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装配式钢结构住宅的应用及展望

发布时间: 2017-02-18 10:17   1196 次浏览

装配式钢结构住宅,形象的说就是用搭积木的方式来建房,需要在工厂完成内外墙板、楼板、楼梯、梁柱构件、连接节点等主要构件及卫生间、厨房等各功能空间的部品化,通过现场组装来完成整个住宅建筑。由于全部的构件均在工厂加工完成,大大减轻了现场的施工量,避免的对环境污染,节约了施工工期,标准化的设计和施工使建筑的质量和安全更易得到保证,在工业发达国家应用较为普遍。


1.装配式钢结构住宅在国内外的应用现状

1.1 国外的应用现状

美国的钢结构住宅技术是一项综合技术,集结构主体、建筑节能、建筑防火、隔声、型材及设计施工一体化的集成化技术,社会分工明确,生产效率高,依靠统一的设计施工标准,使建筑产品供应各方能相互协调,使得钢结构房屋建设数量发展迅速,钢结构住宅占比在25%以上,且以装配式住宅为主。


日本,根据日本预制装配建筑协会的统计,到20世纪90年代末,日本预制装配住宅中木材结构占18%,预制混凝土结构占11%,而钢材结构系列比例已经多达71%。


1.2 国内的应用现状

我国住宅产业化的正式提出,始于1999年国务院办公厅转发建设部等八部委《关于推进住宅产业现代化提高住宅质量若干意见》,要求加快住宅建设从粗放型向集约型转变,推进住宅产业现代化,提高住宅质量,具体提出了发展钢结构的要求。国务院(1999)第72号文件更是为预制装配式钢结构住宅及其产业化的发展提供了前所未有的政策支持,该文件明确提出:发展预制装配式钢结构住宅,扩大预制装配式钢结构住宅的市场占有率,将会加速住宅产业化过程,对我国建筑、冶金及相关产业的发展具有重大意义。


与发达国家相比,中国的钢结构建筑比例仍然非常低,我国钢结构用钢量仅为钢产量的20%,纯钢结构的用钢量(板材、型钢等)大约只占建筑用钢量的1.5~2%,占到建筑竣工面积60%~70%的住宅建筑几乎全部是钢筋混凝土建筑,采用钢结构的比例很低。


装配式住宅是以标准化、系列化和工业化为前提,可以提高住宅质量,目前国内各大城市都积极进行住宅产业化研究,上海是推进住宅产业化建设的急先锋,河北、江苏、陕西、内蒙古、合肥、大连和济南等省市也已成立了住宅产业化促进中心,深圳也于2006年成为全国******住宅产业化综合试点城市。


“十二五”期间我国计划五年建设3600万套保障性住房,其中2011年新建和改造1000万套,这一艰巨而紧迫的任务恰恰为装配式钢结构住宅的发展创造了良好的基础条件。


2.钢结构住宅装配化的应用探索

要实现钢结构住宅的装配化首先要实现组成主体各部件的产品化标准化,主要有梁柱的标准化,连接节点的产品化,维护墙体的产品化、楼板的产品化等。


2.1 梁、柱构件及节点产品化

传统的焊接节点,需要对钢柱单件加工,受各个参数影响很难将柱产品化加工,节点的加工较为复杂,节点质量受焊接工人的技术水平,焊接工艺,焊接环境影响较大,质量得不到很好的保证,另外由于单件加工,加工精度较难保证,现场连接时会出现由于错孔导致安装困难问题。为达到连接节点的产品化,客观上需要将节点和构件分离单独加工,由德力公司开发的装配化节点,较好的解决了这一问题,把方钢管柱与H型钢梁的连接的节点做成产品,从而使钢柱在梁柱连接的节点处不需要再加工,为实现工厂化生产奠定了基础,目前这一节点产品处于推广应用阶段。基于相同的将连接节点产品化的思路,在武汉的某18层钢结构住宅中,方钢管柱和H型钢梁之间采用了“T”型连接件,此连接方式同样将节点与构件分离,实现了节点的工业化生产。但在该示范项目后,该种节点形式并未得到大面积的推广应用,从生产和安装的工业化程度上看,该节点可能需要进一步的研究开发。


2.2 维护墙体的产品化

除主体结构外,与钢结构建筑配套的外围护结构不仅要隔音、防潮、防雨,还要具有耐久性。目前,国内有几百种板材,但自身性能及与钢结构主体连接配合较好的却较少。围护墙体所占的费用对整体的造价影响较大,另外墙体的施工对整个建筑的工期影响也较大。目前经常使用的墙体一种为发泡混凝土内添加保温轻质材料的条形板材,另外一种为轻钢龙骨复合墙体。两种墙体在造价,加工精度,与主体结构配合上各有优缺点。目前尚未形成具有市场优势的品牌。


