郁银泉:要着力解决钢结构产业化发展的关键问题

“目前发展装配式钢结构与绿色、低碳、可持续的道路一致,前景广阔,但仍存在一些问题制约其发展,要着力解决钢结构产业化发展的关键问题。”8月2日在钢结构建筑工业制造工作委员会成立大会上,全国勘察设计大师、中国建筑标准设计研究院总工程师郁银泉进行主旨演讲时表示。

郁银泉介绍,目前钢结构发展进入了新阶段,装配式钢结构作为装配式建筑的重要形式之一,在推动装配式建筑大潮中迎来了发展机遇,近年来,国家及地方相关支持政策密集出台。我国建筑业碳排放占全部碳排放比重的50%以上(含材料生产),是能源消耗和碳排放大户,低碳转型压力巨大。装配式钢结构具有轻质高强、抗震性能好、施工周期短、绿色环保、便于工业化生产、可循环利用等优点,符合建筑行业绿色、低碳发展方向。特别在新冠肺炎疫情期间,以钢结构、模块化钢结构为主体的防疫应急建筑的快速建设,充分展现了钢结构快速、高效的特点,大大缓解了抗疫压力。

郁银泉认为,虽然装配式钢结构建筑面积逐年提升,2021年全国新开工装配式建筑面积达7.4亿平方米,占新建建筑面积的比例为24.5%。其中,装配式钢结构建筑占比28.8%,较2020年增长13%,但钢结构建筑总量与发达国家相比仍有较大差距。发展装配式钢结构与绿色、低碳、可持续的道路一致,前景广阔,但仍存在一些问题制约其发展需要着力解决。

标准化工作滞后。郁银泉表示,建筑标准化是推动钢结构建筑可持续发展的必要前提。一方面,钢结构建筑标准化核心问题是通过标准化的部品部件组合,实现建筑的多样化和个性化,满足不同用户的需求;另一方面,部品部件的标准化和模数化,是实现商品化和规模化供应的前提,也是降低成本的必要条件。与此同时,开发标准化的建筑钢结构体系,研发配套的标准化围护体系是突破钢结构建筑发展瓶颈的重要路径。

型材使用率低。郁银泉表示,当前市场上型钢产品规格偏少、选择范围小,重型热轧H型钢截面不完善,高强热轧H型钢专有规格欠缺,难以满足建筑市场对型钢的多样性需求。而国外的型材产品规格各成体系,并不符合我国钢结构行业的应用需求,导致轧制型材在建筑总用钢量中占比不足20%,钢结构产业效能差,全产业链协同不足。装配式钢结构产业化发展对生产和建造都提出新的要求。如热轧H型钢的定轧,异形截面、大截面型钢的生产加工工艺,与新结构体系相适应的施工、建造方式等。

研发、设计与施工脱节。作为钢结构研究主力军的高校,在钢结构方面的大量研究尚缺少明确的实际应用需求,这是由于高校与钢结构应用单位之间存在一定程度的脱节。部分高校更热衷于点状问题的解决,大企业力图涵盖研发、设计、制造、 施工的专有体系性研究,两者之间缺少协同创新的机制。大部分企业的自身研究能力不强,不足以解决工程急需的关键技术。从全国层面来看,钢结构研究的小成果多、体系多,但真正可以共享的通用性成果较少,标准化程度低。郁银泉认为,在工程层面上,技术集成比点式创新更重要。

在谈到解决问题的方法和途径时,郁银泉表示,一是要优化型钢规格,推动建筑应用。他认为,现有型钢截面规格已不能满足建筑工程需求,现有热轧H型钢规格少,难以适应多样的建筑设计需求,设计师往往选不到合适的截面。例如,大量住宅需要上下翼缘不等宽的H型钢作为梁,或者考虑降板后,王字型梁更好用,当需要采用高强钢时,鉴于采购难度,通常会直接选择焊接截面构件。另外,随着使用场景的复杂化,对型钢规格不断提出新的要求。同时,重型热轧H型钢、高强热轧H型钢等一系列新产品线不断推出,但现行规范缺少相关规定,设计人员在工程中使用这些新产品时无法在现行规范中找到匹配的设计方法,若使用不当容易造成安全隐患。目前,行业内已经认识到了这个问题,开始编制相应的标准、指南来解决问题。如住建部在2020发布年《钢结构住宅主要构件尺寸指南》、《关于大力发展钢结构建筑的意见》都在解决型钢规格的问题。郁银泉认为,针对型钢结构总结已有体系的适用范围,要开发型钢适用的新型结构体系,进一步拓展型钢的使用场景;提出适用于型钢的相关设计方法,特别是针对新型型钢产品(重型、高强等),为设计人员提供依据与指导,保证设计的安全性和便捷性;开发型钢专用节点构造,提供安全便捷的建造方式;总结型钢衍生品目录,提出相关设计方法;进一步开拓应用空间,使型钢使用更为灵活便捷;优化型钢产品目录,提供更便捷的选取方式,方便设计人员选型;补充优化产品型号,提高设计的经济性。

二是要研发新型体系,发挥型钢优势。郁银泉表示,受限于加工设备和生产工艺,现有型材截面承载力有限,通常难以完全满足高层或超高层、大跨、异形等复杂结构形式的使用需求。低多层纯钢结构更适合目前的型材体系,更有工业化建造潜力。他认为,对于大量应用的多层或低层建筑,可以全部采用型钢。可以研发能够发挥型钢特点的新型全型钢体系,以标准化构造、规模化生产达到加快安装速度,降低成本的目的。其设计思路也不再是结构工程师设计结构、确定结构构件的截面,而是菜单式的选取,根据荷载条件,直接选用结构体系和查表确定型材构件的截面。

三是要定制建筑产品,提升工业化水平。郁银泉认为,当前建筑业发展过于夸大个性化和定制化,而忽略了标准化和产品化。建筑工业化追求像造汽车一样造房子,工业化产品的核心是标准化、流程化、自动化,这就要求建筑产品以“多组合、少构件”的模式追求个性,从而在构件的材料规格层面形成一定的确定性,以利用工业化规模生产的优势。

四是要创新工艺工法,降低加工成本。郁银泉表示,钢结构建筑型钢化后的建造流线为钢厂-加工厂-工地,如何节省加工阶段成本成为重要课题。游牧工厂是一种可行的解决方案,其理念是充分利用当地生产企业资源,并将加工厂搬到现场去,成为“游牧工厂”,钢厂直接对接工地,以数字化平台和建筑信息模型统筹生产、加工、建设过程。这样可以大大简化中间环节,从而降低了仓储、运输和运营成本。

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