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開發鋼結構住宅，促進產業化發展

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:10 [收藏]

    開發鋼結構住宅，促進產業化發展
    （中國建筑科學研究院 王明貴，北京 100013）


    [摘要] 本文總結了我國鋼結構住宅技術開發的經驗，根據我國國情，提出了鋼結構住宅技術開發的發展方向。

    [關鍵詞] 鋼結構住宅，住宅產業化，住宅建筑節能


    1.前言
    　　從建設部科技司于2001年開始對鋼結構住宅科研立項，到現在已有4年的時間。全國鋼結構住宅技術開發工作現在進展的如何，我國鋼結構住宅技術開發的方向是什么，在此談一點個人看法，旨在交流鋼結構住宅技術開發經驗，較好地實踐鋼結構住宅建筑技術，促進我國住宅產業化的發展。

    2、鋼結構住宅概念提出的背景和現實意義
    　　回顧當初提出鋼結構住宅概念的背景，正確理解開展鋼結構住宅的意義，對今后開展鋼結構住宅技術工作的方向是有益的。
    　　早在1999年前后，我國住宅建筑飛速發展，強勁地拉動了國民經濟的增長。但是，我國住宅建筑技術落后，處于粗放型生產階段。勞動生產率僅為發達國家的四分之一；建筑材料的水平和檔次低，仍以傳統的材料為主，新型墻體材料所占比例很低；住宅使用的多種設備、制品的模數協調體系尚未形成，各種產品的標準化、通用化水平差；建筑成本高、質量差、生產周期長、住宅能耗大、生態環境質量惡化。這種狀況很難滿足居民對住宅數量與質量的雙重要求，也不能滿足住宅產業成為經濟增長點的要求。為加速住宅建設從粗放型向集約型轉變，國務院發布了《關于推進住宅產業現代化，提高住宅質量的若干意見》（國辦發[1999]72號），從指導思想、主要目標、產業框架體系、組織實施等方面逐一闡明，勾畫出實現住宅產業化系統工程遠大目標的工作思路和方法途徑。明確提出要開發和引進先進的住宅建筑體系和成套的工程技術，提高住宅建設的工業化水平和標準化水平、節能高效，全面提高住宅質量，從而以此形成產業鏈，帶動相關行業的發展，形成國民經濟可持續的增長點。為貫徹實施72號文件，建設部等四個部委局于1999年12月6日聯合發出了《關于在住宅建設中淘汰落后產品的通知》，其中實心粘土磚被列為禁用的產品之一，人們開始尋求新的建筑替代材料。
    　　另一方面，我國鋼產量猛增，從1996年起，年產量超過億噸。由于鋼產量的增加，從而鼓勵建筑用鋼，原冶金局和建設部成立了“用鋼協調小組”，制定了國家建筑鋼結構產業“十五”計劃和2015年發展規劃綱要，提出了鋼結構住宅的概念。鋼結構是易于產業化的，它容易實現設計的標準化、構配件生產的工廠化、施工機械裝配化，能做到系列化開發、集約化生產、社會化供應。并且鋼結構抗震性能好、施工速快、鋼材可回收再利用。另外，鋼結構屬于技術密集型行業，開發鋼結構住宅，有利于提高我國建筑行業整體技術進步。建設部于2000年8月在北京召開全國第一屆鋼結構住宅技術開發研討會，提出“打基礎促發展，抓配套促應用，抓試點帶產業”的工作方針。
    　　2001至2002年間，建設部科研立項40多個支持研發鋼結構住宅技術，并頒發了《鋼結構住宅建筑產業化導則》，用以指導各地的鋼結構住宅研發。2004年開始制定《鋼結構住宅設計規程》等有關文件。所以，我國鋼結構住宅的出現，除了社會經濟發展這一主要因素外，還有政府部門的政策導向和積極推動作用。
    　　從以上記載可以看出，我國開展鋼結構住宅技術開發，具有推行住宅產業化、提高住宅質量的劃時代意義。隨著國民經濟的發展，我國已具備推行住宅產業化的條件，也是社會可持續發展的要求。而鋼結構住宅只是住宅產業化的其中一種形式，它有利于我國建筑行業技術進步，有利于拉動冶金行業內需和促進節能環保型建材的開發。
    　　近幾年強勁的市場需求，拉動了我國鋼鐵工業和鋼結構建筑行業快速增長。2005年，我國鋼產量達到3.52億噸，建成了一大批鋼結構建筑。隨著大型公共建筑高潮的回落，鋼材的價格在回落，鋼結構用于住宅建筑成為必然。
    　　當前，中央提出科學發展觀、建設節約型社會，在量大面廣的住宅建設中，要做到“節能、節地、節材、節水、節電和環境保護”（簡稱“四節一環保”）。因為，中國現有建筑400多億平方米，預計到2020年還將新建約300億平方米，建筑不僅需要用大量的土地，而且在建造和使用過程中直接消耗能源占全社會總能耗的30%，在建材生產中的能耗為16.7%，還有用水占城市用水的47%，等等。我國人口眾多，人均資源相對匱乏：煤炭、石油、天然氣、可耕地、水資源和森林資源的人均擁有量僅為世界平均值的約1/2、1/9、1/23、1/3、1/4和1/6。僅從能耗上分析，據專家預測，到2020年，如果城鎮建筑全部達到節能標準，每年可節省3.35億噸標準煤，空調高峰負荷可減少8000萬千瓦時，約相當1998年到2002年5年新增電力裝機容量的總和，相當于4.5個三峽大壩的發電量，相當于國家每年可減少電力建設投資約1萬億元。巨大的能耗行業，有著巨大的節能潛力和巨大的社會效益。出路在哪里？在于開發新的節能墻體建材和新的建筑體系。當粘土磚被禁用后，只剩下鋼筋混凝土一種結構體系，而且砂石和水泥對資源和環境都不利，又不能回收再利用，與其配套的維護體系基本上達不到節能50%的要求（包括各種幕墻建筑）。而開展鋼結構住宅建筑技術開發，可促進節能環保、廢舊利用的新型墻體建材的開發和應用。開發鋼結構住宅就是開發新型墻體和節能建筑體系。

