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        鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展研究

        2021-12-23 15:34:05魏富敏
        綠色環(huán)保建材 2021年7期
        關(guān)鍵詞:鋼鐵鋼結(jié)構(gòu)住宅

        魏富敏

        大元建業(yè)集團(tuán)股份有限公司

        1 引言

        隨著中國鋼鐵產(chǎn)量的增加,經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,對可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施就要求環(huán)保建筑的提高。而目前環(huán)保建筑改變的大趨勢就是將鋼材作為主體材料結(jié)構(gòu)應(yīng)用于住宅。2003 年11 月18日~19日,建設(shè)部在北京發(fā)表舉行了“鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑技術(shù)發(fā)展研討會(huì)”開發(fā)研討會(huì)。全國各地建設(shè)系統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)、專家、學(xué)者會(huì)聚一堂,總結(jié)了近幾年鋼鐵結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展階段的經(jīng)驗(yàn),探討了中國鋼鐵結(jié)構(gòu)住宅建筑技術(shù)的發(fā)展方向和措施。借助建設(shè)系統(tǒng)的努力,中國鋼鐵結(jié)構(gòu)住宅從研發(fā)到工程期間的發(fā)展速度比較快,步伐比較大。超過100萬平方米的核心技術(shù)研究取得了階段性的成果。符合中國實(shí)際情況的鋼鐵結(jié)構(gòu)住宅體系已經(jīng)形成,鋼鐵結(jié)構(gòu)住宅呈現(xiàn)出新的面貌。

        2 什么是“鋼結(jié)構(gòu)住宅”

        鋼結(jié)構(gòu)的住宅建筑是住宅建筑的分支,磚結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、木造樣式是住宅建筑的重要組成部分,以工廠化的鋼筋、鐵柱為骨架,以新型的輕量、保溫、絕熱、強(qiáng)度高的墻體材料作為整個(gè)住宅結(jié)構(gòu)的保護(hù)結(jié)構(gòu),由混凝土構(gòu)成。

        它在美國、英國等國家的發(fā)展應(yīng)用具有百年以上的歷史,具有與其他結(jié)構(gòu)無法相比的優(yōu)勢,鋼筋住宅對住宅產(chǎn)業(yè)和建筑產(chǎn)業(yè)有著深厚的淵源,帶來了革命性的影響。

        3 鋼結(jié)構(gòu)住宅國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

        3.1 鋼結(jié)構(gòu)住宅國外發(fā)展?fàn)顩r

        鋼鐵結(jié)構(gòu)住宅區(qū)在美國、日本、英國、澳大利亞等地的鋼結(jié)構(gòu)住宅在海外發(fā)展已經(jīng)有了數(shù)十年的歷史,其開發(fā)和應(yīng)用的美國鋼鐵結(jié)構(gòu)住宅區(qū)的比例從1990 年代的5%增加到了25%以上。而日本和澳大利亞的鋼鐵結(jié)構(gòu)建筑從建筑整體來看已經(jīng)達(dá)到了占比百分之五十以上。

        3.1.1 日本鋼結(jié)構(gòu)

        木結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼鐵結(jié)構(gòu)是日本的普通住宅類型,近幾年來,結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展主要著眼于鋼鐵結(jié)構(gòu)的形式,日本的產(chǎn)業(yè)化鋼鐵結(jié)構(gòu)住宅建筑幾乎都是從高水平企業(yè)獨(dú)立出來的。建筑的工程保證了質(zhì)量和安全。

        目前,日本的鋼鐵住宅業(yè)界提倡新的鋼筋結(jié)構(gòu)住宅體系。

        (1)長14.4m,可容納200m的大空間,1到3戶可使用。(2)主體結(jié)構(gòu)和設(shè)備實(shí)現(xiàn)空間分離,便于設(shè)備檢查。(3)柱子使用鋼管混凝土柱子,使用耐火鋼。(4)地面結(jié)合預(yù)制混凝土板和現(xiàn)有鋼筋混凝土板進(jìn)行施工,同時(shí)容易安裝設(shè)備管道。(5)外墻采用輕薄的ALC 板和輕巧的PC 板,這堵墻的施工可以避免現(xiàn)場的濕氣,內(nèi)堰使用有防聲音、防滲出功能的輕巧墻壁進(jìn)行干式工程。

