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浅谈钢结构与住宅产业化

浅谈钢结构与住宅产业化

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浅谈钢结构住宅产业化


[摘要]简要论述了钢结构住宅产业化的必要性和可能性,钢结构住宅相对于其它结构住宅的优势,及其可采用的结构体系和墙体材料,同时本文结合2010年上海世博会中一些钢结构实例,并就我国今后发展钢结构住宅体系面临的任务和发展方向提出一些看法和建议。


[关键词] 钢结构;住宅;产业化


1 引言


随着国民经济快速发展,城市人口猛速增加,我国住宅建设持续空前发展,人们的居住条件逐步提高,并对居住质量的要求也越来越高。国家将住宅产业作为国民经济新的经济增长点,实施货币化住房等制度,以及其它一系列刺激住宅市场政策的启动,大大激发了国内房地产市场,这些都为住宅产业发展创造了有利环境。进入21世纪,我国住宅产业化进程将更加迅速,如何采用新技术、新材料,为居民提供安全舒适、经济合理、功能齐全的住宅,也就成为房地产业一项迫切的任务。钢结构住宅由于适宜工厂大批量生产,工业化、商品化程度高,可以将设计、生产、施工、安装一体化,提高住宅产业化水平,因而在住宅市场有着良好的发展前景。


1992~1993年,由北京市房管局系统与意大利合作,在埠成门外八里庄北里建成6层轻钢框架住宅9栋共414万m2,以加气砌块作填充墙,楼梯现浇〔1〕;另外,上海建了一栋6层钢结构住宅,采用稻草板的墙及楼板;琢州中铁钢结构公司在公司内部建了一栋3层试验楼;天津太平洋村是我国第一个住宅产业化探索基地,其中不乏钢结构住宅。


2010年上海世博会上展示的钢结构建筑理念、材料和技术,往往标志着一个时代的最高水平,也预示着下一个时代的方向。由于钢结构建筑具有结构多样化、排放低碳化、施工精确等独特的优越性,历来是世界各国建造大跨度、大空间、外形奇特建筑的首选。上海世博会最大的单体钢结构工程——世博轴,流云般舒卷的白色顶棚、玉兰花般怒放的“阳光谷”,宛如一座立体天桥。世博轴长约1045米、宽约130米,由地上地下各两层组成,总建筑面积251万平方米。世博轴大道上,错落有致地分布着6个极具视觉冲击力的倒锥形钢结构,它们有一个温暖的名字“阳光谷”——顾名思义就是让自然光洒落“谷底”。世博轴“阳光谷”为大悬挑单层网壳钢结构,是当今最先进的建筑结构技术的代表,设计与建造采用了国际领先的数字化仿真技术。

  

“阳光谷”采用的是钢结构网壳形式,网壳里镶嵌的都是玻璃,是专门展现玻璃特色的造型工程,由近2万块不同规则的三角形夹胶玻璃组成,其功能是让自然光透过“阳光谷”倾泻出来,加强地下空间的采光效果。然而阳光谷的建成并不容易。巨大的“阳光谷”,其中最大的顶部直径99米、底部直径20米。整个钢结构由10348个节点单元和31000多根杆件相互连接而成,构件数量巨大且各个节点的形状又互不相同,节点上每个“花瓣”的角度都不同,要做到无缝对接,就要求每个节点单元的尺寸误差小于0.5mm,角度偏差要小于0.25度。建筑精度的要求很高,具有世界级难度。德国厂家提出了6.7亿元的工程报价。天津大学提出了一个成本更低、安全性能更高的新方案。天津大学机械学院的师生们拿出了自行设计的“天大焊接机器人”,设计了全数字化、自动化的生产工艺,确保了每个节点的尺寸和角度毫厘不差,可以精确地吻合起来搭构出“阳光谷”的钢结构框架。



总的来说,钢结构住宅在我国还未得到推广应用,首先与我国建筑用钢量有关,虽然我国钢产量连年居世界首位,但钢结构建筑的发展却相对滞后;其次与我国普遍存在对钢结构建筑认识不足、观念落后有关。而在发达国家,钢结构已是主导的建筑结构,广泛应用于高层超高层建筑、大跨大空间建筑、量大而面广的中小型工业、商业、社区、文教卫生等建筑,住宅中也已逐步得到推广应用。近年来,我国在工业厂房、大跨结构采用钢结构已较常见,而在住宅中却未能得到推广。


2 必要性和可能性


从可持续发展战略考虑,建筑材料首先应选用资源和能源消耗尽可能少、对生态环境影响小、循环再生利用率高的生态环境建筑材料。钢材属于生态环境材料,钢是最易回收的材料,能很好的满足节能环保的要求。近年来,我国钢材年产量连续突破亿吨大关,但基本建设用钢量仅占钢材总产量的22%,其主要原因就是建筑结构用钢所占比例太少,因而我国发展钢结构住宅不仅必要而且可能。我国传统住宅体系采用砖混结构、钢混结构等,这些结构体系所用材料存在费时费工、对环境破坏大、长远经济效益差等一系列问题,而钢结构则是高效、快速、经济、可持续发展的建筑结构体系。