    3、國外鋼結構住宅情況
    　　國外利用鍍鋅輕鋼龍骨作為承重結構建造住宅已有近30年的歷史，由于這種結構自重輕，抗震、保溫、隔熱性能好，建造速度快，在美國、加拿大、澳大利亞等國得到廣泛利用。
    1）北美輕鋼結構住宅：
    北美輕鋼結構住宅是在木結構住宅的基礎上派生出來的，在北美小住宅市場上約占20%的份額。房屋骨架用鍍鋅輕鋼龍骨制成，一般為二層左右的獨戶或聯排式住宅（圖1）。其中，美國各地已建成的住宅、旅館、公寓約300萬平方米，在俄亥俄、印地安那、伊利諾伊等非地震區，也有在加利福利亞、佛羅里達等地震區。既有鍍鋅輕鋼龍骨的，也有部分采用熱軋型鋼加強的，還有混凝土結構作為地下車庫的混合結構體系。北京居其美業西式房屋技術開發有限公司引進該項技術，在北京市昌平區小湯山鎮建成了20多萬平方米17個戶型的低層獨立住宅建筑，并為其制定了技術標準和施工驗收規程。現在，美國也用于建造四層甚至六層的公寓，如1999年建成的位于華盛頓州8層輕鋼結構的假日酒店，在西雅圖和加拿大不利顛哥倫比亞省的多層輕鋼結構公寓，每平米用鋼量在33～36kg。美國有專門的生產鍍鋅輕鋼龍骨房屋體的企業百余家，其中較著名的是華新頓（worthington）工業公司下屬的迪特瑞馳（Dietrich）公司，他們年生產鍍鋅輕鋼構件450萬噸，并開發了迪特瑞馳建筑體系（Dietrich Building System），簡稱DBS體系。DBS技術體系可以建造多層輕鋼結構住宅，墻體采用C型輕鋼龍骨兩面夾紙面石膏板，樓板采用C型輕鋼龍骨鋪20厚纖維水泥板，都用玻璃棉填充起到保溫隔音的作用。

