[分享]钢结构建筑体系发展综述

2016年，国务院办公厅印发了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，《意见》提出，要以京津冀、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年左右的时间，使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%。

近几年，随着一批PC项目的实践，装配式混凝土结构受到结构工程师越来越多的质疑，并一度风传将会取消，究其原因，混凝土虽是现代建筑结构的主流，且早已形成一条完整的市场产业链，但其缺点是施工速度慢、施工现场乱、且经常伴随资源浪费。这些缺点即使在大力倡导装配式建筑的今天，想要完全解决也显得任重而道远，在大力倡导绿色建筑的今天，传统意义上的建筑类型显然不能满足绿色、环保发展的需要。

钢结构建筑相比较混凝土或者预制混凝土结构具有无与伦比的优势：首先是我国钢材产量丰富，钢材质量可靠，这为钢结构建筑提供了材料优势。其次，钢结构建筑标准化程度高，其自身的装配式属性使得其综合造价低，设计周期短，施工速度快，回收利用率高。再次，钢结构建筑能最大限度的满足绿色环保的要求，钢材本身就是一种环保材料，钢结构建筑无论从构件生产、加工到后期的现场安装都不会对自然环境造成损害。最后，钢结构住宅可更好的实现私人订制的要求，北美及欧洲地区的“住宅超市”现已相当成熟。

近年来，钢结构建筑已被建设部列为重点推广项目。建设部先后开展了30多项关于钢结构建筑的课题研究项目，兴建了许多试点工程。与此同时，许多高校和企业也纷纷加入到了钢结构建筑体系及关键技术的研究行列。

图1  享誉世界的鸟巢和央视大裤衩

在传统钢结构体系研究的基础上，国内的研究机构和众多学者开始尝试开发集成化程度更高、设计周期更短、可操作性更强的新型装配式钢结构体系。具有代表性的是以下五种：

该体系主要由钢结构立柱和一体化楼板组成，钢结构立柱与一体化楼板之间采用套筒+螺栓连接，立柱带有斜撑与楼板相连。其主要特色在于一体化楼板，楼板预先在工厂做好，在结构上将桁架梁融合在内，桁架梁很高，这样就保证了一体化楼板内有足够的空间可以将管道、电线等预先埋设其中。同时远大在设计时充分考虑车辆的运输宽度，楼板都是宽度不大而长度很长的细长条形。该体系不仅在传统钢结构体系基础上作了很大创新，最重要的是它大大提升了房屋营造速度，现场只需少量人力即可完成房屋建造，集成化程度相当高。

盒子型的优点：整体性强，可以最大限度的集成，甚至可以在房子中集成家具等物品，实现真正的拎包入住；其工业化程度高，结构密封性能好。缺点是运输较为困难；限于运输尺寸，不可能做的过大；适合三层以下，保证三层以上的多高层结构的安全性，有很多问题需要解决。

万科的装配式房屋的研究主要集中在混凝土结构中，他们提出了“主体和填充部品分离体系”，即所谓的“VSI体系”。万科完成的项目中多为装配式剪力墙结构，采用外墙预制，内墙现浇，连接部位现浇的模式。虽然万科开发的是装配式混凝土结构，但其体系的营造方式、施工现场管理方式等方面对于装配式钢结构体系的研发具有很好的借鉴意义。

该体系将房屋拆分成钢框架支撑系统和楼面系统两部分，其主要特点是密柱、梁贯通、柱梁铰接，水平力主要由柱间支撑承担，实现了标准化设计和高度装配化施工。该体系虽然还需要进一步的研究，但其新颖的形式或将成为我国装配式钢结构体系的一个重要分支，对研究装配式钢结构体系及其连接构造具有很好的借鉴意义。

交错桁架体系是20世纪60年代麻省理工学院开发的一种新型结构体系，主要应用于酒店、公寓等房间划分比较规则的建筑中，在美国和澳大利亚等国家已有很多应用。将其归为新型钢结构体系是因为这种体系在我国的应用还极少，还有很大的发展潜力。

虽然该体系在我国的应用很少，但很多学者都对其进行了研究并取得了丰富成果。目前我国已先后于2012年和2015年制定了两本相关的行业标准和技术规程。

交错桁架体系的优点很多，它是一种环保型绿色建筑，可工厂制作，现场安装，湿作业少。与普通钢结构相比，施工速度更快、工期短、综合效益好；且该体系抗侧性能优异，能够满足多、高层建筑的受力需求。

图12  某交错桁架建筑现场图