建设部科技司在2001年上半年,分别召开了“钢结构住宅产业化技术导则编制研讨会”和“钢结构住宅建筑体系及关键技术研究课题立项评审会”,确定了制定钢结构住宅产业化技术导则的编制原则,通过了19个包括钢结构住宅建筑体系及其关键技术和试点工程的立项,钢结构住宅产业化有望在近期取得突破性进展。


3 钢结构住宅优势


从住宅建筑发展来看,钢结构住宅具有以下优势:


第一,比较传统结构,钢结构不要求内墙为承重墙,内墙配置可以随心所欲,甚至建成后也可以调整位置,重新分隔空间,能够更好的满足建筑大开间、灵活分隔的要求,并且可提高使用面积5%~8%;


第二,与钢结构配套的轻质墙板、复合楼板等采用新型建筑材料,符合建筑节能要求;


第三,钢结构住宅承载强度高、抗震性能好、且自重轻,可大大减少基础造价,并且施工周期短,可大大缩短资金的占用周期,从而提高投资效益,从综合效益看,明显高于传统的住宅体系;


第四,钢结构构件及其配套技术相应部件,绝大部分可以实现工厂化制作形成产品系列化,可以实现住宅建筑技术集成的产业化新思路;


第五,钢结构住宅工业化程度高,现场湿作业少,其材料本身可再生利用,符合建筑的环保要求;


第六,易增层和改造;


另外,还具有无徐变和收缩现象、防虫防蛀、能在恶劣天气下施工等优点。


4 钢结构体系及墙体材料


钢结构住宅的结构体系可采用密柱结构体系、钢管混凝土结构体系、交错桁架结构体系、钢框架体系、钢支撑框架体系、钢框架混凝土剪力墙体系、巨型结构加子结构体系、墙柱体系等。钢结构构件可采用热轧H型、焊接H型、焊接箱型、冷弯薄壁方钢管内灌混凝土、冷弯C型、圆钢管内灌混凝土等截面形式。外围护结构主要采用轻混凝土板、太空板、水泥刨花板、夹心板等。内隔墙可采用轻混凝土板、石膏板、水泥刨花板、稻草板等。楼板结构体系采用压型钢板与现浇混凝土组合楼板、预制轻混凝土板等。


5 目前任务


首先应加强钢结构住宅的宣传,使更多的设计人员、开发商了解钢结构住宅相对于其它结构的优势;


第二,应建立起相应的设计规范和施工技术标准;


第三,开发和推广先进的设计软件;


第四,加强技术储备,在各大专院校实行钢结构教学改革,使学生对钢结构有一个全新的认识,为将来进行钢结构设计和施工打下坚实基础;


第五,开发新材料和处理好防火、防腐、防锈、防渗、隔热、隔声等问题。


另外,改变传统的观念,使人们能从长远的经济效益来看待钢结构住宅


与传统结构住宅也是必须的。建设部科技司通过的19个包括钢结构住宅建筑体系及其关键技术和试点工程的立项,对钢结构住宅中防火、防腐、防锈、管线布置、成套技术开发、新型建筑材料等问题的解决,将为我国钢结构住宅的发展打下坚实基础。


6 发展方向


除了高层建筑,应以低、多层住宅为主,同时发展别墅。在低、多层住宅中,可采用轻型钢结构,如冷弯C型钢或小型热轧型钢组成钢框架体系、密柱结构体系;高层住宅则可采用热轧H型、焊接H型、焊接箱型、冷弯薄壁方钢管内灌混凝土、圆钢管内灌混凝土等组成钢框架体系、钢支撑框架体系、钢框架混凝土剪力墙体系等;而建造小别墅和农村建筑则可采用墙柱体系;交错桁架体系则适用于中高层住宅,并可获得更大开间。


7 结束语


随着当今世界科技的飞速发展和信息时代的到来,各种新材料层出不穷,我国每年住宅建设达10亿m2以上,虽然在低、多层住宅中钢结构住宅可能会比传统的砖混结构住宅在造价上有所增加,但在中、高层住宅及其综合效益和优势来看,钢结构住宅在我国的发展前景将是不可估量的。加入WTO以后,中国建筑业将面对的是一个更加开放的市场,因此,国内房地产业只有提前准备,结合中国国情,在技术上创新,才能在激烈的市场竞争中取胜。


[参考文献]

1)胡世德.我国住宅建设和住宅体系的发展〔J〕.建筑技术,1999,

2〕张跃峰.轻钢结构与住宅〔J〕.新型建筑材料,2000


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(编辑:奚雅青)


延伸阅读:

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