢结构的梁柱连接过程中，是不宜采用现场焊接方式的。栓焊混合连接方式的应用，不仅因其施工较为方便，还因其能够保证焊接强度达到全焊连接方式的焊接强度。在美国和日本地震发生之后，尽管钢结构具有较高的强度以及良好的塑性和韧性，仍旧会在强震的影响作用下使得部分钢结构梁柱节点出现脆性破坏，其破坏位置主要是在梁下翼缘和柱的焊接缝位置。这也充分地暴露出钢结构采用焊接连接方式所存在的不足之处[6]。

因此，为了提高装配式钢结构构件之间的安装速度，保证其连接安装的施工质量，需要针对梁柱节点采用螺栓连接方式。虽然，这种螺栓连接方式的节点要比焊接节点存在的螺栓数目更多，且实际的节点较大，但其综合经济成本会略低于现场焊接费用。梁柱全螺栓连接方式能够实现刚性连接和半刚性连接，其中刚性连接方式的计算分析较为简单，实际应用较为普遍，但其连接应用过程中的螺栓数目较多。而半刚性连接方式的实际耗能能力更好，且螺栓的使用数量较小，具有较大的经济性，但其实际的计算分析过程较为复杂。这两种连接方式都可以应用到地震多发情况下装配式多高层钢结构建筑的施工中。

3.4 支撑与框架两者间的连接节点

随着建筑结构建设层数的不断提高，纯框架结构的经济性越来越低。而中心支撑框架结构和偏心支撑框架结构具有更高经济性，但这种结构形式的支撑受力较大。针对装配式钢结构而言，支撑与框架两者间的连接方式，也多采用全螺栓的连接方式，便于施工单位在施工现场进行装配施工以及在震后恢复过程中进行更换修复。支撑框架体系的节点设计通常采用板式连接节点，将支撑与梁柱进行连接，增加结构连接的稳定性[7]。

4.结语

综上所述，在节能减排理念的贯彻落实过程中，发展绿色建筑产业，为建筑装配式钢结构的施工应用提供了广泛的发展空间。相较于传统的建筑工程施工方式，装配式建筑工程结构具有明显的施工应用优势，有利于提高建筑钢结构的稳定性和质量，增加房屋建筑工程的使用效果，帮助建筑企业在社会建设发展过程中树立起良好的社会企业形象，更好地满足当前行业市场的发展需求，扩大企业的社会影响力。