《装配式钢结构在教育建筑中的应用》
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【摘 要】本文通过对滕州市首例装配式钢结构教学楼工程的应用分析,总结装配式钢结构在教育建筑中的利与弊,同时对装配式钢结构体系的应用提出个人建议,其中困惑也期望权威专家指点解惑,为装配式钢结构建筑的推广应用尽自己绵薄之力.
【关键词】教育建筑;装配式钢结构;装配式建筑;模数化;工业化;多快好省
当前,借着国家政策利好的东风,装配式建筑在全国各地落地开花.其中,装配式混凝土结构应用多,装配式钢结构应用少;装配式钢结构在公共建筑中应用多,住宅领域应用寥寥.对于教育类建筑而言,布局的模数化、规则性,以及设备的集成化是其主要特征,因此,装配式钢结构体系是能适应教育建筑的.本文通过滕州市首例装配式钢结构教学楼工程案例,客观分析了装配式钢结构在教育类建筑中的利与弊.我国装配式建筑技术体系仍不完备,面临着成本、人才、技术等方面的挑战,只有技术改进,扬长避短,积极稳妥的促进装配式建筑发展,才能真正实现所谓的“多快好省”.
1.政策扶持
2017年,随着《国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》、国务院《关于大力发展装配式建筑的指导意见》（国办发[2016]71号）的颁布,装配式建筑进入高速发展阶段.
装配式建筑在国内应用历史已久,近年来国家政策利好,相关标准相继出台,为其推广奠定了坚实的理论基础.然而现状却出现了两个极端状况：装配式混凝土结构应用多,装配式钢结构应用少;装配式钢结构在公共建筑中应用多;住宅领域应用寥寥.近年来,我国成为世界钢材产量大国,国家经济调整中产能严重过剩的问题颇为突出. 据2015年调查数据显示：我国钢结构建筑占新建比例不足5%,远远低于发达国家.装配式钢结构建筑是装配式建筑的重要组成部分,发展装配式钢结构建筑在一定程度上可化解钢铁产能过剩、促进建筑产业的转型升级.因此,大力推广装配式钢结构建筑,具有长效环境效益、社会效益和经济效益.
2017年,山东省人民政府发布鲁政办发〔2017〕28号文,为深入贯彻《国务院关于大力发展装配式建筑的指导意见》（国办发〔2016〕71号）,从发展目标、重点任务、支持政策、保障措施四个层面提出了明确而详实的指导准则.意见指出：2017年,全省设区城市规划区内新建公共租赁住房、棚户区改造安置住房等项目全面实施装配式建造,政府投资工程应使用装配式技术进行建设,装配式建筑占新建建筑面积比例达到10%左右;到2020年,建立健全适应装配式建筑发展的技术、标准和监管体系,济南、青岛市装配式建筑占新建建筑比例达到30%以上,其他设区城市和县（市）分别达到25%、15%以上;到2025年,全省装配式建筑占新建建筑比例达到40%以上,形成一批以优势企业为核心、涵盖全产业链的装配式建筑产业集群.
山东省装配式建筑的春天来到了！
2.技术层面
什么是装配式建筑?
通俗地说：装配式建筑就是建造房子需要的柱、梁、板、墙等构件在工厂里生产,然后运输到施工现场,像搭积木一样搭建房子.
规范言之：装配式建筑是一个系统工程,包括结构系统、设备与管线系统、护系统、内装系统四大系统,是将预制部品部件在工地可靠、高效装配并做到主体结构、机电装修、建筑围护一体化,实现以规模化工厂生产代替劳动密集型的手工生产方式,以工业化部品部件现场装配代替现场湿作业施工的建筑.
装配式建筑有几个方面的特点：建筑体系化、设计标准化、生产工厂化、施工装配化、装修部品化和管理信息化.根据结构主材不同,分为装配式混凝土结构体系、装配式钢结构体系、装配式木结构体系.
什么是装配式钢结构建筑?
所谓装配式钢结构建筑,是建筑的结构系统由钢部（构）件构成,在施工现场通过组装和连接而成的建筑.钢结构本身具有重量轻,成本低,造型美观,节能环保等优势,加上装配式的节省模板和缩短工期,优势就更加突出,而相对于装配式混凝土建筑而言,装配式钢结构建筑具有以下优点：
（1）抗震性能好,使用安全：钢结构是弹性材料,强度高延性好.同样的结构形式,钢结构梁柱截面小,结构自重轻,具有更好的抗震性能;1985年墨西哥8.大地震钢结构建筑的倒塌比例远低于混凝土建筑.1995年日本7.阪神大地震的震害统计也显示了同样的结果.