        3.1.2 法國鋼結(jié)構(gòu)住宅

        法國鋼結(jié)構(gòu)的建筑層數(shù)一般為2層或多層,型鋼的斷面多種多樣,其中I型鋼適合梁,寬翼H型鋼適合柱,L型鋼和U型鋼適合變量和變形。鐵柱使用開口部分的斷面是節(jié)點(diǎn)。在連接處理中,地板通常采用建筑板或混凝土的組合板來滿足規(guī)范的負(fù)荷能力和整體性等要求。

        (1)大樓的面板主要為地板,現(xiàn)在分為地板和復(fù)合地板。面板使用了輕量的板,具有一定的自負(fù)能力。(2)內(nèi)、外壁體外壁采用中部輕鋼結(jié)構(gòu),是內(nèi)外安裝石膏板的結(jié)構(gòu)形式。內(nèi)墻板是中部輕鋼結(jié)構(gòu),內(nèi)外安裝石膏板的構(gòu)造。

        3.1.3 意大利鋼構(gòu)

        根據(jù)調(diào)查研究得到的資料,從意大利1到8樓的大部分建筑都采用了基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)化建筑系統(tǒng)。意大利這種方式建造的住宅的優(yōu)點(diǎn)是外形獨(dú)特,傳遞路徑穩(wěn)定,安裝效率比較高。這種建筑方式在歐洲和相關(guān)地區(qū)得到廣泛認(rèn)可。

        3.2 鋼結(jié)構(gòu)住宅國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r

        近幾年來,中國鋼鐵結(jié)構(gòu)的發(fā)展取得了顯著的成就,成功地建設(shè)了世界一流鋼鐵結(jié)構(gòu)標(biāo)志性項(xiàng)目,研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、安裝、出現(xiàn)了很多具有綜合運(yùn)營能力的大企業(yè),鋼鐵結(jié)構(gòu)規(guī)范體系基本上建立了鋼鐵結(jié)構(gòu)的工程技術(shù)體系。目前中國鋼鐵結(jié)構(gòu)以板材為主,中國鋼鐵結(jié)構(gòu)以住宅建筑為中心。2019年以后,在政策支持下,多層鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展明顯,比例明顯增加,腿部鋼結(jié)構(gòu)近幾年發(fā)展不順利,腿部鋼結(jié)構(gòu)較低,變化跡象不明顯,且在大橋梁上應(yīng)用了,要突破橋的鐵骨結(jié)構(gòu)發(fā)展的瓶頸,必須大力推廣中小型鐵橋和結(jié)合橋。

