一首酥酥的歌帶你了解裝配式鋼結構

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鋼結構之歌-良光-單曲-酷我音樂-好音質用酷我

（PS. 我也不知道我怎麼會找到這麼酥麻魔性的歌曲，而且忍不住就會一起唱：

鋼結構建築伴我了二十年

框架堅固

一、你了解鋼結構么？

鋼結構是什麼？和其他的建築結構，比如最常見的混凝土結構有什麼區別呢？它有什麼優點呢？

鋼結構是主要由鋼製材料組成的結構。主要用於橋樑、建築、燈塔、船類等領域。除鋼結構以外，還有木結構、混凝土結構、磚混結構等結構等。鋼結構由型鋼和鋼板等製成的鋼樑、鋼柱、鋼桁架等構件組成，各構件或部件之間通常採用焊縫、螺栓或鉚釘連接。因其自重較輕，且施工簡便，特別適用於大型廠房、場館、超高層等領域。具體優點如下：

1）材料強度高，自身重量輕

鋼材強度較高，彈性模量也高。與混凝土和木材相比，其密度與屈服強度的比值相對較低，因而在同樣受力條件下鋼結構的構件截面小，自重輕，便於運輸和安裝，適於跨度大，高度高，承載重的結構。

2）鋼材韌性，塑性好，材質均勻，結構可靠性高

適於承受衝擊和動力荷載，具有良好的抗震性能。鋼材內部組織結構均勻，近於各向同性勻質體。鋼結構的實際工作性能比較符合計算理論。所以鋼結構可靠性高。

3）鋼結構製造安裝機械化程度高

鋼結構構件便於在工廠製造、工地拼裝。工廠機械化製造鋼結構構件成品精度高、生產效率高、工地拼裝速度快、工期短。鋼結構是工業化程度最高的一種結構。

4）鋼結構密封性能好

由於焊接結構可以做到完全密封，可以作成氣密性，水密性均很好的高壓容器，大型油池，壓力管道等。

5）鋼結構耐熱不耐火

當溫度在150℃以下時，鋼材性質變化很小。因而鋼結構適用於熱車間，但結構表面受150℃左右的熱輻射時，要採用隔熱板加以保護。溫度在300℃ -400℃時.鋼材強度和彈性模量均顯著下降，溫度在600℃左右時，鋼材的強度趨於零。在有特殊防火需求的建築中，鋼結構必須採用耐火材料加以保護以提高耐火等級。普通民用建築防火問題採用防火塗料即得以解決。

6）鋼結構耐腐蝕性差

特別是在潮濕和腐蝕性介質的環境中，容易鏽蝕。一般鋼結構要除銹、鍍鋅或塗料，且要定期維護。對處于海水中的海洋平台結構，需採用「鋅塊陽極保護」等特殊措施予以防腐蝕。普通民用建築防腐採用防腐塗料等措施可以避免。

7）低碳、節能、綠色環保，可重複利用

鋼結構建築拆除幾乎不會產生建築垃圾，鋼材可以回收再利用。

因此，鋼結構其實可以做到和混凝土結構等平時常見的建築結構完全一致的效果，且建造方便，低碳環保。

二、你知道最近很火的裝配式建築是什麼么？

政府紅利扶持的裝配式建築到底是什麼？有什麼優點呢？

裝配式建築是指用預製的構件在工地裝配而成的建築。其應包含兩部分：部品部件的工廠化生產、現場的裝配式施工；同時對房屋建造的各個環節都提出了要求，包涵集成化設計、工業化生產、裝配化施工和一體化裝修等方面，涉及行業領域包括建築設計、BIM、鋼結構、混凝土、裝修設計、裝修材料等。

裝配式建築具有綠色環保、建造速度快等多重優勢。裝配式建築的大量建築構件在工廠加工完成，因此裝配式建築是建築工業化生產方式中的一種手段，也是建築工業化的一個分支，具有多種優勢：

1）綠色環保，耗能減少：根據萬科的提供的數據，相較於傳統施工方式，工業化建造能夠降低50%左右的施工材料消耗，減少20%的用水量，減少80%的施工垃圾和二次裝修垃圾，能夠大幅節省能源消耗；並且，由於大部分工作在工廠完成，裝配式建築現場施工任務主要是吊裝，施工環境大大改善、建設過程中所產生的噪音和揚塵污染較少，具有綠色環保的特點。

2）質量更高：標準化、模塊化、集成化的設計從源頭上保證了建築產品的品質，工廠化製造讓產品誤差控制在毫米級，構件質量更精細，外保溫層更牢固，門窗周邊更嚴密，線管、末端更精確，廚衛防水更可靠。

