装配式钢结构再利用概念设计探究范文

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摘要:为贯彻可持续发展与建筑节能理念，促进钢材循环利用，本文从装配式钢结构再利用的角度出发，从此种类型建筑的设计、钢结构再利用两个方面进行了概念研究。

关键词:装配式钢结构;钢结构再利用;概念设计

装配式钢结构主要用作临时或永久性结构的支撑体系，起到承受水平、垂直等各种荷载的作用，其主体结构主要由钢柱、钢板、钢梁及其之间的节点组合而成。随着社会经济的发展，新的社会活动促进了新的建筑功能的产生，如:临时展馆、临时支撑体系等。2010世界博览会结束后仅保留“一轴四馆”及部分场馆，展览结束后，数量巨大的结构构件可进行重复利用。因此，在此类建筑物设计过程中就应考虑建筑拆卸和构件再利用的问题。钢材因其比强度高、施工精确度高、抗震性好，便于预制生产加工，将是应用于此类建筑的最佳材料。

1设计阶段

理论上，再利用钢结构适用于刚度均匀、构造节点简单、传力明确的建筑。对钢结构的利用分为全部重复利用和部分重复利用［1］。全部重复利用，即将此建筑异地搬迁。部分重复利用，即先对原结构进行拆除，将结构构件进行加工处理后，再将具有强度安全保障的构件安装到其他类型的建筑中。

1.1结构选型

带支撑轻型钢框架、轻型门式刚架、冷弯薄壁型板式结构三种体系是大空间场馆的常用结构。轻型钢框架难以满足大空间场馆的功能要求，造价高，而冷弯薄壁型板式结构因结构整体性较差，对后续布展功能限制条件较苛刻。轻型门式刚架因其较低的建筑造价、快速的加工和施工速度、较高的材料重复利用率、成熟广泛的应用范围，成为适合大空间场馆的最佳选择［2］。

1.2构件尺寸与截面形式选择

这是再利用建筑设计阶段最重要的一环。再利用建筑的核心是采用模块化装配设计，其构件尺寸应符合于不同功能的建筑，因此构件基本尺寸应尽量减少，降低再利用的复杂性。如:长构件比短构件利用方便，加工时更易保证质量，优先选用长构件。此外，钢结构构件按照受力情况可分为轴心受力、受弯、压弯、拉弯等类型，构件尺寸选择必须满足各自情况下的承载力计算，保证强度和刚度。在钢构件截面形式上，考虑钢构件再利用采集的便利，广泛应用于钢结构建设的H型钢，生产体系成熟，优先选用。

1.3钢构材料的选择

在钢结构材料的选择上，结合材料再加工的可能性、荷载的特点和气候条件等综合考虑。当结构构件从原结构中拆卸下来后，不可避免的要对构件长度和截面进行切割处理，优先选用热轧钢或低合金高强度结构钢等易于加工的钢材。但经过切割处理的钢材因其内部存在残余应力，刚度降低，对压杆的承载能力有不利影响，应尽量避免。经常受往复变化的动荷载的构件应选用抗疲劳性能好的钢材。

1.4连接方式选择与设计

连接方式的选择是钢结构施工与拆卸能达到快速的重要方面，在满足荷载要求的前提下，应优先选用螺栓连接，节点形式的设计应符合快速拆装施工的要求。普通螺栓连接和高强度螺栓连接是常见的两种螺栓连接方式。因螺栓孔会削弱板件的截面，在螺栓设计中应首先确定螺栓在钢板上的排列方式，保证钢板截面有足够的净截面承载力，然后再考虑螺栓孔数和板件截面积。

2钢结构再利用

再利用过程中，为确保结构与构件的可靠安全耐久以及结构抗震要求的应用，应实施高效化的管理方式、安全的结构检测、合理的拆卸与加工加固方法。为了使已利用的构件在再利用时有强度保障，可采取损伤构件强度折减法和未损伤构件预应力加固法两种方法来实现。事实上，在结构整体中，因为结构本身的延性储备以及结构超强［3］都使得结构实际的承载力大于其设计的承载力。所以，在再利用设计中，构件强度折减以及延性的折减都不应孤立考虑。

2.1构件管理

构件运到施工现场后，对构件进行永久性标记，拆除和再安装时，对材料根据类别、跨度进行分类存放，顺序标识，方便查找，并将构件置于良好环境中储藏，避免生锈。这是确保构件可再利用的重要一环［4］。

