前 言
裝配式建筑結構已在多高層住宅、寫字樓等建設項目中越來越廣泛應用，呈現(xiàn)出裝配式建筑的巨大優(yōu)勢，成為建筑領域的新秀。
中南綠建集團是國家裝配式建筑產(chǎn)業(yè)基地、國家知識產(chǎn)權優(yōu)勢企業(yè)。公司聯(lián)合清華大學成功研發(fā)“波形鋼板組合結構技術”后共同主編的《波形鋼板組合結構技術規(guī)程》（編號為T/CECS 624-2019）經(jīng)中國工程建設標準化協(xié)會鋼結構專業(yè)委員會組織審查，于2019年9月20日批準發(fā)布，2020年3月1日起正式施行。規(guī)程的發(fā)布施行，為國家裝配式建筑產(chǎn)業(yè)提供了一套全新且有規(guī)程依托的結構體系，并將助推我國裝配式建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進程。
圖為中南綠建集團被授予“國家裝配式建筑產(chǎn)業(yè)基地”
圖為中南綠建集團“高層建筑波形鋼板組合結構體系研究”
被杭州市城鄉(xiāng)建設委員會認定為“2020年度杭州市新型建筑工業(yè)化示范項目”
一、技術研發(fā)
1、研發(fā)背景：以前低層住宅鋼結構多采用龍骨承重體系，即盒子結構，其缺點是不適合三層以上的住宅；多高層住宅鋼結構多采用框架+剪力墻/框架+斜向支撐（防屈曲支撐、中心支撐）結構體系，但出現(xiàn)了梁柱與墻體寬度不一致帶來的露梁、露柱，影響觀感和使用，斜撐的使用還影響了門窗洞的設置，而波形鋼板組合結構技術剪力墻可以克服這些缺點。
2、研發(fā)過程：針對上述問題以及傳統(tǒng)技術、工藝暴露的缺陷，中南綠建集團聯(lián)合清華大學郭彥林教授團隊成立研發(fā)小組，通過研究、分析、摸索，經(jīng)過無數(shù)次的實體試驗、力學分析，然后再經(jīng)過樣品房實際應用，終于成功研發(fā)出波形鋼板組合結構技術這項科技成果。
圖為研發(fā)小組在進行試驗
波形鋼板組合結構體系技術于2017年5月14日順利通過了董石麟、江歡成、周緒紅、聶建國、陳政清等院士及郁銀泉、郝際平、范重、王立軍、李霆等教授與設計大師參加的“高層建筑波形鋼板組合結構體系”科技成果評估會，一致認為該項目成果總體達到國際先進水平，其中對波形鋼板組合結構體系的理論分析和試驗研究達到國際領先水平。
圖為參加評估會議的院士、專家、設計大師等合影
3、結構原理：波形鋼板組合墻由兩塊對稱放置的波形鋼板、內填混凝土、鋼管混凝土邊柱以及連接兩塊波形鋼板的高強螺栓組成，其結構布置形式包括一字型、L型、T型等，邊柱可采用方鋼管、H型鋼或槽型鋼等，螺栓布置在波形鋼板的波谷位置并呈正交或錯列布置形式，起到限制（向內）與牽制（向外）波形鋼板的位移，并通過波形鋼板一并形成對混凝土的約束作用。
圖為波形鋼板組合結構形式
圖為波形鋼板組合結構的設計與施工效果圖
圖為自動化生產(chǎn)制造的波形鋼板剪力墻鋼構件
圖為應用波形鋼板結構技術建造的樣板房在施工中
圖為應用波形鋼板組合結構技術建造的樣板房
4、性能優(yōu)勢：波形鋼板組合結構具有較高的承載效率和優(yōu)越的抗震性能。波形鋼板與內嵌混凝土通過對穿螺栓連接，二者具有非常高的組合效應。波形鋼板由于自身的波形形狀，其在壓彎剪作用下的屈曲載荷遠遠大于平鋼板；波形鋼板受混凝土單側約束以及對拉螺栓的牽制作用，大大提高其壓彎剪屈曲載荷。同時，混凝土受波形鋼板和對拉螺栓的約束作用，其強度與延性也有較大提高。
5、構件生產(chǎn)：波形鋼板壓型與組裝過程由設備下料、機械冷壓、液壓成孔、自動裝配、自動焊接、自動涂裝等加工工藝組成，實現(xiàn)工廠自動化和智能化構件的生產(chǎn)。
圖為波形鋼板組合結構鋼構件自動化生產(chǎn)線（效果圖）
二、規(guī)范編制
2017年11月6日，在杭州舉辦的裝配式結構體系的討論和交流會上，中國工程院院士聶建國等有關專家分析了裝配式結構體系技術研究的新形勢、新技術以及未來的推廣、應用和發(fā)展方向，充分肯定了中南綠建集團在裝配式結構體系研發(fā)及實施方面取得的成績，并建議盡快推廣和實施。
2018年5月19日，中南綠建集團聯(lián)合清華大學共同主編、專家及設計大師等參編的《波形鋼板組合結構技術規(guī)程》（CECS）編寫啟動會在杭州舉行，與會專家和設計大師一致認為規(guī)程編制內容齊全、技術新穎、理論數(shù)據(jù)及計算公式表述清晰正確，符合在高層裝配式鋼結構建筑中的應用和實施。