        3.2.1 鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)市場格局

        經(jīng)過幾十年的發(fā)展,中國鋼鐵結(jié)構(gòu)的發(fā)展取得了巨大的成就。鋼鐵結(jié)構(gòu)建筑廣泛應(yīng)用于工業(yè)工廠、平房、多層工廠、倉庫、大型公共設(shè)施等領(lǐng)域。我國這兩年鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展在道路、橋梁兩個(gè)方面取得了很大的發(fā)展。2018年,中國粗鋼產(chǎn)量9億28萬噸,比2017年大幅增加。近幾年因?yàn)榭沙掷m(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的影響已經(jīng)來到了鋼鐵行業(yè)史上最高利潤時(shí)期,我國作為一個(gè)資源大國,2017年鋼鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)量已經(jīng)突破了6400 萬噸。而據(jù)不完全的統(tǒng)計(jì)在2018 年我國鋼鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)量已經(jīng)超過7000 萬噸,近10 年來,我國鋼鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)量一直以年平均增長率超過13%的速度保持持續(xù)的高速增長,目前我國鋼鐵產(chǎn)量根據(jù)世界鋼鐵產(chǎn)量統(tǒng)計(jì),2018年我國鋼鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)量為世界鋼鐵鋼產(chǎn)量近5位,或超過韓國(約7100萬噸)成為世界鋼鐵結(jié)構(gòu)第一大國,組裝式鋼鐵結(jié)構(gòu)是國家重點(diǎn)支撐產(chǎn)業(yè),是全國鋼鐵結(jié)構(gòu)第一大國。各城市制定裝配式鋼鐵結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標(biāo),提高裝配式鋼鐵結(jié)構(gòu)建筑的比例。部分城市20年前提出重點(diǎn)地區(qū),裝配式建筑在新建建筑中所占比例在20%到30%以上,2025 年達(dá)到50%以上,部分特大城市達(dá)到100%。隨著雄安新區(qū)的建設(shè),北京地區(qū)的組裝式建筑實(shí)現(xiàn)了新的突破,成為組裝式建筑的主戰(zhàn)場之一。在良好發(fā)展的新形勢下,加快宣傳鋼鐵結(jié)構(gòu)建筑、鋼鐵結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量。不僅能充分發(fā)揮低強(qiáng)度、抗震性、施工周期短、利用率高的優(yōu)點(diǎn),還能實(shí)現(xiàn)從建筑現(xiàn)場向工廠的轉(zhuǎn)換,促進(jìn)建筑行業(yè)的更新?lián)Q代。另外,提高內(nèi)需,刺激經(jīng)濟(jì),解決國民鋼鐵生產(chǎn)能力的過剩矛盾。

        3.2.2 鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)展趨勢預(yù)測

        工廠制造零部件和現(xiàn)場的裝配化工程實(shí)現(xiàn)了建筑技術(shù)的集成化和產(chǎn)業(yè)化,提高了住宅產(chǎn)業(yè)化水平,提高了建筑技術(shù)含量。從合理化、環(huán)保的角度來看,受到中國環(huán)境保護(hù)政策的影響,今后我國城市建設(shè)發(fā)展空間面臨的壓力將越來越大,有限城市的發(fā)展空間可以滿足日益加速的城鎮(zhèn)化社會(huì)建設(shè)的速度,在建筑施工范圍越來越小的同時(shí),由于能源不足,可再生資源的存量逐漸減少,這些因素將使鋼鐵結(jié)構(gòu)的發(fā)展面臨同樣的巨大挑戰(zhàn)。

        因此,鋼鐵結(jié)構(gòu)的發(fā)展應(yīng)朝著合理的規(guī)劃、節(jié)能、環(huán)保的大方向進(jìn)行發(fā)展,鋼鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)具有加工制作簡單、施工方便、周期短、結(jié)構(gòu)靈活、造型自由、使用效果好等優(yōu)點(diǎn)。此外,這種情況也將推動(dòng)冶金行業(yè)、房地產(chǎn)行業(yè)和建筑行業(yè)等三個(gè)行業(yè),促進(jìn)資源優(yōu)化分配,根據(jù)需求進(jìn)行分配,同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)量計(jì)劃,帶來有限的資源效應(yīng),最大化處理將減少對周邊建筑工程環(huán)境的損害實(shí)現(xiàn)余留資源的最大效率,不斷凈化周邊生活的空氣環(huán)境,更好地實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,達(dá)到文明城市、文明生活環(huán)境的目的。

        4 鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)點(diǎn)

        鋼鐵結(jié)構(gòu)住宅是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ沫h(huán)保節(jié)能住宅,突破了我國一直傳承的傳統(tǒng)建筑風(fēng)格,取代了古老的紅磚混凝土,使用產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的建筑材料,將各種優(yōu)勢匯聚在一起,是21世紀(jì)人類居住環(huán)境的理想建筑。

