淺析輕型裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系在既有建筑“平改坡”中的應(yīng)用優(yōu)勢
發(fā)布時間：2016-03-22
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引言
近年來，隨著氣候變暖日益嚴(yán)重，人們對節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的低碳經(jīng)濟(jì)越來越重視。2008年12月18日，中國國務(wù)院總理溫家寶18日在哥本哈根聯(lián)合國氣候變化大會人會議上發(fā)言時說，中國政府確定減緩溫室氣體排放的目標(biāo)是中國根據(jù)國情采取的自主行動，不附加任何條件，不與任何國家的減排目標(biāo)掛鉤。承諾加強(qiáng)節(jié)能、提高能效工作，爭取到2020年中國單位GDP二氧化碳排放將比2005年下降40%~45%.隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，建筑能耗逐年大幅度上升，已成為中國能源消費(fèi)的主體之一，目前我國建筑用能已達(dá)全社會能源消費(fèi)量的32%.加上每年房屋建筑材料生產(chǎn)能耗約13%，我國的建筑總能耗已達(dá)全國能源總量的45%.據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2007年1月黑龍江省就有約2億平方米既有建筑，其中大部分均為高能耗建筑，而屋面的能耗在既有建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗中約占9%.所以既有建筑可居住平屋面改坡屋面（以下簡稱“平改坡”）成為既有建筑屋面節(jié)能改造、解決平屋面滲漏長霉的理想途徑，并且通過銷售坡屋面內(nèi)空間，尋求資金平衡，將整棟建筑進(jìn)行綜合節(jié)能改造，將既有建筑節(jié)能改造由政府行為改變?yōu)槭袌鲂袨椋涌旄脑爝M(jìn)度。
既有建筑可居住“平改坡”主要有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：①粘土空心磚砌體結(jié)構(gòu)；②鋼結(jié)構(gòu)或混凝土框架，輕質(zhì)空心砌塊填充結(jié)構(gòu)；③輕型裝配式鋼結(jié)構(gòu)。前兩種結(jié)構(gòu)前幾年應(yīng)用較多，但是人們逐漸認(rèn)識到其自重較大，抗震性能較差的缺點(diǎn)，輕型裝配式鋼結(jié)構(gòu)逐漸成為既有建筑“平改坡”改造的“新寵”。
1 采用輕型裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行既有建筑“平改坡”的優(yōu)點(diǎn)
輕型裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系系采用高強(qiáng)冷彎薄壁型鋼組合成墻片、樓蓋和屋架作為承重骨架，在用輕質(zhì)保溫復(fù)合墻體、屋面作為圍護(hù)的結(jié)構(gòu)體系。
其相比于其他結(jié)構(gòu)體系具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1.1 更輕質(zhì) 相比與陶粒砌塊和粘土空心磚結(jié)構(gòu)，輕型裝配式鋼結(jié)構(gòu)自重僅是它們的1/4，甚至更低。經(jīng)計(jì)算，用輕型裝配式鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行“平改坡”，增加的結(jié)構(gòu)自重不高于原屋面拆除的女兒墻、防水和保溫等重量。
1.2 抗震性能更佳 由于結(jié)構(gòu)自重更輕，所以受到的地震破壞力更?。徊⑶矣捎谘b配式結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)間均為柔性連接，可有效消耗地震能量，達(dá)到更佳的抗震效果。
1.3 更安全
1.3.1 由于用輕型裝配式鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行“平改坡”，增加的結(jié)構(gòu)自重不高于原屋面拆除的女兒墻、防水和保溫等重量，所有荷載均在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，不會給基礎(chǔ)和下部結(jié)構(gòu)增加負(fù)擔(dān)，使改造后的房屋更安全；
1.3.2 經(jīng)過長期實(shí)際地震房屋破壞觀察，很多房屋框架并沒有倒塌，但是圍護(hù)墻體發(fā)生了倒塌，造成生命財(cái)產(chǎn)損失嚴(yán)重。而由于輕型裝配式鋼結(jié)構(gòu)墻體和屋面與承重骨架均采用機(jī)械連接，地震來時，墻體和屋面不會脫離建筑物，墜落傷人。
1.4 施工速度更快 輕型裝配式鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件均工廠生產(chǎn)，現(xiàn)場組裝，相比于其他結(jié)構(gòu)體系，可縮短工期20%以上。
1.5 施工現(xiàn)場更文明 輕型裝配式鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件均比較輕，無需大型吊裝設(shè)備，不會產(chǎn)生噪音；并且濕作業(yè)少，現(xiàn)場文明整潔，不會影響樓下居民正常生活。
1.6 造價(jià)更低
輕型裝配式鋼結(jié)構(gòu)充分利用了各種材料的特性，并將其合理的組合起來，減少了材料用量，降低了人工機(jī)械投入量，可節(jié)約工程成本10~20%.