圖為規(guī)程編制組第一次工作會議場景
2018年10月28日，規(guī)程編制組第二次工作會議再次在杭州召開，中南綠建集團與清華大學等主編單位代表以及建筑設計院總工程師、專家教授、設計大師共30余人參加會議。
圖為規(guī)程編制組第二次工作會議場景
2019年5月11日，中國工程建設標準化協(xié)會《波形鋼板組合結構技術規(guī)程》(CECS)（送審稿）審查會在杭州白馬湖建國飯店舉行。經(jīng)過評審組對送審稿的全面審查，以及主編單位、參編單位對評審組領導、專家提出的有關問題的相應解答，評審組成員對《波形鋼板組合結構技術規(guī)程》(CECS)（送審稿）給予一致認可，通過了評審組的審查。
圖為《波形鋼板組合結構技術規(guī)程》（送審稿）審查會場景
三、技術概況
波形鋼板組合結構體系，包括波形鋼板組合剪力墻，鋼管混凝土柱和鋼梁，以及墻梁節(jié)點。波形鋼板組合墻為兩塊波形鋼板通過對拉螺栓連接，內灌混凝土形成組合剪力墻，其截面包括一字型、L 型、T 型、Z 型。波形鋼板采用非對稱梯形波，波形鋼板厚度不小于4mm，波峰85mm，波谷40mm，波幅35mm，波長180mm。其技術核心為波形鋼板具有較好的抗壓和抗剪屈曲承載力。鋼管混凝土柱一般采用成品矩形管，現(xiàn)場澆筑混凝土形成組合構件，鋼梁為H型鋼，可以采用熱軋鋼或車間焊接鋼。波形鋼板組合墻是一類經(jīng)濟、高效的墻肢結構，具有承載力高、節(jié)約材料的優(yōu)點。改變了傳統(tǒng)鋼板剪力墻施工工藝，波形鋼板在施工階段作為內灌混凝土的模板，實現(xiàn)裝配式施工工藝。波形鋼板組合結構體系較其他傳統(tǒng)鋼結構體系用鋼量更低，經(jīng)濟性更好。
波形鋼板組合結構體系適用于多高層建筑，建筑高度可達100米。技術已經(jīng)經(jīng)過項目實踐檢驗，與同類鋼結構裝配式建筑體系相比，技術成熟且具有成本優(yōu)勢。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆技術相比，綜合造價基本持平或略有偏高。
四、技術適用范圍及應用條件
波形鋼板組合結構體系適用于抗震設防8度及8度以下的地區(qū)。該體系可應用于多高層住宅、辦公樓、學校、醫(yī)院、商場等建筑結構體系中。建設高度可達100米。在建筑中表現(xiàn)為主體結構的剪力墻構件以及配套的框架柱，框架梁和樓板等承重構件。該體系正常施工需要具備以下條件：1、具備波形板壓制流水線及常規(guī)鋼構件加工能力；2、具備常規(guī)塔吊設施；3、具備自密實混凝土澆灌條件。
五、技術應用項目案例
1、河北滄州羅湖·四季花語10#樓高層住宅項目：項目于2019年8月開始施工，計劃2019年12月前完成結頂，項目建筑面積為13165平方米，建筑高度52.1米，地上18層，地下1層，共計2個單元144戶。本項目是中南綠建集團與清華大學合作開發(fā)的波形鋼板組合剪力墻技術成果在高層住宅中推廣實施的首例項目，主體結構為異形鋼管混凝土柱、鋼管混凝土柱鋼梁框架+波形鋼板組合剪力墻結構體系，標志著中南綠建集團自主研發(fā)的裝配式鋼結構技術開始在國內高層住宅項目中落地應用。
圖為應用該技術的鋼構件在車間進行生產(chǎn)制造
圖為波形鋼板結構技術構件在羅湖·四季花語10#樓高層住宅項目施工安裝中
圖為羅湖·四季花語10#樓高層住宅項目完工圖
2、杭政儲出[2019]13號地塊1#、2#住宅項目：項目采用鋼管混凝土柱鋼梁框架+波形鋼板組合剪力墻結構體系，總建筑面積為35648平方米。其中，1#樓建筑高度78.46米，層數(shù)為18層（ 4層裙房），主樓的功能為辦公，裙房的功能為商業(yè)；2#樓建筑高度73.65米，層數(shù)為17層（ 3層裙房），主樓的功能為酒店客房，裙房的功能為酒店配套及商業(yè)。兩塔樓共用一地下室，嵌固端均設在地下室頂板。
圖為杭政儲出[2019]13號地塊1#、2#總效果圖
六、技術應用效益分析
