北方模数化下钢结构住宅建筑研讨

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我国对住宅建筑的需求量在日趋增加，对于大量建设的住宅建筑，在保证建设质量，尽量减少对环境的污染的前提下，如何快速建造住宅成了我们需要面对的重要问题。在国外，早在上世纪20年代，建筑师富勒为了使住宅构件能够大规模工业化生产，发明了“轻质金属房屋”。二战后，英、美、法、日开发了一系列住宅系统。日本每年超过10O万户的新住宅中，约有15％采用工业化体系。有十几家专业的住宅生产厂家的数十种住宅体系，种类繁多。本文探讨的钢结构建筑即属于建筑工业化的一课题。工业化住宅的含义是指采用工业化方式生产住宅，住宅所用的材料、部件和产品等在工厂快速、批量生产，在现场装配化施工，即在工厂流水线上生产住宅。工业化住宅改变了传统的住宅建造方式，减少现场湿作业，可以提高住宅的劳动生产率，提高住宅的品质，减少住宅建造过程中对环境的污染，更高效地利用资源，从而降低成本。国内外住宅建设的发展历程表明，生产力发展和科技进步使住宅向工业化方向发展成为必然。

一、钢结构建筑在我国发展的基础

建国60年、特别是改革开放30年，钢结构行业有了巨大的发展，奠定了雄厚的基础。建国以后一段时间我们的钢产量很少。上个世纪50～60年代之间，我们国家实行的是节约用钢的政策。钢太少了，不能多用，要节约，要少用：到了上世纪80年代，我们钢的产量有了较大发展，这时候在我们建筑用钢上，提出了合理用钢的政策，不是节约用钢，是合理用钢；从上个世纪90年代到今天，在全国提出的叫鼓励和发展建筑用钢。从钢产量说，我国2006年生产粗钢418782万吨，全行业生产钢材4668543万吨。2007年上半年生产粗钢2375806万吨，同比增长168％，生产钢材2702467万吨，同l：b,N长239％。2007年全年的粗钢产量为4．89亿吨，占全世界产量的36．4％，比排名第二位到第七位的总和还多12006年中国钢材消费等于美国、日本和俄罗斯的总和。中国钢材市场销售旺盛。建筑钢材数量、品种、质量基本满足钢结构住宅建筑的需要。中国加入WT0后，建筑钢材品种更丰富，价格更合理。品种结构出现新变化，新产品开发力度加大。热轧H型钢到2006年底达到500多万吨。彩涂钢板2006年也达到300万吨，其他钢结构用的中厚板、型钢、钢管、高频焊接H型钢、冷弯型钢及涂锌钢板等都有明显增长。宝钢、武钢、马钢的耐火耐候钢在工程中得到了使用；武钢、浦钢、鞍钢厚板在工程中广泛使用；马钢、莱钢H型钢供不应求；宝钢彩色板成为抢手货；一大批生产建筑钢材的冶金工业项目正在建设之中，为钢结构住宅提供了各种品种规格的钢材。从政策上说，1998年建设部发了一个《关于建筑业进行推广应用十项新技术的通知》，在这个《通知》的第五条，就提出了要把推广使用钢结构作为建筑新技术来推广使用；国务院1999年72号文件提出了发展钢结构住宅、扩大钢结构住宅的市场占有量；1999年《国家建筑钢结构产业“十五”计划和2010年发展规划纲要》提出了在“十五”期间，我国建筑钢结构行业这一环保型、基于工业化和再次利用的结构体系要作为国家发展的重点；2002年，建设部了《钢结构产业化技术原NIJ>；2003年，《建设事业技术政策纲要》指出，2010年建筑钢结构用钢量要达到钢产量的6％，即1500万吨以上；2005年7月份，又公布了国务院常务会议批准的《钢铁产业发展政策》，明确了我国钢铁工业的产业政策目标、产业发展规划、产业布局调整、产业技术政策以及促进企业的组织结构调整、投资管理、原材料政策、钢材节约使用及对行业咨询设计施工等单位的政策和要求；今年，国家刚刚正在进行的十大规划产业调整，提出来第一个就是钢产业的规划调整。这是非常关键的，所有这些新的政策、也正是由于这些新的政策指引了我国钢结构迅猛发展。从环保方面来说，资源紧缺、环境污染等问题是我国国民经济运行过程中遇到的最大难度之一。据统计，我国建筑中99％为高能耗建筑，能耗占全国总能耗的28％，其中住宅使用能耗占20％，预计将来要达到45％以上；耗水量占城市用水的32％；城市用地中有30％的土地用于住宅建设；建造住宅所消耗的钢材占全国钢材使用总量的20％，住宅建设所使用的水泥占全国总用量的176％。我国现在的节能住宅发展是远远落后于发达国家的，我国住宅建设的物资消耗是发达国家的3倍以上，我国住宅建设的钢材消耗量比发达国家高出1O％～25％，卫生洁具的耗水量比发达国家高30％以上，每拌和1立方米混凝土要比发达国家多消耗水泥80公斤。我国是人VI大国，能源消耗量很大，更加没有权利挥霍珍贵的自然资源。要实现住宅建设的可持续发展，必须全面审视住宅建设的指导思想，在住宅建设工作中，重视建筑的节能性能。钢材作为一种可回收再利用的材料，在建筑结束其生命周期之后，主要材料还可以回收循环利用，既减少了建筑垃圾又节约了资源。这一特点，使钢结构住宅有着其他结构无可比拟的优势。从北方施工工期说，?冬季施工的起止日期为：当冬天到来时，如连续五天的日平均气温稳定在5℃以下，则此5d的第一天为进入冬季施工的初日，当气温转暖时，最后一个5d的日平均气温稳定在5。C以上，则此5d的最后一天为冬季施工的终日。一般来说基本上从本年11月中下旬到第二年的3月中旬左右，大约4个月甚至更长的时间内，工地无法进行浇灌混凝土等湿作业，这么一个长期的停工时间对于紧张的工程进度来说是非常关键的，而钢结构则不受冬季施工条件的限制，快速的城市化进程需要在短期内建设大量的住宅建筑。这也是钢结构住宅得以推广，尤其是在北方地区大力推广的主要原因