2 輕型裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用于既有建筑“平改坡”工程的可行性
2.1 技術(shù)可行性
2.1.1 下部結(jié)構(gòu)承重可行性 經(jīng)計(jì)算，用輕型裝配式鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行“平改坡”，增加的結(jié)構(gòu)自重不高于原屋面拆除的女兒墻、防水和保溫等重量，所以改造后不會對下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損壞。下面是荷載對比分析：
接層前后，拆除荷載與新增荷載對比
可見新增結(jié)構(gòu)荷載與原結(jié)構(gòu)荷載基本相當(dāng)，所以原結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)不需改造加固即可進(jìn)行平改坡。
2.1.2 自身結(jié)構(gòu)安全可行性：①由于其受力骨架均為高強(qiáng)鋼材，所以承重方面更安全；②其自重較輕，并且所有節(jié)點(diǎn)均為柔性連接，地震時可有效消耗地震能量，減小破壞，抗震性能明顯優(yōu)于其他體系；
2.1.2.3 其圍護(hù)材料才有機(jī)械連接，在地震等強(qiáng)烈外力作用下不會倒塌脫落而損物傷人。根據(jù)實(shí)際地震檢驗(yàn)，空心砌塊和粘土空心磚結(jié)構(gòu)在地震中造成損失巨大是因?yàn)殡m然其框架未倒塌，但是其填充圍護(hù)結(jié)構(gòu)與框架分離倒塌，造成巨大損失。
2.2 施工工藝可行性 目前既有建筑“平改坡”工程中困難的問題就是如何在保證工程安全質(zhì)量的前提下，把對下層居民正常生活的影響降到小，使這項(xiàng)惠民工程得到順利實(shí)施。而輕型裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系相比于其他結(jié)構(gòu)體系，把對居民正常生活的影響降到了小。
2.2.1 施工速度快 輕型裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系75%的構(gòu)件均為工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場組裝，所以施工簡便快捷，大大縮短工期；
2.2.2 濕作業(yè)少 整個施工過程除澆注鋼筋混凝土圈梁時有少量濕作業(yè)外，其他均為干作業(yè)，現(xiàn)場文明整潔，并且對下層居民影響小。
2.2.3 施工噪音小 整個施工過程無大型和高震動、高噪音設(shè)備，不影響周圍居民的正常休息。
2.3 建設(shè)成本可行性 目前制約我國既有建筑“平改坡”改造工程大面積進(jìn)行的一個重要問題就是改造資金的籌措。由于改造規(guī)模巨大，政府無力承擔(dān)全部費(fèi)用，所以制定出一些優(yōu)惠政策，以市場化方式鼓勵企業(yè)進(jìn)入“平改坡”市場。例如哈爾濱市允許建設(shè)接層式“平改坡”，并允許開發(fā)企業(yè)對接層部分銷售，以平衡改造資金。但是很多企業(yè)因?yàn)榕侣闊?、利潤小仍不愿涉足，所以只有降低工程造價(jià)，擴(kuò)大利潤空間才可以加快既有建筑“平改坡”工程進(jìn)度。
輕型裝配式鋼結(jié)構(gòu)充分利用了各種材料的特性，并將其合理的組合起來，減少了材料用量，降低了人工機(jī)械投入量，可節(jié)約工程成本10~20%.
2.4 生產(chǎn)供應(yīng)可行性 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國目前有上百家輕型裝配式鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)企業(yè)和數(shù)十萬家配套材料生產(chǎn)企業(yè)，年生產(chǎn)能力至少可建設(shè)4000萬平方米“平改坡”，不計(jì)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，足可以滿足我國“平改坡”工程需要。
3 經(jīng)濟(jì)效益和社會效益
3.1 經(jīng)濟(jì)效益 采用輕型裝配式鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行“平改坡”至少可節(jié)約建筑成本100元/平方米，按每年完成1000萬平方米計(jì)算，可節(jié)約資金10億元。
3.2 社會效益 此技術(shù)的應(yīng)用，解決了目前制約既有建筑“平改坡”大面積改造的瓶頸問題，減少了施工過程中對周圍居民正常生活的干擾，減少了居民與施工單位、開發(fā)單位的糾紛，有利于“平改坡”工程和諧快速的進(jìn)行。
以哈爾濱為例，“十一五”期間計(jì)劃實(shí)施既有建筑綜合節(jié)能改造400萬平方米，達(dá)到節(jié)能50%的標(biāo)準(zhǔn)，單“平改坡”工程一項(xiàng)，預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)每年節(jié)約6840噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減少排放二氧化碳約1.68萬噸、二氧化硫約171噸的節(jié)能減排目標(biāo)。
4 應(yīng)用前景
輕型裝配式鋼結(jié)構(gòu)以其安全可靠、安裝快捷簡便、環(huán)境污染少、造價(jià)低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，必將成為我國既有建筑“平改坡”工程的主要結(jié)構(gòu)形式，為我國節(jié)能減排，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)做出巨大貢獻(xiàn)。