（2）工期加快,影响降低：装配式钢结构框架梁柱现场拼装,楼板多采用装配式钢筋桁架自承式楼板,即可承重当作底模,又节省了传统脚手架体系的材料成本和空间成本.可同时多层施工,也可主体、内装同步施工,实现立体交叉作业,施工速度更快,比传统建筑节省建筑工期.（由于大量的墙板及预制叠合板都在工厂模台生产,表面平整度极高,甚至省去了砌筑和抹灰工序,大大缩短了整体工期）
（3）作业安全,施工误差低：装配式钢结构部件采用了工厂高精度加工生产 ,由高科技生产设备把控,最大程度降低混凝土浇筑的人为误差,使建筑质量更有保障,施工更安全.
（4）建筑材料轻薄,得房率高：装配式钢结构梁柱截面小,轻型节能标准化预制墙板常用厚度为100、120、150,而混凝土结构中传统砌筑填充墙厚度多为200,因而同样建筑面积,装配式钢结构将获得更高的使用面积.
（5）绿色建筑,施工環保：传统建筑每平方米产生约两百公斤的建筑垃圾.建筑垃圾占近一半城市垃圾,建筑物料运输及施工扬尘占城市空气污染三分之一,耗水极大,并污染水源.
（6）钢结构建筑是环保型建筑,不仅减少了施工现场土方开挖、砂石、水泥堆放场地,还减少了模板储运、现场构件预制及现浇钢筋混凝土施工等湿作业的噪声、粉尘污染.
（7）保温性好,节能高效：装配式钢结构采用叠合板做楼板底模,外挂板作剪力墙的一侧模板,节省了大量的模板支撑体系;钢结构主体和部分部品可重复循环利用;轻型节能标准化预制外墙保温层稳定可靠,良好的保温性能完全符合我国绿色建筑的建造理念.
（8）工业生产,利用率高： 工地的事情工厂做,室外的事情室内做,施工模拟和现场放样的事情计算机做,装配式钢结构绝大部分部品部件均可在工厂加工,比传统的施工现场作业人数减少约六成 .在产业工人的培训体系支撑下,技术精湛专业分工明确的年轻技术人员将逐步取代传统农民工建筑工人此举必将缓解我国人口老龄化带来的用工短缺的囧相.劳动力的解放,功在当下,利在千秋.
3.工程应用
教育建筑具有以下特点：
（1）使用功能简单,教室开间进深模数单一,房间重复使用率较高,楼梯间依据防火疏散的要求统一开间尺寸,卫生间设备管井同样位置密集布置;
（2）竖向层高均为3900,立面造型简洁,外窗布置间距规则有序,为外挂墙板的使用创造了便利条件;
（3）教育建筑为重点设防类（乙类）,钢结构高强高延性的特点,更加适应《山东省建设工程抗震设防条例》中对学校建设工程提高一档的抗震设防要求.
在国家方针和地方相关政策的推动下,为缓解我市城区存在的大班额难题,彻底解决居民子女入学困难,由山东万斯达集团有限公司承建（EPC模式）,滕州市第一批装配式钢结构中小学建筑应运而生.
本文以滕州市赵楼学校综合楼为例,介绍装配式钢结构的实际应用 , 并藉此探讨钢结构在教育类建筑中的发展前景.该项目为多层钢管混凝土框架结构,楼板采用与钢结构配套的《PK预应力混凝土叠合板》（L10SG408）,电气专业线管均在后澆叠合层内铺设置、外墙除特殊部位外均为220厚PK外挂墙板Ⅰ型（100厚砼+70厚挤塑聚苯+50厚砼）、内墙除注明外均为150厚聚苯颗粒水泥夹芯复合条板内隔墙,详图集《10J113-1》D型、同时下滑动上铰接的预制板式楼梯等各种装配式建筑部品构件应用其中,预制装配率高达80%以上.
第一批装配式钢结构建筑的应用为我们提供了宝贵的实践基地,初次接触装配式建筑的参建各方积极参与各尽其责,克服了建设过程中遇到的细节障碍和技术难点,终于迎来了工程竣工.学校的交付使用完美展现了装配式钢结构的诸多优点,然而这仅仅是建筑物全寿命周期的开始,后续要经过几十年的使用体验.作为专业技术人员,本着发现问题、分析问题、解决问题的原则,对装配式钢结构的应用提出以下建议,遇到的困惑 ,也期望得到权威专家的指点,为装配式钢结构建筑的推广应用尽自己绵薄之力.