3）節省工期，建造速度加快：裝配式建築用預製構件在工地裝配而成，因此受氣候條件制約小，建造速度快，相較普通建築施工方式可節省總工期超過100天。

4）節約勞動力成本：裝配式建築能夠減少單位工程的勞動力用量和勞動強度，並且縮短工期，總體上實現節約勞動力成本。

裝配式建築產業鏈是以建築實現的流程為主線的，更加強調設計、生產、施工一體化，總體來說，裝配式建築主要包括研發、設計、預製構件生產、裝配施工、維護監測等環節，以及運輸、銷售、運營等其他環節。

事實上，裝配式建築的主要工藝有預製混凝土(PC結構)、木結構以及鋼結構。

目前，木結構市場佔比較小，因此裝配式建築的技術路徑主要分為鋼結構和PC結構。

閱讀了前面對鋼結構和裝配式建築的介紹，我們很快可以發現，鋼結構自帶裝配式的屬性。

鋼結構設計中，其裝配式特徵如下：

1）流程精細化：前期技術策劃和預製構件加工圖設計，建設流程更全面、綜合、精細；

2）設計模數化：通過建築模數的控制可以實現建築、構件、部品之間的統一，進而實現標準化；

3）配合一體化：設計過程需要與各專業和構配件廠家充分配合、一體化協作，優化設計成果；

4）技術信息化：可採用BIM技術，提高預製構件設計完成度與精確度。

鋼結構構件生產：主要包括由型鋼和鋼板等製成的鋼樑、鋼柱、鋼桁架等構件組成，各構件或部件之間通常採用焊縫、螺栓或鉚釘連接。由BIM軟體深化三維建模，在工廠完成構件生產加工。

鋼結構裝配施工：在完成設計、構件生產製造之後，就可以將鋼構構件運至現場，進行裝配，對構件拼接要求較高。但由於製作加工的構件是由BIM軟體深化三維建模(Tekla軟體)得到，精度完全得到保證。

三、PC結構與鋼結構的差異是什麼呢？

根據上圖我們可以發現鋼結構相比PC結構很有優勢：

1) 按照國家規範，PC結構抗震設計強度為8級，而鋼結構的抗震強度為6-9級，抗震性能較優；

2) 長期來看鋼結構具有典型的工業特徵，具有良好的發展空間。

但歷史原因導致了PC結構佔比高於鋼結構：

1) 我國混凝土發展時間較長，行業熟悉混凝土生產工藝，而鋼結構發展時間較混凝土結構短，人才少，因此PC結構能簡單快速地適應政策對建築工業化的要求；

2) 鋼結構歷史上曾經價格過高，原材料中厚板的價格曾經為7000~8000元/噸，但是現如今價格已經低於4000元/噸，且從長期需求端來看鋼價維持高位的概率不高，鋼結構的價格劣勢消失。

這兩個歷史原因導致的鋼結構建築份額處於劣勢的狀態勢必會逐漸消失，其優勢凸顯。

如今，在歐美國家鋼結構建築佔比普遍在40%以上，我國則不到5%。

中國公路橋樑中鋼結構的不足1%，日本佔到41%，而美國佔到33%。

在國內，裝配式鋼結構依然有巨大市場。

四、裝配式鋼結構連接技術的突破

裝配式鋼結構節點連接需要用到單邊螺栓連接技術。

單邊螺栓（one-side bolt）可以實現單側安裝、單側擰緊功能，因而不需要額外加工安裝孔，能在不破壞鋼管其他部位的前提下，完成螺栓連接，既能規避國內螺栓所產生的問題，又能使焊接量儘可能減少，從而節省施工量和人工費，具有現場施工簡單方便、焊接量極小的特點。

同時，在一定條件下其力學性能可以做到與傳統高強度螺栓相媲美，非常適合應用於鋼管結構的連接中。

現有單邊螺栓最大尺寸可達M39，適用於結構工程領域，具有很大的應用前景。

單邊螺栓（one-side bolt）在國外又稱為blind bolt，而在國內常被譯作單向螺栓、單面螺栓、單面（向）鎖緊螺栓、單向自卡螺栓、盲孔螺栓、盲眼螺栓、暗螺栓等，本文統一用單邊螺栓進行表述。

為什麼要研發單邊螺栓？

主要原因是國外單邊螺栓產品價格昂貴，且不滿足我國規範要求。

國外單邊螺栓單價在252元人民幣左右，遠超同尺寸高強螺栓產品。

此外，抗震規範要求高強螺栓連接不得滑移，而國外單邊螺栓無法較好施加預緊力，即使施加上也不能保證預緊力不發生鬆弛。

所以就需要研發出滿足國內規範的可以實現無滑移的摩擦型單邊螺栓產品。

試驗表明，同濟大學自主研發的單邊螺栓產品，在安裝的時候可以施加預緊力。同時，樑柱節點能夠達到剛性節點的連接要求。

五、總結：

有了單邊螺栓的技術，配合裝配式鋼結構的多種優勢，相信以後鋼結構建築會越來越多地出現在我們的生活中。

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