Применение стальных труб в модульных и сборных стальных конструкциях
автор: www.qishine.com
2025-10-04
1. Введение
В условиях индустриализации строительства, когда девиз «стройте дома так же, как мы строим автомобили» становится общепринятым, стальные трубы — легкие, прочные и высокоэффективные по поперечному сечению — эволюционируют из традиционных «каркасов» в самое ядро модульных «пространственных блоков». Основываясь на данных более чем 40 отечественных демонстрационных проектов (2020-2025 гг.) и экспериментальных кампаниях, проведенных Тяньцзиньским университетом, Сианьским университетом архитектуры и технологий (XAUAT) и другими, в данной статье систематически рассматриваются технические пути, экономические показатели и будущие траектории развития трубчатой стали в модульном и сборном строительстве.
В условиях индустриализации строительства, когда девиз «стройте дома так же, как мы строим автомобили» становится общепринятым, стальные трубы — легкие, прочные и высокоэффективные по поперечному сечению — эволюционируют из традиционных «каркасов» в самое ядро модульных «пространственных блоков». Основываясь на данных более чем 40 отечественных демонстрационных проектов (2020-2025 гг.) и экспериментальных кампаниях, проведенных Тяньцзиньским университетом, Сианьским университетом архитектуры и технологий (XAUAT) и другими, в данной статье систематически рассматриваются технические пути, экономические показатели и будущие траектории развития трубчатой стали в модульном и сборном строительстве.
2. Три направления технической эволюции
2.1 Компонентный уровень: Бетонные колонны специальной формы из квадратных труб, заполненных бетоном
Группа Чэнь Чжихуа из Тяньцзиньского университета разработала «бетонную заполненную» конструкцию.квадратная труба«Композитная система крепления колонн специальной формы». Две квадратные трубы размером 150 мм × 150 мм × 8 мм вертикально соединены соединительными пластинами, образуя колонну решетчатой формы. Модуль сечения увеличивается на 38 %, что позволяет строить 80-метровые жилые башни без внутренних колонн.
2.1 Компонентный уровень: Бетонные колонны специальной формы из квадратных труб, заполненных бетоном
Группа Чэнь Чжихуа из Тяньцзиньского университета разработала «бетонную заполненную» конструкцию.квадратная труба«Композитная система крепления колонн специальной формы». Две квадратные трубы размером 150 мм × 150 мм × 8 мм вертикально соединены соединительными пластинами, образуя колонну решетчатой формы. Модуль сечения увеличивается на 38 %, что позволяет строить 80-метровые жилые башни без внутренних колонн.
2.2 Модульный уровень: Блоки (модули)
В проекте Broad Sustainable Building (Хунан) используется концепция «основная плита + диагональные распорки». Каждая основная плита размером 3 м × 6 м представляет собой стальную ферму/композитную плиту перекрытия, в которую интегрированы инженерные системы, противопожарная защита и отделка, выполненные вне строительной площадки (соотношение компонентов > 90 %). Скорость подъема на площадке: один этаж в день.
В проекте Broad Sustainable Building (Хунан) используется концепция «основная плита + диагональные распорки». Каждая основная плита размером 3 м × 6 м представляет собой стальную ферму/композитную плиту перекрытия, в которую интегрированы инженерные системы, противопожарная защита и отделка, выполненные вне строительной площадки (соотношение компонентов > 90 %). Скорость подъема на площадке: один этаж в день.
3. Системный уровень: Встроенные модули из легкой стали.
В рамках проекта строительства общежития при Хунаньском сельскохозяйственном университете было использовано 388 легких стальных коробок, каркас которых состоял из квадратных труб L-образной формы размером 210 мм × 150 мм × 4 мм, вставленных в основной стальной каркас. Высота здания: 34,2 м; общие сроки строительства сокращены на 40 %.
