譚明
隨著住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部批準(zhǔn)發(fā)布的《輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)規(guī)程》的正式實施,我國輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化步入了發(fā)展的快車道。輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系是一種建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電設(shè)備與室內(nèi)外裝修一體化的專用建筑體系,具有工廠化生產(chǎn)、裝配化施工的特點。輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅,作為舶來品,承襲了歐美、日本、澳大利亞建筑體系風(fēng)格,其結(jié)構(gòu)體系大致可分為三類:適用于1~3層的熱軋型鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系、冷彎C型鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系;適用于6層及以下的的純鋼框架體系;適用于6層以上的鋼混組合結(jié)構(gòu)體系。其構(gòu)配件、水暖電設(shè)備預(yù)埋到墻體等輕質(zhì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部,利于室內(nèi)外裝修,建筑平立面布置靈活、美觀。
在全球倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保,低碳經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、綠色建筑的大環(huán)境下,輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)受到了國家政策的引導(dǎo)與扶持。為了保護(hù)耕地,節(jié)約土地資源,國務(wù)院辦公廳在《關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)墻體材料革新和推廣節(jié)能建筑的通知》中明確規(guī)定:中國境內(nèi)的所有城市都要禁止使用實心粘土磚。而實心粘土磚是磚混結(jié)構(gòu)住宅體系的主要材料。原國家經(jīng)貿(mào)委在《國家經(jīng)貿(mào)委提出建筑業(yè)技術(shù)發(fā)展方向》中明確提出:建立現(xiàn)代化住宅產(chǎn)業(yè)工業(yè)體系,融新技術(shù)、新材料到住宅建設(shè)中,當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的方向和重點之一是輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系開發(fā)。
從市場規(guī)律來看,輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)大有可為,市場提升空間很大。中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會常務(wù)副秘書長劉萬忠在鋼結(jié)構(gòu)市場與鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)規(guī)劃中介紹:聯(lián)合國預(yù)計到2050年全球城市化程度將達(dá)到70%,在未來的19年中,每小時要蓋4000余套住房才能滿足這個要求。這對輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的發(fā)展是個難得的機(jī)遇,可以充分發(fā)揮其工場化生產(chǎn),裝配化施工的產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢,完成這個看似不可能的任務(wù)。2016年,國務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》提出要大力推輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)。我國房屋建筑中鋼結(jié)構(gòu)的建筑面積約占2%,而發(fā)達(dá)國家鋼結(jié)構(gòu)建筑占到40~60%,提升的空間很大。
隨著建筑材料科學(xué)的發(fā)展,美觀經(jīng)濟(jì)、性能優(yōu)異的新型建材不斷涌現(xiàn),建筑結(jié)構(gòu)與材料的防蟲、防火、防水、防腐,保溫隔熱性能得到顯著改善,如TBL無胎基、自粘橡膠瀝青防水卷材不僅延伸率好,而且具有開裂自修復(fù)功能。輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的墻板材料的革新尤為突出,主要分三類:①傳統(tǒng)建材結(jié)合新技術(shù)進(jìn)行改良,如采用農(nóng)民廢棄的麥稈或稻桿經(jīng)過機(jī)械清除整理沖壓高溫擠壓而成的紙面草板;②對幾種傳統(tǒng)的建材進(jìn)行組合,優(yōu)勢互補(bǔ),如用草、木纖維做加強(qiáng)筋的防火纖維石膏板和高密度水泥纖維板;③高分子聚合物組成的環(huán)保耐久的新型建材,如PVC外掛墻板。近年來,我國粗鋼產(chǎn)量大幅提升的同時,鋼材的冶煉軋制技術(shù)也提高了,新型鋼材的力學(xué)性能更加優(yōu)越,輕質(zhì)高強(qiáng)的冷軋、冷彎、熱軋型鋼促進(jìn)了樓板、墻體承重體系的發(fā)展,廣泛應(yīng)用的薄壁鋼骨體系的外墻和樓板就采用高強(qiáng)冷軋或冷彎的鋼板制作。