1、技術推廣的經(jīng)濟效益：波形鋼板組合結構體系具有裝配化程度高，結構承載和抗震性能優(yōu)越的特點，高度響應國家關于住宅結構體系裝配化、產(chǎn)業(yè)化的號召，實現(xiàn)建筑體系的綠色節(jié)能。該體系在滿足經(jīng)濟效益最優(yōu)化的前提下，社會效益顯著，滿足可持續(xù)發(fā)展要求?，F(xiàn)階段，鋼結構住宅結構體系在國內市場正面臨空前的大力發(fā)展，現(xiàn)有的鋼結構住宅數(shù)量相對較少，因此市場前景廣闊、潛力巨大。波形鋼板組合結構體系技術推廣量按每年100萬平方米計算，企業(yè)產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益6.4億元，利潤 7800萬元，增加稅收2240萬元。
2、與混凝土結構相比的經(jīng)濟、社會效益：與傳統(tǒng)混凝土結構相比，波形鋼板組合結構以其獨有的結構受力特點和加工制造特點，可產(chǎn)生以下社會、經(jīng)濟效益：
（1）縮短工期：采用工廠化制作和現(xiàn)場裝配化施工，施工進度 2～3 天一層，工期可縮短1/3～1/2；
（2）降低資金成本：工期縮短，實現(xiàn)融資成本和管理成本減少至傳統(tǒng)結構的 0.75～0.85；
（3）降低人工成本：裝配化施工，現(xiàn)場用工量減少 60%～70%，直接人工成本和人工管理費降低60%～70%；
（4）降低建筑物自重量：鋼結構自重輕，地下室所需的承載能力也相應減輕，地下室的直接成本和間接成本減少至傳統(tǒng)結構的 0.8～0.9；
（5）增加建筑物實際使用面積：波形鋼板組合結構體系，鋼構件截面較傳統(tǒng)的混凝土結構截面顯著減少，建筑物套內使用面積增加 5%～8%，高得房率的優(yōu)勢，銷售單價可適當增加 5%左右；
（6）增加地下車位數(shù)量：地下室構件截面較優(yōu)，地下車位數(shù)量增加 10%～20%，車位的直接銷售收入增加 10%～20%；
（7）節(jié)省財務成本：該結構體系裝配化施工，隱蔽工程少，質量透明與可控；工廠標準化生產(chǎn)，尺寸精確到毫米；房屋品質提升，提前交付加快資金周轉，節(jié)省財務成本；
（8）降低碳排放量：波形鋼板組合結構體系，采用新型墻體材料，現(xiàn)場混凝土用量較少，綜合碳排放減少近40%，履行企業(yè)社會責任；
（9）降低污染：裝配化施工，現(xiàn)場濕作業(yè)較少，現(xiàn)場揚塵、噪音、污水減少 80%以上，實現(xiàn)文明施工；
（10）節(jié)約水資源：墻體中大量采用尾礦石英砂、粉煤灰、脫硫石膏等，變廢為寶，實現(xiàn)工業(yè)廢料資源化利用，減少天然礦山的開采和粘土資源的浪費；濕作業(yè)減少和新型材料工廠制作，有效地減少水資源的浪費，施工現(xiàn)場地下降水水源基本能滿足施工作業(yè)需要；
（11）提高使用舒適度：該體系工廠化制作，現(xiàn)場裝配化施工，實現(xiàn)四節(jié)一環(huán)保，滿足綠色建筑要求；鋼結構與傳統(tǒng)混凝土結構相比具有較好的延性，抗震性能好，給用戶提供安全舒適的居住環(huán)境。
3、與鋼管束結構體系、箱型鋼板墻結構體系比較，波形鋼板組合結構體系可產(chǎn)生以下的經(jīng)濟、社會效益：
（1）車間焊接工程量大幅減少，焊接作業(yè)材料成本和人工成本可減少 60%左右，直接產(chǎn)生的環(huán)境負面效益可減少 60%左右；
（2）圍護體系采用組合墻已有螺栓連接，施工過程無需焊接，加快施工進度，維護體系的直接成本可較大程度的降低；
（3）圍護體系采用螺栓連接，高空作業(yè)危險系數(shù)較大程度地降低；
（4）圍護體系的抗震性能比焊接連接的性能較大程度地改善，真正實現(xiàn)百年住宅。
七、未來前景
在國家政策的大力支持下，裝配式建筑已在全國范圍內成為項目建設的首選，應用波形鋼板組合結構技術，能更加提高功效，降低成本，并且根據(jù)城市化發(fā)展的進程加快以及國家有關政策支持，裝配式住宅建筑的市場將越來越大，前景越來越寬廣；同時，隨著一帶一路沿線國家經(jīng)濟發(fā)展及建設的加快，國外城市對裝配式建筑的需求量也將越來越大，而波形鋼板組合結構技術能更好滿足這一需求，可以在國內生產(chǎn)，國外裝配，大大減少境外作業(yè)的施工量和工期，并有效保護周邊環(huán)境，進一步彰顯中國建造的強大優(yōu)勢。
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