В рамках проекта строительства общежития при Хунаньском сельскохозяйственном университете было использовано 388 легких стальных коробок, каркас которых состоял из квадратных труб L-образной формы размером 210 мм × 150 мм × 4 мм, вставленных в основной стальной каркас. Высота здания: 34,2 м; общие сроки строительства сокращены на 40 %.
3. Анализ ключевых технологий
3.1 Подключения
(1) Полностью болтовое соединение гильзы и фланца: квазистатические испытания XAUAT 2023 показывают, что увеличение толщины гильзы с 10 мм до 14 мм повышает предельную несущую способность на 23 %; пластичность μ = 4,7, удовлетворяет условию смещения 1/50 при редком землетрясении (интенсивность 8).
3.1 Подключения
(1) Полностью болтовое соединение гильзы и фланца: квазистатические испытания XAUAT 2023 показывают, что увеличение толщины гильзы с 10 мм до 14 мм повышает предельную несущую способность на 23 %; пластичность μ = 4,7, удовлетворяет условию смещения 1/50 при редком землетрясении (интенсивность 8).
(2) Соединение боковой пластины колонны CFT стенового типа: колонна толщиной 6 мм и размерами 200 мм × 200 мм соединяется с помощью боковых пластин толщиной 12 мм с высокопрочными болтами 10.9S M20. Полный гистерезис; разрушение смещается от разрушения сварного шва к образованию пластических шарниров на концах балки.
3.2 Композитные полы
Многоразовая сборная плита перекрытия W-образной формы (строительные инвестиции провинции Юньнань, 340 000 м²): толщина 120 мм, на 25 % легче традиционных ферменных плит, возможность повторного использования ≥ 50 циклов.
Многоразовая сборная плита перекрытия W-образной формы (строительные инвестиции провинции Юньнань, 340 000 м²): толщина 120 мм, на 25 % легче традиционных ферменных плит, возможность повторного использования ≥ 50 циклов.
3.3 Боковые системы
Система XAUAT «стена-колонна + стальная пластинчатая сдвиговая стена»: полномасштабные испытания на вибростенде на трех этажах при ускорении 0,4 g показали межэтажное смещение в 1/85 раза — сейсмические характеристики эквивалентны железобетонным сдвиговым стенам с содержанием стали всего 48 кг/м².
Система XAUAT «стена-колонна + стальная пластинчатая сдвиговая стена»: полномасштабные испытания на вибростенде на трех этажах при ускорении 0,4 g показали межэтажное смещение в 1/85 раза — сейсмические характеристики эквивалентны железобетонным сдвиговым стенам с содержанием стали всего 48 кг/м².
Стальные трубы готовы к отгрузке со склада.
4. Экономические и экологические выгоды
График работ: подъем модульных конструкций занимает в среднем 15 минут каждый; 12-этажный отель был достроен за 7 дней — на 70% быстрее, чем при монолитном строительстве.
Трудозатраты: В рамках проекта государственной аренды в провинции Хунань количество трудозатрат на строительной площадке сократилось с 2,5 до 0,6 человеко-дней/м².
Углеродные выбросы: согласно GB/T 51366-2019, выбросы CO₂ от производства до утилизации модульной стали составляют 350 кг/м², что на 28 % ниже, чем у обычных железобетонных каркасов.
График работ: подъем модульных конструкций занимает в среднем 15 минут каждый; 12-этажный отель был достроен за 7 дней — на 70% быстрее, чем при монолитном строительстве.
Трудозатраты: В рамках проекта государственной аренды в провинции Хунань количество трудозатрат на строительной площадке сократилось с 2,5 до 0,6 человеко-дней/м².
Углеродные выбросы: согласно GB/T 51366-2019, выбросы CO₂ от производства до утилизации модульной стали составляют 350 кг/м², что на 28 % ниже, чем у обычных железобетонных каркасов.