二、钢结构建筑在我国发展需要面对的主要问题

这些体系的构成虽有不同，但都有以下共同的特点：

1．骨架采用钢结构；

2．采用体系化的思想形成住宅产品；

3．由严格的模数协调体系；

3．墙体干法施工：

4．提供了多样化自由设计，以满足客户的不同要求。

我国钢结构住宅的建设还处在起步阶段，国内目前的研究还主要集中在结构体系的选择，钢材的防火和防腐，以及配套墙体材料的研究上。对钢结构住宅的平面设计的研究还比较欠缺，关钢结构建筑模数化的研究更是缺乏。钢结构住宅建筑设计除了要遵循住宅建筑设计一般原则外，还需解决四大问题：“平面布置的系列化原则与住宅多样化功能的矛盾”，“建筑设备标准化设计与多标准住宅房型的矛盾”，“住宅单元的标准化设计与建筑空间造型多样化的矛盾”“协调钢结构住宅的外墙板与住宅平面开问关系”。作为需求量最大的建筑产品之一，目前我国仅有几百万平方米的钢结构住宅，与发达国家相距甚远。要发展钢结构住宅，我国还存在着很多问题有待解决，特别是在建筑模数化、标准化方面的研究还很欠缺，而且设计和建造理念仍然落后，没有体现工业化特点。

三、钢结构住宅在北方大力推广需解决的主要技术

1．钢结构材料以及结构体系特征

建筑用型钢的生产、运输以及结构体系的受力特点是要解决的关键技术之一。

2．北方寒冷地区地理气候特征由于寒冷地区对采暖供热有特殊要求，钢结构住宅在框架和墙体等方面应满足其要求，是需要解决的关键技术之二。

3．北方寒冷地区居民生活模式北方地区的居民有着和其他地区明显的生活差异，钢结构住宅户型如何在平面上体现这些差异，是需要解决的关键技术之三。

4．北方高层经典户型

在满足北方居民对住宅使用习惯的基础上，进行适当的改进，使其既不影响使用，又适应钢结构的结构体系的特征。这是需要解决的关键技术之四。

5．钢结构施工工艺和其他部品对钢结构住宅模数的影响尽量减少现场湿作业，降低钢结构安装等施工难度和强度；与其他建筑部品的匹配，是需要解决的关键技术之五。

从建筑模数体系来看，随着新的建筑材料的出现。必然出现新的结构形式，只有在模数化和标准化基础上，才能确定符合工业化建造方式的住宅建筑平面和竖向构成以及相应设计准则和方法。可以使住宅在满足标准化要求的同时，适应住宅功能及建筑平面布置多样化的要求；为确定与体系配套的性能好、价格便宜的新型墙体及其连接构造方式创造了条件；有助于确定与体系配套的，满足模数协调准则的门窗等建筑部品；有助于确定与体系配套的设备选用标准，设备及管线安装方法。为发挥钢结构这一新型结构形式的优势，适应其工业化、标准化生产，建立钢结构模数有着迫切需要，只有在钢结构模数化的指导下，才能真正发挥钢结构建筑的特点。