        (1)鋼結(jié)構(gòu)重量輕,強(qiáng)度高,抗震性高,鋼結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度高,塑性好,結(jié)構(gòu)柔軟,鋼結(jié)構(gòu)住宅的重量約占混凝土住宅重量的三分之一到二分之一。由于自重的減少,地震效果下降,自重的一半減少,防震設(shè)施的熱量下降,地震效果降低很多。

        (2)產(chǎn)業(yè)化水平高,住宅產(chǎn)業(yè)化容易,鋼鐵結(jié)構(gòu)的住宅設(shè)計(jì)通過專業(yè)設(shè)計(jì)軟件大幅縮短設(shè)計(jì)周期,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化,所有結(jié)構(gòu)的工廠化加工精度高,保證品質(zhì)、簡單、機(jī)械化組裝簡單,施工速度快,施工時(shí)間短,比以前住宅的施工時(shí)間減短40%以上。

        (3)空間利用率高,功能區(qū)間合理配置,鋼材重量輕,便于形成柱街、大間開放式住宅。另一方面,傳統(tǒng)的構(gòu)造(磚的混合構(gòu)造、混凝土構(gòu)造等)根據(jù)材料的特性,空間的自由布局受到限制,寬度大,網(wǎng)格太大,會(huì)出現(xiàn)板的厚度、高度、柱的大小、“粗柱”現(xiàn)象,不僅影響美觀,還增加了自身的重量和價(jià)格,在空間使用率上,鋼鐵住宅的使用鋼量和鐵柱的斷面是傳統(tǒng)的住宅方式。比之前的結(jié)構(gòu)減少,孔的寬度也減少。因此,房間的使用面積變大,與以往的構(gòu)造相比有效面積增加了10%左右。

        (4)鋼結(jié)構(gòu)住宅在環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排方面也發(fā)揮了很大的作用,目前我國的住房體系主要還是采用傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu),不可避免地產(chǎn)生建筑垃圾,使環(huán)境遭到破壞。大量使用泥磚,浪費(fèi)土地資源。鋼鐵結(jié)構(gòu)住宅使用的材料主要是環(huán)保再利用的材料,在拆毀建筑物時(shí),鋼材可以100%再循環(huán)利用。

        5 鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展中需要解決的問題

        鋼鐵結(jié)構(gòu)的住宅配套技術(shù)以前由于技術(shù)不足,市場需求未達(dá)到產(chǎn)業(yè)化水平,我國相關(guān)產(chǎn)品的功能性單一,產(chǎn)業(yè)化水平不高,產(chǎn)品質(zhì)量不符合住宅產(chǎn)業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)。這項(xiàng)技術(shù)是分散的,不是系統(tǒng)的,而是技術(shù)水平和標(biāo)準(zhǔn)的分散,所以不需要組合,而是需要研究和綜合創(chuàng)新,從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度解決了很多問題,鋼筋結(jié)構(gòu)應(yīng)用于大幅度的工業(yè)工廠和公共建筑,鋼材的機(jī)械充分發(fā)揮了性能。用于住宅,同樣的負(fù)荷,單面小的話,就會(huì)減少,不安感和地板、支架等的要求也會(huì)提高。而新老住宅建筑方式的轉(zhuǎn)變也會(huì)導(dǎo)致一定環(huán)境垃圾的產(chǎn)生,即使緩慢改變也會(huì)出現(xiàn)一定問題,這也是在鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展中不得不考慮的問題。

        6 結(jié)束語

        鋼結(jié)構(gòu)住宅是一個(gè)技術(shù)高效的產(chǎn)業(yè),對整個(gè)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有戰(zhàn)略意義。了解了一定程度上的鋼結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)體系,在國外鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展不錯(cuò)的情況下,我國未來的發(fā)展道路方向還是比較明確的,當(dāng)然這其中也存在一些技術(shù)問題或現(xiàn)實(shí)因素,不過鋼結(jié)構(gòu)住宅代替?zhèn)鹘y(tǒng)住宅方式的趨勢已經(jīng)明了,未來鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國的發(fā)展也會(huì)越來越好。

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