目前,發(fā)達(dá)國家的輕鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)一步升級,工業(yè)化程度很高,工地已不是建設(shè)工程的主戰(zhàn)場。以瑞典為例,它是當(dāng)今世界上最大的輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅制造國,其輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅預(yù)制構(gòu)件達(dá)95%,歐洲各國都到瑞典去定制住宅,通過集裝箱發(fā)運。近些年,隨著合作的深化與成套技術(shù)的引進(jìn),我國主流鋼結(jié)構(gòu)公司完成了一批高質(zhì)量的輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅試點工程,受到社會各界廣泛關(guān)注。與此同時,在國家政策與研發(fā)基金的支持下,國內(nèi)自主研發(fā)的MB(ModernBuilding)輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)建筑體系獲得了技術(shù)專利,新建的青浦農(nóng)民住宅、張江高科技園區(qū)等項目贏得了口碑。
國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的發(fā)展為多層、高層輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計提供了技術(shù)保障。國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)出多個鋼結(jié)構(gòu)的CAD專用軟件,如STS、3D3S、SFCAD、MESTEEL等軟件,國外著名的軟件公司都針對中國設(shè)計規(guī)范推出了功能完備的設(shè)計軟件,如STRAP、STAAD、Xsteel、SCIA、STRUCAD、SAP2000和ANSYS等軟件。同時,相關(guān)設(shè)計、施工規(guī)范的相繼出臺,為輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅項目的報建與竣工驗收提供了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)。
另一方面,BIM技術(shù)的應(yīng)用,為我國輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化健康快速發(fā)展提供了新思路。BIM技術(shù)可為裝配式輕鋼住宅全生命周期各階段提供技術(shù)支持和管理保障[1]。將BIM技術(shù)應(yīng)用于輕鋼住宅產(chǎn)業(yè)化可為其發(fā)展提供新方法,促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展實現(xiàn)新的突破[2]。
隨著工程實踐的深入,輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系較其它結(jié)構(gòu)住宅體系的優(yōu)異性能逐步體現(xiàn)出來:
(1)結(jié)構(gòu)延性好,耗能能力強(qiáng),自震周期長,對地震作用不敏感,尤其適用于地震多發(fā)地區(qū),如甘肅、西安等地。
(2)結(jié)構(gòu)自重輕,節(jié)省地基處理與基礎(chǔ)建造費用,尤其適用于地質(zhì)條件較差的軟土地區(qū),如上海、浙江嘉興等地。與傳統(tǒng)住宅體系相比,不需要支模,受氣候影響小,輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅至少可縮短1/3的工期,從而大大加快了資金周期,提高投資效益。
(3)結(jié)構(gòu)構(gòu)配件均工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),尺寸精確、質(zhì)量穩(wěn)定可靠;現(xiàn)場干作業(yè)、裝配化施工,施工周期短,環(huán)境舒適,無噪音,無建筑垃圾,完全符合節(jié)能環(huán)保要求。
(4)結(jié)構(gòu)構(gòu)配件、水暖電設(shè)備預(yù)埋到墻體、樓面等圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部,利于室內(nèi)外裝修,建筑平立面布置靈活、美觀。屋、墻面彩板顏色多種多樣,可根據(jù)需要設(shè)計出外形美觀,色彩鮮艷,立面豐富,具有現(xiàn)代化氣息的建筑。
(5)可充分發(fā)揮鋼材的延性好、塑性變形能力強(qiáng)等優(yōu)點,加之與外圍護(hù)結(jié)構(gòu)性板材結(jié)合,產(chǎn)生應(yīng)力蒙皮效應(yīng),從而具有更強(qiáng)抗震能力和抵抗水平荷載的能力。
隨著科技的發(fā)展,工程實踐的深入,目前輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系主要有以下幾個技術(shù)難題:
(1)屋面圍護(hù)系統(tǒng)和墻面圍護(hù)系統(tǒng)的蒙皮效應(yīng)是節(jié)省鋼材、降低工程造價的重要途徑,然而這種效應(yīng)在輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計中還不成熟[3]。
(2)輕鋼結(jié)構(gòu)房屋體系對風(fēng)荷載比較敏感,在強(qiáng)風(fēng)條件下常常發(fā)生輕鋼房屋的風(fēng)致?lián)p壞事故并導(dǎo)致巨額經(jīng)濟(jì)損失。輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的風(fēng)致破壞機(jī)理還需深入研究。
(3)隨著生活水平的提高,居民對住宅性能提出了更高的要求,內(nèi)外墻、門窗、屋面等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能技術(shù)與新型節(jié)能材料的研究需要更多突破。在建材和部品方面,目前建造輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅試驗工程所需材料許多要從國外運來,甚至有些由外商在中國大陸委托加工的部件,往往也只能到國外去采購。
(4)相關(guān)設(shè)計規(guī)范需要進(jìn)一步完善,如《輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)規(guī)程》適用于輕型鋼框架結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)防以及抗震設(shè)防烈度為Ⅵ~Ⅷ度的6層及6層以下建筑。而我國人口眾多、地震頻發(fā),規(guī)程的適用范圍應(yīng)拓寬,這就需要相關(guān)技術(shù)的突破。