2.2结构检测

在钢结构服役期间，温差、荷载变化、超期服役、电化学腐蚀等都对材料有损伤。为保障钢结构能可靠的投入再次使用中，应对结构构件的局部和整体性能进行检测。检测内容包括材料缺损检测与鉴定、钢结构疲劳度检测与鉴定、钢结构动力检测与鉴定、连接与节点的缺陷等方面。常采用无损检测的方法对构件进行检查，有目测法、声波检测、电测技术、超声波探伤［5］，这些方法都具有操作简单、应用强的特点。

2.3构件拆卸与加工加固

拆除时，部分构件会发生变形。因此，应对产生变形的构件进行变形矫正，但矫正后，注意避免构件内出现残余应力;各个构件经过强度检测或强度折减以及延性折减，为后续整体抗震设计提供了保障，进而能应用于新建建筑中;在对构件长度和截面进行修改时，应避免钢材损伤;在高强螺栓拆除后，螺杆的变形已无法恢复到原来状态，螺栓不能再利用;构件连接形式的修改主要是连接孔洞大小位置的修改或重新制孔，如不重新制孔应根据受力情况在构件上增加摩擦面来提高抗滑移系数;再利用时，应根据实际使用情况重新考虑使用年限，清除旧涂层，重新涂刷防腐涂料。钢结构再利用加固可利用预应力加固钢结构局部，主要有直接粘贴、预应力拉索法、截面补强法、增加附加支撑等方法。直接粘贴法适用于表面平整的拉杆，两端锚固后施加预应力。预应力拉索法是用高强度拉索加固结构薄弱环节。截面补强法是沿着钢构件局部或全长补钢材，扩大截面，提高承载力［6］。

3使用前景

A.钢结构再利用适用于拆卸钢结构建筑临时支撑体系中。目前我国临时支撑体系多以现场绑扎脚手架或安装轻型钢结构构件为主。以上两种临时支撑体系，成本高、施工复杂，所以设计一套利于拆卸的可再利用钢结构的临时支撑体系，将对实际工程有重要意义。B.钢结构再利用适用于临时场馆中。随着中国日益强大，承办体育赛事、展览增多，针对短时间内人流暴涨，不可避免的将要建设临时性展馆、住宅、场馆等临时建筑，为了避免土地资源的浪费，将在活动结束后再拆除。因此，再利用技术的研究可便于此类项目的进行。C.钢结构再次利用是新时想的工业生产方式。构件节点精简，模数化设计，拆装简单，湿作业少，再利用施工快。可持续发展作为中国的一项基本国策，具有节能环保的钢结构形式被市场看好。

4结语

在理想情况下，N次可拆卸建筑即为永久建筑。装配式钢结构因其工业化程度高，现场湿作业少，施工效率高，广泛应用于公共建筑中。我国已在钢结构的施工实践中总结了许多有效的经验，而在可拆卸式建筑的产业工业化过程中，拆卸技术仍不成熟，还有很多技术值得探索，拆卸辅助临时支撑体系还可以尽善尽美。本文因篇幅有限仅对单个构件进行概念设计，在实际设计中还应对再利用钢结构整体的强度、延性进行抗震设计。期望本文论述的处理措施能为施工者提供参考，并加强我国人民对装配式钢结构的了解，促进资源循环高效利用。

参考文献:

［1］顾军.上海世博临时场馆钢结构快速拆装和可重复利用式钢结构的应用［J］．建筑知识(学术刊)，2010，(09):39－42.

［2］刘魁，虞终军，郑毅敏.2010年上海世博会可重复利用钢结构概念设计［J］．山西建筑，2009，(12):60.

［3］翟长海，谢礼李.结构抗震设计中强度折减系数研究进展［J］．哈尔滨工业大学学报，2007，(08):1177－1184.

［4］魏德胜，郭祥军，陈龙，等.装配式钢结构办公楼施工技术［J］．施工技术，2016，(45):415－418.

［5］张红.浅谈桥梁钢结构技术与检测［J］．路桥工程，2017，(08):1646.

［6］黄晓峰.某多层钢结构车间检测鉴定及加固设计［J］．四川建材，2018，44(06):62－63.

作者:田思俭 杨润斐 单位:湖南农业大学工学院