    2）日本的薄板鋼骨住宅建筑：
    　　日本的薄板鋼骨建筑是使用鍍鋅冷彎型鋼的非焊接結合的新建筑工藝，也被稱作鋼結構2×4，是一種板肋結構的住宅工藝（圖2）。2×4是北美的傳統住宅工藝：用2×4英寸為基本尺寸的木材(lumber）制作框架，再用釘將膠合板等面材固定其上，構成墻板、樓板，進行箱形組裝的工藝。而薄板鋼骨建筑則是將框架材料由木材替換為鋼材厚度1.0?左右的鍍鋅冷彎型輕鋼龍骨的住宅，其墻體、樓板、屋架的型鋼兩側安裝膠合板、石膏板等各種材料，依此通過其復合截面結構的整體實現結構性能、防耐火性能、耐久性能、保溫性能、隔音性能和其他各種性能。

    1994年11月，日本通商省產業制鐵課主辦的城市鋼鐵（Urban Steel）研究會上，薄板鋼骨建筑成為主題之一，以社團法人鋼材俱樂部為事務局，由6家鋼鐵生產商（新日鐵、NKK、川崎制鐵、住友金屬工業、神戶制鐵所、日新制鋼）參加著手研發。1996年1月，6家公司在鋼鐵俱樂部設置薄板鋼骨建筑委員會，正式開展關于結構性能、防耐火性能、耐久性能、保溫性能、隔音性能等多方面的共同研究和開發活動，其研發的成果就是“KC型薄板鋼骨建筑”。薄板鋼骨建筑是將鋼鐵的優勢和板肋工藝的優勢組合起來的結構，采用“通氣層+外保溫”的標準保溫方法。通過進行建筑物實體等大小實驗、剪力墻的抗剪耐力實驗、地震模擬（振動實驗），科學地證明了抗震性能、抗風性能以及抗雪載性能，并且實現了能夠保證達到建筑基準法所定各基準值的1.5倍、1.2倍及1.2倍性能的設計方法。結果在2000年日本制定的《住宅品質確保促進法》性能評價制度評估中，抗震性能等結構強度、耐久性能、節能性能等所有項目上都獲得了最高等級。日本的城鎮，住宅密集，建筑物間隔狹窄，這樣各個建筑物都需要具有防耐火性能。為此，進行主體結構主要材料薄板輕鋼龍骨的火災模擬高溫失穩實驗，明確了耐火特性，同時也明確了墻板、樓板、屋架的性能，并且實現了可保證60分鐘準耐火性能（可耐受60分鐘火熱的性能）的規格配置。已通過實驗證明，采用外保溫方式，將基礎到屋面的外側用足夠厚度的保溫材料嚴實地包裹起來，即使是冬季的早晨也會感覺溫暖，而且北側的儲物間也無需擔心結露。實際已證明還可比現在減少50%（東京地區可節能約40%）的采暖制冷能耗，實現了健康舒適的生活空間。在此基礎上，通過對鍍鋅鋼板和自攻螺絲結合部的復合循環實驗以及實際房屋中的腐蝕環境測定，證實了耐久性能，并且實現了可保證3代（約75年~90年）的耐久性能（性能評價制度的最高等級）規格配置。2001年11月，日本國土交通省制定了關于薄板輕鋼龍骨結構的技術標準通告第1641號，由此，包括薄板鋼骨建筑的薄板輕鋼龍骨結構建筑物作為一般工藝被“正式地”納入到建筑基準法體系當中，可適用范圍也隨之得到迅速擴大。以此為契機，6家鋼鐵制造商結束了共同研發，從2002年開始，依據通告內容，各公司面向超越KC型的極限而更加發展，分別致力于各自技術、工藝的開發。
    　　日本積水化學工業株式會社設在崎玉縣的工廠擁有兩條每48分鐘即可制造出 1 幢住宅的生產線，運到現場后、進行裝配（圖3）。北京北新建材集團與日方合作開發輕鋼住宅體系，外墻板采用北新集團自產的15mm厚“金邦板”作為防護、裝飾面層。