(5)缺乏綠色建材評判標(biāo)準(zhǔn)與檢驗方法,我國雖出版了《中國生態(tài)住宅技術(shù)評估體系》,但是缺乏相應(yīng)的綠色建材標(biāo)準(zhǔn),國外發(fā)達(dá)國家都有各自的綠色建材標(biāo)準(zhǔn)和綠色建筑評估體系,例如加拿大有“住宅室內(nèi)空氣質(zhì)量指南”制定了建材總有機(jī)揮發(fā)物(TVOC)的含量標(biāo)準(zhǔn)為100~150g。
要解決以上種種新技術(shù)難題以及鋼結(jié)構(gòu)防火、防銹等傳統(tǒng)技術(shù)問題,政府、相關(guān)企業(yè)和科研單位主要從如下三個方面取得突破。一方面企業(yè)需要進(jìn)一步加強(qiáng)國際間輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)交流合作。事實上,近些年,隨著合作的深化與成套技術(shù)的引進(jìn),我國輕鋼結(jié)構(gòu)住宅試點工程引起廣泛的社會反響。一方面需要加大國家科研基金的投入,確保輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系配套設(shè)施的完整性。一方面需要加強(qiáng)科研單位與相關(guān)企業(yè)的合作與自主研發(fā)實踐,當(dāng)然,加強(qiáng)技術(shù)人員的培訓(xùn)也至關(guān)重要。
(1)在人們的傳統(tǒng)觀念中,磚混結(jié)構(gòu)住宅、鋼筋混凝土住宅堅固安全,而輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系存在結(jié)構(gòu)的安全性問題。對于這個問題就需要輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅生產(chǎn)企業(yè)樹立責(zé)任意識、創(chuàng)新意識、自我批判意識,把輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅工程質(zhì)量擺在戰(zhàn)略高度:傳統(tǒng)施工工藝發(fā)生的質(zhì)量問題是一個施工單位的名譽(yù)問題,而“輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)體系”發(fā)生質(zhì)量問題是否定了整個“輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)體系”。與此同時,加強(qiáng)輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅工程的宣傳工作也同等重要,目前國內(nèi)的許多試點工程取得了很好的社會認(rèn)可度,但這也只是限于試點工程當(dāng)?shù)丶爸苓叺貐^(qū),輻射范圍不夠?qū)挕?傊罅吭圏c工程的建設(shè),并通過購買者面對面的接觸體會,這對推廣輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系有著積極意義。
(2)過去相當(dāng)長的時間里,國家政策倡導(dǎo)節(jié)約用鋼,在人們的觀念中,鋼材昂貴,輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅的成本過高。事實上我國輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅圍護(hù)材料和產(chǎn)業(yè)化配套技術(shù)的成本過高,造成了鋼材仍舊昂貴引起輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅昂貴的假象。因此,這個觀念問題的源頭是技術(shù)問題,解決這個問題的關(guān)鍵是加強(qiáng)新型經(jīng)濟(jì)適用的圍護(hù)材料的開發(fā)與加快輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化、工業(yè)化步伐。
在全球倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保,低碳經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、綠色建筑的大環(huán)境下,輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的優(yōu)勢還有很大的發(fā)揮空間。與此同時,輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系一直受到國家各項政策的引導(dǎo)扶持,包括新近出臺的《輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)規(guī)程》等技術(shù)支持以及中國境內(nèi)的所有城市都要禁止使用實心粘土磚等政策引導(dǎo)。而國內(nèi)外對輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系市場空間的數(shù)據(jù)調(diào)查充分顯示其具有極大地提升空間,大有可為。有理由相信,隨著材料科學(xué)的發(fā)展,尤其是以墻體材料及屋面材料為重點的圍護(hù)材料的革新,輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋的蒙皮效應(yīng)技術(shù)及風(fēng)致破壞機(jī)理研究的深入以及相關(guān)技術(shù)規(guī)范的進(jìn)一步完善,輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)工業(yè)化的深化以及人們傳統(tǒng)觀念的轉(zhuǎn)變,節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用、堅固美觀的輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系勢必會成為我國住宅產(chǎn)業(yè)的中流砥柱??梢灶A(yù)見,我國輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系在未來的近半個世紀(jì)內(nèi)將得到空前的發(fā)展,對我國周邊國家住宅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也具有一定指導(dǎo)意義。
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