Стоимость (средние рыночные показатели 2024 года, юани/м²):
• Модульная сталь: 4200
• Обычная сталь: 3 850
• Монолитная железобетонная прочность: 3600
Хотя модульный вариант обходится на 8–15 % дороже на начальном этапе, более ранняя сдача объекта на 3–6 месяцев обеспечивает окупаемость в 2,6 года с учетом временной стоимости денег.
• Модульная сталь: 4200
• Обычная сталь: 3 850
• Монолитная железобетонная прочность: 3600
Хотя модульный вариант обходится на 8–15 % дороже на начальном этапе, более ранняя сдача объекта на 3–6 месяцев обеспечивает окупаемость в 2,6 года с учетом временной стоимости денег.
5. Снимки проекта
• 44-этажная башня Кройдон (Лондон): конические колонны из профильной трубы (300 мм → 150 мм) с использованием стали Q460 и бетона C80; мировой рекорд для модульных жилых зданий высотой более 40 этажей.
• Модульные апартаменты Zhangjiang (Шанхай): 560 модулей из квадратных труб размером 3 м × 6 м × 3,3 м, коэффициент предварительной сборки 92 %, сокращение отходов на строительной площадке 80 %.
• Общежитие для персонала Пекинского субцентра: 97 000 м², построено с использованием колонн стенового типа CFT и стальных пластинчатых несущих стен; основная конструкция завершена за 45 дней при температуре –10 °C.
• 44-этажная башня Кройдон (Лондон): конические колонны из профильной трубы (300 мм → 150 мм) с использованием стали Q460 и бетона C80; мировой рекорд для модульных жилых зданий высотой более 40 этажей.
• Модульные апартаменты Zhangjiang (Шанхай): 560 модулей из квадратных труб размером 3 м × 6 м × 3,3 м, коэффициент предварительной сборки 92 %, сокращение отходов на строительной площадке 80 %.
• Общежитие для персонала Пекинского субцентра: 97 000 м², построено с использованием колонн стенового типа CFT и стальных пластинчатых несущих стен; основная конструкция завершена за 45 дней при температуре –10 °C.
6. Вызовы и контрмеры
Транспортировка и подъем: Модули шириной более 6 м требуют использования гидравлических прицепов с осями и мобильных подъемных платформ; радиус поворота ≥ 15 м. Решение: сегментированные модули с болтовым соединением типа «2+1».
Неэффективность жесткости соединения: балки верхнего и нижнего модулей не действуют как единое целое. Решение: с помощью соединения типа «двойная балка/двойная колонна» — увеличение жесткости на 35 %, подана заявка на патент CN202510123456.7.
Огонь и коррозия: Открытые трубы должны иметь огнестойкость 1,5 часа. Решение: 20-мм аэрогелевое полотно + 9-мм огнестойкий гипсокартон (соответствует стандарту GB/T 9978-2008, увеличение массы < 8 кг/м²).< 8 kg/m²).
Транспортировка и подъем: Модули шириной более 6 м требуют использования гидравлических прицепов с осями и мобильных подъемных платформ; радиус поворота ≥ 15 м. Решение: сегментированные модули с болтовым соединением типа «2+1».
Неэффективность жесткости соединения: балки верхнего и нижнего модулей не действуют как единое целое. Решение: с помощью соединения типа «двойная балка/двойная колонна» — увеличение жесткости на 35 %, подана заявка на патент CN202510123456.7.
Огонь и коррозия: Открытые трубы должны иметь огнестойкость 1,5 часа. Решение: 20-мм аэрогелевое полотно + 9-мм огнестойкий гипсокартон (соответствует стандарту GB/T 9978-2008, увеличение массы < 8 кг/м²).< 8 kg/m²).
7. Будущие тенденции
• Высокоэффективные композитные модули: трубы из стали Q690 + сверхвысокопрочный бетон (UHPC), колонны на 20 % меньше по размеру для жилых башен высотой 100 м.
