裝配式鋼結構再利用概念設計探究范文

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摘要:為貫徹可持續發展與建筑節能理念，促進鋼材循環利用，本文從裝配式鋼結構再利用的角度出發，從此種類型建筑的設計、鋼結構再利用兩個方面進行了概念研究。

關鍵詞:裝配式鋼結構;鋼結構再利用;概念設計

裝配式鋼結構主要用作臨時或永久性結構的支撐體系，起到承受水平、垂直等各種荷載的作用，其主體結構主要由鋼柱、鋼板、鋼梁及其之間的節點組合而成。隨著社會經濟的發展，新的社會活動促進了新的建筑功能的產生，如:臨時展館、臨時支撐體系等。2010世界博覽會結束后僅保留“一軸四館”及部分場館，展覽結束后，數量巨大的結構構件可進行重復利用。因此，在此類建筑物設計過程中就應考慮建筑拆卸和構件再利用的問題。鋼材因其比強度高、施工精確度高、抗震性好，便于預制生產加工，將是應用于此類建筑的最佳材料。

1設計階段

理論上，再利用鋼結構適用于剛度均勻、構造節點簡單、傳力明確的建筑。對鋼結構的利用分為全部重復利用和部分重復利用［1］。全部重復利用，即將此建筑異地搬遷。部分重復利用，即先對原結構進行拆除，將結構構件進行加工處理后，再將具有強度安全保障的構件安裝到其他類型的建筑中。

1.1結構選型

帶支撐輕型鋼框架、輕型門式剛架、冷彎薄壁型板式結構三種體系是大空間場館的常用結構。輕型鋼框架難以滿足大空間場館的功能要求，造價高，而冷彎薄壁型板式結構因結構整體性較差，對后續布展功能限制條件較苛刻。輕型門式剛架因其較低的建筑造價、快速的加工和施工速度、較高的材料重復利用率、成熟廣泛的應用范圍，成為適合大空間場館的最佳選擇［2］。

1.2構件尺寸與截面形式選擇

這是再利用建筑設計階段最重要的一環。再利用建筑的核心是采用模塊化裝配設計，其構件尺寸應符合于不同功能的建筑，因此構件基本尺寸應盡量減少，降低再利用的復雜性。如:長構件比短構件利用方便，加工時更易保證質量，優先選用長構件。此外，鋼結構構件按照受力情況可分為軸心受力、受彎、壓彎、拉彎等類型，構件尺寸選擇必須滿足各自情況下的承載力計算，保證強度和剛度。在鋼構件截面形式上，考慮鋼構件再利用采集的便利，廣泛應用于鋼結構建設的H型鋼，生產體系成熟，優先選用。

1.3鋼構材料的選擇

在鋼結構材料的選擇上，結合材料再加工的可能性、荷載的特點和氣候條件等綜合考慮。當結構構件從原結構中拆卸下來后，不可避免的要對構件長度和截面進行切割處理，優先選用熱軋鋼或低合金高強度結構鋼等易于加工的鋼材。但經過切割處理的鋼材因其內部存在殘余應力，剛度降低，對壓桿的承載能力有不利影響，應盡量避免。經常受往復變化的動荷載的構件應選用抗疲勞性能好的鋼材。

1.4連接方式選擇與設計

連接方式的選擇是鋼結構施工與拆卸能達到快速的重要方面，在滿足荷載要求的前提下，應優先選用螺栓連接，節點形式的設計應符合快速拆裝施工的要求。普通螺栓連接和高強度螺栓連接是常見的兩種螺栓連接方式。因螺栓孔會削弱板件的截面，在螺栓設計中應首先確定螺栓在鋼板上的排列方式，保證鋼板截面有足夠的凈截面承載力，然后再考慮螺栓孔數和板件截面積。

2鋼結構再利用

再利用過程中，為確保結構與構件的可靠安全耐久以及結構抗震要求的應用，應實施高效化的管理方式、安全的結構檢測、合理的拆卸與加工加固方法。為了使已利用的構件在再利用時有強度保障，可采取損傷構件強度折減法和未損傷構件預應力加固法兩種方法來實現。事實上，在結構整體中，因為結構本身的延性儲備以及結構超強［3］都使得結構實際的承載力大于其設計的承載力。所以，在再利用設計中，構件強度折減以及延性的折減都不應孤立考慮。

2.1構件管理

構件運到施工現場后，對構件進行永久性標記，拆除和再安裝時，對材料根據類別、跨度進行分類存放，順序標識，方便查找，并將構件置于良好環境中儲藏，避免生銹。這是確保構件可再利用的重要一環［4］。

