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     广东省钢结构协会会长王仕统谈装配式钢结构与钢结构轻量化设计

在中国建筑金属结构协会建筑钢结构分会举办的2017年度钢结构工程质量创优培训班上,广东省钢结构协会会长、华南理工大学教授王仕统分享了装配式钢结构与钢结构轻量化设计方面的内容。

在工地采用高强螺栓装配优点多

王仕统认为,装配式建筑有四个显著的特征:一是节约资源,二是环保(减少对环境的污染),三是施工效率高,四是质量保证。就装配式钢结构来说,钢构件制造(加工、焊接等)工厂化,构件运到工地,采用高强螺栓装配化。

工厂焊接和工地焊接的效果是不同的。工地采用高强螺栓装配,而不采用焊接,原因是工地焊接质量难保证,且经历热循环,变形难控制。

王仕统用三张图片比对,说明世界先进国家钢结构采用高强螺栓装配,具有工期短、精度高(螺栓穿孔率等)、抗震性能好等优势。

我国钢结构工地一般采用全焊接和栓焊法连接,质量难保证,工期长,劳动强度大。王仕统用9张图分析了1994 年美国诺斯里奇发生6.7级地震,梁——柱栓焊法连接有较多破坏,大多数节点破坏发生在梁——柱栓焊法连接的下翼缘,1986年墨西哥城地震、1995年日本阪神地震等栓焊法节点也有较多的破坏。

世界先进国家基本上实现了全高强螺栓工地装配式钢结构。通过比对看出,我国与世界先进国家在工地安装钢构件的巨大差距,也说明我国在全钢结构轻量化设计方面存在巨大差距。蜚声国内外的精工国际工程有限公司近年来在国外的很多钢结构工程中采用高强螺栓装配的居多。

王仕统认为,工地采用高强螺栓安装有三大优点:

一是工人的劳动强度比焊接小得多,质量、精度有保证。

二是施工快捷、工期短,尤其是采用扭剪型螺栓安装更为突出。

三是当遇到中、小地震时,螺栓安全可靠,遭遇大地震时,螺栓连接的摩擦面滑移耗能,结构不倒。

打破瓶颈喜迎装配式钢结构春天

“众所周知,钢结构具有三大核心价值——最轻的结构、最短的工期和最好的延性,然而,我国推广钢结构建筑已经20多年了,市场份额依然很少,原因何在?”王仕统如是说。

王仕统认为,钢结构行业包括设计与施工(制造和安装),应该重视钢结构设计是龙头的理念重视钢结构轻量化设计。制约我国钢结构发展的瓶颈主要是人员、技术、市场与管理。

在人员方面存在三个问题:

一是设计院的钢结构专业设计院(室)极少,高水平专业设计师更是奇缺,熟悉钢结构的结构总工、建筑师和设备师也都十分缺乏。

二是钢结构企业具有国际工程经验的专业工程技术人员和经营人员奇缺,高水平的焊工、自动化设备技术人员稀缺,详图设计和BIM应用人员的技术水平偏低,产业化工程技术人员和产业工人紧缺。

三是专业的钢结构监理人员和检测人员不足。

在技术方面,缺乏安全、舒适、经济的高性能结构体系,缺乏相应的技术标准支撑高性能钢材应用,缺乏高性能组合桥梁结构体系。

围护结构与配套技术,钢结构住宅的“三板”,特别是外墙板问题以及钢结构防火、防腐、装饰一体化等均需要提高。

在工程建设时,钢结构智能制造系统,全寿命周期的设计、施工、生产一体化技术,标准化、信息化、工业化融合技术以及钢材标准、工程标准还需要与国际接轨。

在市场与管理方面要重视企业、市场、监管三个环节:

在企业环节,如果钢材和钢结构产品的结构不合理,容易导致低端产品产能过剩,生产效率和经济效益低下,从而带来很大的资金压力和金融风险。此外,钢材、涂装、焊接质量亟待提高。

在市场环节,钢结构住宅市场、中小跨度桥梁市场、海外钢结构市场以及海洋工程、军工工程和农业工程市场还需要拓展。

王仕统强调,发展装配式钢结构必先实现钢结构轻量化设计,钢结构设计是硬道理(力学功底、结构理论),硬设计(只会熟练地使用设计软件,而不知其所以然)就是任性——笨重与怪异。进行轻量化设计,政府必须改变设计和施工的收费机制。目前,设计按总造价收费、施工按钢结构重量收费,这样的结果就是间接鼓励设计师设计笨重的钢结构建筑。

王仕统希望,在设计收费方面,应引入功能、科技创新、绿色环保和省材机制,真正做到“四节一环保”。在施工收费方面,应引入施工难度和工程精度系数,改变招投标、评奖机制。

王仕统表示,形效结构之所以在大型体育馆、歌剧院、会展中心、航站楼等工程中得到广泛应用,是由于设计者在设计时充分展现了形效结构自重轻、便于工业化生产、刚度好、造型美观等优点,也因此成为很多国家和地区的标志性建筑,为世人所瞩目。

王仕统认为,笨重、怪异以及现场焊接的钢结构建筑就很难说是绿色建筑了。所谓绿色建筑,就是在建筑全寿命周期内,最大限度地节能、节地、节水、节材,在保护环境的同时减少污染,为人们提供健康、舒适和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑。20世纪90年代,发达国家探索可持续建筑之路即采用新技术、新材料、新设备、新工艺,实行综合化设计,使建筑在满足功能时所耗资源、能源最少。毋庸置疑,精心设计最重要,设计是龙头。

王仕统强调,钢结构轻量化设计的四大步骤为结构方案、结构截面高度、构件布局、节点小型化。因为设计与施工的标准不同,设计遵循的是结构哲理——少费多用,即用最少的结构提供最大的结构承载力,并要考虑施工方便;而施工的优良体现在质量、精度、工法等方面。

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