• Завод с цифровой моделью: BIM + MES обеспечивает «детализацию в один клик и автоматическое планирование»; новейшая линия Broad достигает показателя 30 минут на модуль.
• Политическое давление: С 2025 года Пекин и Шанхай требуют, чтобы в проектах, финансируемых государством, доля сборных конструкций составляла не менее 60 % — модульные системы из квадратных труб будут доминировать в проектах ускоренного строительства, таких как социальное жилье, гостиницы и больницы.
• Высокоэффективные композитные модули: трубы из стали Q690 + сверхвысокопрочный бетон (UHPC), колонны на 20 % меньше по размеру для жилых башен высотой 100 м.
• Завод с цифровой моделью: BIM + MES обеспечивает «детализацию в один клик и автоматическое планирование»; новейшая линия Broad достигает показателя 30 минут на модуль.
• Политическое давление: С 2025 года Пекин и Шанхай требуют, чтобы в проектах, финансируемых государством, доля сборных конструкций составляла не менее 60 % — модульные системы из квадратных труб будут доминировать в проектах ускоренного строительства, таких как социальное жилье, гостиницы и больницы.
8. Заключение
От отдельных компонентов до целых пространственных блоков, стальные трубы меняют логику производства в строительной индустриализации. Благодаря отработанным соединениям, снижению себестоимости и ужесточению политики «двойного выброса углерода», модульное трубчатое строительство вышло за рамки «демонстрационных проектов» и приближается к переломному масштабу. В ближайшие пять лет трубчатые модульные системы, характеризующиеся стандартизированным проектированием, заводским производством, сборкой на месте и цифровым управлением и техническим обслуживанием, готовы создать рынок объемом в сто миллиардов юаней в сфере высотного жилья, реконструкции городов и аварийного строительства.
От отдельных компонентов до целых пространственных блоков, стальные трубы меняют логику производства в строительной индустриализации. Благодаря отработанным соединениям, снижению себестоимости и ужесточению политики «двойного выброса углерода», модульное трубчатое строительство вышло за рамки «демонстрационных проектов» и приближается к переломному масштабу. В ближайшие пять лет трубчатые модульные системы, характеризующиеся стандартизированным проектированием, заводским производством, сборкой на месте и цифровым управлением и техническим обслуживанием, готовы создать рынок объемом в сто миллиардов юаней в сфере высотного жилья, реконструкции городов и аварийного строительства.
Qishine — идеальный выбор для EPC-компаний и подрядчиков, занимающихся реализацией проектов.
Вебсайт:www.qishine.com
Электронная почта: qishine@qishine.com
Тел.: 0592-5225595
WhatsApp: +86 15960259563
+86 15985833169
Вебсайт:www.qishine.com
Электронная почта: qishine@qishine.com
Тел.: 0592-5225595
WhatsApp: +86 15960259563
+86 15985833169
Преимущества дуплексной нержавеющей стали 2205 в качестве замены традиционным аустенитным нержавеющим сталям
Сравнение сплава ASTM A453 Gr.660 и аналогичного жаропрочного сплава Inconel 718
Связанная статья
Результаты исследования на примере экспорта крепежных изделий из нержавеющей стали B8M. Недавно, во время заключительной проверки партии крепежных изделий из нержавеющей стали B8M, предназначенных для Португалии, мы обнаружили заусенцы различной степени выраженности по краям шестигранных головок болтов.
Как эффективно удалить заусенцы с кромок болтов
Подводные камни при закупке изоляционных прокладок: от «ценовых ловушек» до «выбора поставщика»
На какие подводные камни следует обратить внимание при покупке изоляционных прокладок?
Гилон 3500, классический модифицированный материал для прокладок из ПТФЭ от компании Garlock, широко используется в нефтехимической, химической и других отраслях промышленности благодаря своей превосходной устойчивости к сильным кислотам, растворителям и противоползучести.
Как купить оригинальные изоляционные прокладки Gylon 3500 по конкурентоспособным ценам в Китае