2.2結構檢測

在鋼結構服役期間，溫差、荷載變化、超期服役、電化學腐蝕等都對材料有損傷。為保障鋼結構能可靠的投入再次使用中，應對結構構件的局部和整體性能進行檢測。檢測內容包括材料缺損檢測與鑒定、鋼結構疲勞度檢測與鑒定、鋼結構動力檢測與鑒定、連接與節點的缺陷等方面。常采用無損檢測的方法對構件進行檢查，有目測法、聲波檢測、電測技術、超聲波探傷［5］，這些方法都具有操作簡單、應用強的特點。

2.3構件拆卸與加工加固

拆除時，部分構件會發生變形。因此，應對產生變形的構件進行變形矯正，但矯正后，注意避免構件內出現殘余應力;各個構件經過強度檢測或強度折減以及延性折減，為后續整體抗震設計提供了保障，進而能應用于新建建筑中;在對構件長度和截面進行修改時，應避免鋼材損傷;在高強螺栓拆除后，螺桿的變形已無法恢復到原來狀態，螺栓不能再利用;構件連接形式的修改主要是連接孔洞大小位置的修改或重新制孔，如不重新制孔應根據受力情況在構件上增加摩擦面來提高抗滑移系數;再利用時，應根據實際使用情況重新考慮使用年限，清除舊涂層，重新涂刷防腐涂料。鋼結構再利用加固可利用預應力加固鋼結構局部，主要有直接粘貼、預應力拉索法、截面補強法、增加附加支撐等方法。直接粘貼法適用于表面平整的拉桿，兩端錨固后施加預應力。預應力拉索法是用高強度拉索加固結構薄弱環節。截面補強法是沿著鋼構件局部或全長補鋼材，擴大截面，提高承載力［6］。

3使用前景

A.鋼結構再利用適用于拆卸鋼結構建筑臨時支撐體系中。目前我國臨時支撐體系多以現場綁扎腳手架或安裝輕型鋼結構構件為主。以上兩種臨時支撐體系，成本高、施工復雜，所以設計一套利于拆卸的可再利用鋼結構的臨時支撐體系，將對實際工程有重要意義。B.鋼結構再利用適用于臨時場館中。隨著中國日益強大，承辦體育賽事、展覽增多，針對短時間內人流暴漲，不可避免的將要建設臨時性展館、住宅、場館等臨時建筑，為了避免土地資源的浪費，將在活動結束后再拆除。因此，再利用技術的研究可便于此類項目的進行。C.鋼結構再次利用是新時想的工業生產方式。構件節點精簡，模數化設計，拆裝簡單，濕作業少，再利用施工快。可持續發展作為中國的一項基本國策，具有節能環保的鋼結構形式被市場看好。

4結語

在理想情況下，N次可拆卸建筑即為永久建筑。裝配式鋼結構因其工業化程度高，現場濕作業少，施工效率高，廣泛應用于公共建筑中。我國已在鋼結構的施工實踐中總結了許多有效的經驗，而在可拆卸式建筑的產業工業化過程中，拆卸技術仍不成熟，還有很多技術值得探索，拆卸輔助臨時支撐體系還可以盡善盡美。本文因篇幅有限僅對單個構件進行概念設計，在實際設計中還應對再利用鋼結構整體的強度、延性進行抗震設計。期望本文論述的處理措施能為施工者提供參考，并加強我國人民對裝配式鋼結構的了解，促進資源循環高效利用。

參考文獻:

［1］顧軍.上海世博臨時場館鋼結構快速拆裝和可重復利用式鋼結構的應用［J］．建筑知識(學術刊)，2010，(09):39－42.

［2］劉魁，虞終軍，鄭毅敏.2010年上海世博會可重復利用鋼結構概念設計［J］．山西建筑，2009，(12):60.

［3］翟長海，謝禮李.結構抗震設計中強度折減系數研究進展［J］．哈爾濱工業大學學報，2007，(08):1177－1184.

［4］魏德勝，郭祥軍，陳龍，等.裝配式鋼結構辦公樓施工技術［J］．施工技術，2016，(45):415－418.

［5］張紅.淺談橋梁鋼結構技術與檢測［J］．路橋工程，2017，(08):1646.

［6］黃曉峰.某多層鋼結構車間檢測鑒定及加固設計［J］．四川建材，2018，44(06):62－63.

作者:田思儉 楊潤斐 單位:湖南農業大學工學院