2.3 楼板产品化

钢结构住宅楼板目前主要有现浇压型钢板组合楼板、预应力大板,叠合板,钢筋桁架楼板,现浇压型钢板要现场绑扎钢筋,施工周期较长,且不易产品化,预应力大板在使用范围上受到限制,叠合板和钢筋桁架楼板是两个新的发展方向,钢筋桁架楼板将钢筋桁架在工厂中焊接于底板,现场可以减小钢筋绑扎量,易于实现工厂化加工,但价格相对于传统楼板要高出10%~15%。


目前,鉴于对装配式钢结构住宅前景的预期,许多公司都致力于开发相关装配化的产品,但大多致力于某一方面产品的研发,缺乏系统性的研究,装配式钢结构住宅的相关设计、施工标准规范欠缺,与之相关的施工工艺、工法和安全规程也还未建立,需要行业或建筑企业集团牵头制定相应的标准,规范引导产品设计研发的方向。


2.4 国内目前装配式钢结构示范项目

(1)北新集团


做为***早的国家住宅产业化基地,北新集团***早引进了薄板钢骨轻钢体系,并以此体系为核心,结合国内实际使用情况,不断加以研发改进,目前形成了集主体设计、楼板设计,屋面设计,墙板生产、现场施工一体化技术,在低多层建筑中已有较多的应用,在此基础上,正在开发更加适应国情的小高层装配化钢结构住宅。


在北新集团援建中国水电十局医院项目采用轻钢结构房屋体系和新型建筑材料,外墙为金邦板,中间为保温隔热层,内墙为轻钢龙骨石膏板体系,房屋所有构件均为工厂制作,现场拼装,干法作业,建设历时四个月,建设工期比传统建筑缩短三分之二,该项目占地20000平方米,建筑面积10000平方米。


成都青白江区清泉镇花园村项目是由北新集团全资子公司北新集成房屋有限公司与成都市青白江区政府合作开发的统筹城乡住宅项目,占地140亩,可容纳266户。这是青白江新农村建设的示范项目,同时也是成都市新型轻钢节能建筑。青白江区清泉镇花园村项目体现了北新集成房屋在建造过程、节能环保产品的集成以及抗震性能等方面的突破。


(2)远大集团

远大可建以360小时完成30层高酒店T30施工,引起行业内极大的关注,同时也将工业化的优势提升到了新的高度。远大可建以楼板为标准化产品,在3.9×15.6米的楼板中包括了地板和天花板,中间装有通风、给排水管路和电气线路及照明,出厂时上面摆放了本房间安装所需的立柱、斜撑和门窗、墙体,洁具厨具,运到工地后一次性吊到安装部位,工人只要拧螺栓、刷漆,使建筑现场安装施工量仅占整个建筑用工量的7%。


(3)宝钢集团

宝钢正积极研发钢结构住宅应用新技术,通过与赛博思公司研发,在抗侧力系统、构件节点以及墙板体系统三项关键领域产品化方面进行了积极探索。在2008年,由宝钢、赛博思公司联合开发建造的钢结构住宅示范工程-武汉黄金口小区,一栋总面积1万平方米的11层建筑被国际钢铁协会Living Steel(住宅钢结构)项目选定作为中国地区可持续性住宅的示范建筑。


3.制约钢结构住宅发展的因素

3.1 环境影响

鉴于造价的影响,我国大部分高层住宅楼采用的是钢筋混凝土剪力墙结构形式,房地产开发企业往往考虑的是首次投入产出比,很少从资源的可回收利用和住宅性能的综合指标去考虑,从而导致钢结构住宅难以大面积推广。在钢结构住宅的推进过程中,针对绿色环保的钢结构住宅项目的开发,给予优惠的税收政策或给予一定的补贴,来吸引房地产开发商把资金投向钢结构住宅领域


3.2钢结构建筑本身存在的问题

除了外在环境影响外,目前钢结构住宅自身存在的一些问题,也是其不能大面积应用的重要因素。


(1)腐蚀

根据行业规程《建筑钢结构防腐蚀技术规程》JGJ/T251-2011,提供了建筑物在环境腐蚀等级为二级及以上时,设计防腐年限在15年以下时防腐做法,而住宅建筑一般使用寿命为70年,两者相差较多。此外住宅建筑由于对梁柱等构件一般进行包覆,再次做防腐维修的费用较高。而选用防腐年限在50年以上的防腐做法,对于住宅建筑来说造价偏高,需要开发更为经济符合住宅建筑的防腐做法。


(2)防火

虽然钢材不可燃,防火性能好,但是钢结构耐火性较差。钢结构置于火焰中时容易产生材质性能的变化,当钢材表面的温度高于600度时,钢材性能可能会完全失效,造成整个结构的不稳定和坍塌,防火性也是影响钢结构住宅发展的一个重要因素。


4.结语

装配式钢结构住宅,可以实现构配件生产产品化、现场组装机械化、便于实现对全部结构的信息化管理,可以减少建筑垃圾,减少建筑施工对环境的不良影响,提高建筑质量,材料回收利用率高,符合建设生态文明社会的需要,将会在未来市场中得到越来越多的使用。另一方面,由于装配式钢结构住宅在我国处于刚刚起步阶段,尚需解决一些制约钢结构住宅快速发展的问题。