淺析輕型裝配式鋼結構體系在既有建筑“平改坡”中的應用優勢
發布時間：2016-03-22
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引言
近年來，隨著氣候變暖日益嚴重，人們對節能環保、可持續發展的低碳經濟越來越重視。2008年12月18日，中國國務院總理溫家寶18日在哥本哈根聯合國氣候變化大會人會議上發言時說，中國政府確定減緩溫室氣體排放的目標是中國根據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掛鉤。承諾加強節能、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%.隨著城市建設的高速發展，建筑能耗逐年大幅度上升，已成為中國能源消費的主體之一，目前我國建筑用能已達全社會能源消費量的32%.加上每年房屋建筑材料生產能耗約13%，我國的建筑總能耗已達全國能源總量的45%.據統計，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結構總能耗中約占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空間，尋求資金平衡，將整棟建筑進行綜合節能改造，將既有建筑節能改造由政府行為改變為市場行為，加快改造進度。
既有建筑可居住“平改坡”主要有以下幾種結構形式：①粘土空心磚砌體結構；②鋼結構或混凝土框架，輕質空心砌塊填充結構；③輕型裝配式鋼結構。前兩種結構前幾年應用較多，但是人們逐漸認識到其自重較大，抗震性能較差的缺點，輕型裝配式鋼結構逐漸成為既有建筑“平改坡”改造的“新寵”。
1 采用輕型裝配式鋼結構體系進行既有建筑“平改坡”的優點
輕型裝配式鋼結構體系系采用高強冷彎薄壁型鋼組合成墻片、樓蓋和屋架作為承重骨架，在用輕質保溫復合墻體、屋面作為圍護的結構體系。
其相比于其他結構體系具有以下優點：
1.1 更輕質 相比與陶粒砌塊和粘土空心磚結構，輕型裝配式鋼結構自重僅是它們的1/4，甚至更低。經計算，用輕型裝配式鋼結構進行“平改坡”，增加的結構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 由于結構自重更輕，所以受到的地震破壞力更小；并且由于裝配式結構各節點間均為柔性連接，可有效消耗地震能量，達到更佳的抗震效果。
1.3 更安全
1.3.1 由于用輕型裝配式鋼結構進行“平改坡”，增加的結構自重不高于原屋面拆除的女兒墻、防水和保溫等重量，所有荷載均在設計范圍之內，不會給基礎和下部結構增加負擔，使改造后的房屋更安全；
1.3.2 經過長期實際地震房屋破壞觀察，很多房屋框架并沒有倒塌，但是圍護墻體發生了倒塌，造成生命財產損失嚴重。而由于輕型裝配式鋼結構墻體和屋面與承重骨架均采用機械連接，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 輕型裝配式鋼結構構件均工廠生產，現場組裝，相比于其他結構體系，可縮短工期20%以上。
1.5 施工現場更文明 輕型裝配式鋼結構構件均比較輕，無需大型吊裝設備，不會產生噪音；并且濕作業少，現場文明整潔，不會影響樓下居民正常生活。
1.6 造價更低
輕型裝配式鋼結構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，降低了人工機械投入量，可節約工程成本10~20%.
2 輕型裝配式鋼結構體系應用于既有建筑“平改坡”工程的可行性
2.1 技術可行性
2.1.1 下部結構承重可行性 經計算，用輕型裝配式鋼結構進行“平改坡”，增加的結構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構產生損壞。下面是荷載對比分析：
接層前后，拆除荷載與新增荷載對比
可見新增結構荷載與原結構荷載基本相當，所以原結構和基礎不需改造加固即可進行平改坡。
2.1.2 自身結構安全可行性：①由于其受力骨架均為高強鋼材，所以承重方面更安全；②其自重較輕，并且所有節點均為柔性連接，地震時可有效消耗地震能量，減小破壞，抗震性能明顯優于其他體系；
2.1.2.3 其圍護材料才有機械連接，在地震等強烈外力作用下不會倒塌脫落而損物傷人。根據實際地震檢驗，空心砌塊和粘土空心磚結構在地震中造成損失巨大是因為雖然其框架未倒塌，但是其填充圍護結構與框架分離倒塌，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量的前提下，把對下層居民正常生活的影響降到小，使這項惠民工程得到順利實施。而輕型裝配式鋼結構體系相比于其他結構體系，把對居民正常生活的影響降到了小。
2.2.1 施工速度快 輕型裝配式鋼結構體系75%的構件均為工廠化生產，現場組裝，所以施工簡便快捷，大大縮短工期；
2.2.2 濕作業少 整個施工過程除澆注鋼筋混凝土圈梁時有少量濕作業外，其他均為干作業，現場文明整潔，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、高噪音設備，不影響周圍居民的正常休息。
2.3 建設成本可行性 目前制約我國既有建筑“平改坡”改造工程大面積進行的一個重要問題就是改造資金的籌措。由于改造規模巨大，政府無力承擔全部費用，所以制定出一些優惠政策，以市場化方式鼓勵企業進入“平改坡”市場。例如哈爾濱市允許建設接層式“平改坡”，并允許開發企業對接層部分銷售，以平衡改造資金。但是很多企業因為怕麻煩、利潤小仍不愿涉足，所以只有降低工程造價，擴大利潤空間才可以加快既有建筑“平改坡”工程進度。
輕型裝配式鋼結構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，降低了人工機械投入量，可節約工程成本10~20%.
2.4 生產供應可行性 據統計，我國目前有上百家輕型裝配式鋼結構生產企業和數十萬家配套材料生產企業，年生產能力至少可建設4000萬平方米“平改坡”，不計擴大生產規模，足可以滿足我國“平改坡”工程需要。
3 經濟效益和社會效益
3.1 經濟效益 采用輕型裝配式鋼結構進行“平改坡”至少可節約建筑成本100元/平方米，按每年完成1000萬平方米計算，可節約資金10億元。
3.2 社會效益 此技術的應用，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、開發單位的糾紛，有利于“平改坡”工程和諧快速的進行。
以哈爾濱為例，“十一五”期間計劃實施既有建筑綜合節能改造400萬平方米，達到節能50%的標準，單“平改坡”工程一項，預計可實現每年節約6840噸標準煤，減少排放二氧化碳約1.68萬噸、二氧化硫約171噸的節能減排目標。
4 應用前景
輕型裝配式鋼結構以其安全可靠、安裝快捷簡便、環境污染少、造價低廉等諸多優點，必將成為我國既有建筑“平改坡”工程的主要結構形式，為我國節能減排，發展低碳經濟做出巨大貢獻。