（1）尊重基本建设程序,方案之初应充分考虑装配式建筑的特殊要求.钢结构整体施工无需外搭脚手脚,没有考虑坡屋面外挑大尺寸檐沟的施工难度;外挂墙板强度高,表面光洁平整,欧式线条的实现只能靠结构胶粘贴.为保证二次构件的牢固耐久,后期对局部造型做了相应改进.
（2）选用安全耐久的钢结构防火防腐材料.高温易燃和易锈蚀是钢材的短板,本工程采用厚涂型防火涂料,虽然满足规范要求,但是没有充分考虑学校建筑孩子们顽皮好动的天性,即使学校加强管理也难免出现割裂破损等现象.如财力允许,建议1800以下采用安全板材外包并预留检查口.本着建筑以人为本的宗旨,后续将为校方编制使用手册做好技术交底,并安排定期回访质量检测,通过实际使用形成全寿命周期的装配式技术体系.
（3）外挂三明治墙板板缝等隐蔽工程仍需加强施工监管,验收到位.和传统砌筑外墙相比,墙板保温层厚度有保障,是良好的绿色节能板材,采用下托上挂的安装方式,减小了对框架的刚度“贡献”,抗震性能良好.但是板缝处、外墙交接处如构造不当或粗放施工,以后难免出现渗水、墙皮脱落等质量通病.
（4）结构体系改进建议.为控制变形,保证楼板舒适度,选用钢管混凝土柱+钢梁结构形式,位移角按照1/550从严控制.但是由于钢结构自身重量轻,仍担心学生集中活动上下楼疏散时,可能会引起结构振动,导致钢结构周边墙体连接部位开裂.
（5）卫生间开水间等潮湿有水房间钢柱柱脚应有保护构造.考虑到学生课间集中如厕和打扫卫生的特点,卫生间难免潮湿,参照门式钢架对柱根部增设了低强度混凝土保护.
（6）聚苯颗粒水泥夹心复合内墙条板质自重轻,施工方便,人工费低.但是由于墙体较薄,对施工设备线槽的留设提出了较高的技术要求;挂黑板处应增设构造柱以便牢固安装.
（7）产业化工人培训任重道远.高技能的产业工人短缺是影响装配式建筑产业发展的重要原因,装配式建筑不同于以往的传统施工,推行适合建筑工业化的用工管理制度,建立产业化技术工种分类,形成规模化、专业化的建筑产业工人培训机构,使老旧粗放的施工人员早日转变为年轻精细的产业工人队伍.
（8）加强预制部品部件过程监管、质量验收.工厂生产的产品监管如何实施,在目前的规范层面还存在一定的问题.对预制构件生产企业进行监督检查,加大对预制构件生产企业资质条件、试验室管理、技术人员配备、原材料进场验收、拌合物质量以及预制构件强度的监督抽查,全面落实预制构件生产企业的质量终身责任制.
结论：
任何一项有推广价值的新技术,都会经历从理论,到技术,再到量产的过程.综上所述,对于教育类建筑而言,布局的模数化、规则性,以及设备的集成化恰恰是其主要特征,因此,装配式钢结构建筑是能适应教学楼建设的.但是也应该看到,我国装配式建筑技术体系仍不完备,面临着成本、人才、技术等方面的挑战,只有技术改进,扬长避短,极稳妥的促进装配式建筑发展,才能真正实现所谓的“多快好省”.
参考文献：
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.装配式钢结构建筑技术标准：GB/T51232-2016[S].北京：中国建筑工业出版社,2017.
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[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.装配式混凝土建筑技术标准GB/T51231-2016.中国建筑工业出版社,2017.
[4]15J939-1G310-1～2/15G365-1-2/G366/367/36815G107-1装配式混凝土结构表示方法及示例（剪力墙结构）.中国计划出版社,2015.
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建筑和钢结构引用文献:
[1] 建筑和钢结构论文怎么写 关于建筑和钢结构方面毕业论文开题报告范文8000字
[2] 建筑和钢结构参考文献格式范文 关于建筑和钢结构方面毕业论文的格式范文2500字
[3] 建筑和钢结构毕业论文开题报告范文 关于建筑和钢结构方面在职研究生论文范文2万字