    4、我國鋼結構住宅開發的現狀和存在的問題
    　　2005年12月份，建設部住宅產業化促進中心組織了全國鋼結構住宅實施情況調查，所到城市有北京、上海、天津、南京、唐山、石家莊、青島、馬鞍山、紹興和昆明，參觀了12個鋼結構住宅項目，與8個相關單位進行了座談。這次調研時間短、不夠全面，結合平時所了解的情況，現狀是：
    　　1）、在認識上，都認為鋼結構住宅是一種先進的建筑技術，是社會經濟發展和科技進步在建筑業的產物，符合住宅產業化以及建筑資源可持續發展的要求。鋼結構具有抗震性能好、施工速度快、可循環再利用的優點，屬技術密集型產業，結合保溫隔熱、廢舊利用的新型墻體建材的開發，能夠做到“節能省地”和環保建筑的要求。在粘土磚被禁用以及每年數億噸鋼產量的國情下，并且鋼結構標準規范和住宅的相關標準規范都較齊全，開發鋼結構住宅建筑體系是可行的和必要的。
    　　（2）、鋼結構住宅工程不多，住宅產業化基本沒有形成。形式上有高層鋼結構住宅（圖4），也有從國外引進的成套C型鋼技術建低層鋼結構住宅的，如圖5，也有用H型鋼建造的低層鋼結構住宅，如圖6。這次調查涉及到的工程有141.6萬平方米（表1），以國產H型鋼結構體系居多，用砌塊填充的造價與鋼筋混凝土結構基本持平。據了解，近幾年來全國已建成的鋼結構住宅竣工面積約在300～500萬平方米左右。
    　　（3）、企業綜合能力差別大。萊鋼建設公司（國企）一直在市場中做鋼結構住宅工程，據介紹已經做了鋼結構住宅工程180多萬平方米，有低層建筑，也有多層和高層建筑。他們有自己的房地產公司、設計院、施工隊伍和高校參與的研發機構等產業鏈，實踐了各種鋼結構體系，如H型鋼的、鋼管的和鋼混組合的結構體系，但對新型墻體建材開發及其建筑技術研究成果尚未走向應用階段。他們做的最多，但仍有許多技術和管理待完善；紹興地區有個寶業集團，他們產業鏈齊全，有房地產、建材、工程隊、研究院等公司，也有高等院校參與和國外技術合作，以寶業集團為創新主體，“產學研”結合，對住宅產業化理解較深刻和全面，投巨資搞住宅產業成套技術開發，雄心勃勃，他們的試點工程效果較好；馬鋼做了兩棟高層鋼結構住宅試點工程，研究工作較細致，但他們把此僅作為技術儲備，企業另有發展大業。杭蕭投資10億元開發鋼結構住宅成套技術和產品，投產了高頻焊接矩形鋼管生產線、德國“漢德榜”板、樓板用鋼筋桁架自動生產線等硬件設施，并請專家會商發展大計和具體研究，有自己的研發機構、專家顧問和科研合作伙伴。他們產業鏈齊全，資金雄厚，技術力量強，領導層決心大。2003年杭蕭鋼構取得國內鋼結構行業的首張上市通行證，2500萬A股在上證所掛牌上市，他們將所募集的資金全部投入于鋼結構住宅建筑的實施開發工程。現正在建設武漢世紀家園鋼結構住宅項目，這個項目總占地7.26萬平米，總建筑面積22.97萬平米，其中3棟樓為點式住宅，7棟樓為22?24層板式住宅，均為一類高層建筑，該項目除了全部以鋼結構作為主體外，還將采用由杭蕭鋼構自主開發的自承式樓承板和CCA隔音、保溫、防火、防水內外墻板。另外，還有精工、寶鋼、首鋼等各自的某個下屬企業也在進軍鋼結構住宅領域。其他的企業或單位沒有綜合開發能力，他們或是搞建材的（墻板、砌塊、H型鋼等）或是搞設計的或是搞研究的，技術或產品單一，形成不了產業鏈，找不到合作單位或工程項目，依賴性強，不能成為創新主體。

    　　2003年北京建委委托市節能墻改辦組織專家進行了一次全國性鋼結構住宅情況調研，圍繞三個問題：要不要在北京發展推廣鋼結構住宅體系？存在什么問題？如何解決？歷時半年，走訪了北京、上海、天津、山東、安徽和福建等地，考察了20個工程項目。結論是：鋼結構住宅是先進的生產力和可持續發展原則在建筑業的重要體現，北京市發展鋼結構住宅具有良好的前景。并建議重點應放在多層和小高層住宅上，采用節能65%的設計標準。并且在初期階段不能一味強調“全裝配”，一概排斥“濕作業”。產業化和市場化是一個互動的過程。這些結論今天仍然有效。當時存在的主要問題是技術（缺乏）和價格（鋼材漲價）。
    　　2005年的調查情況表明，鋼結構住宅的技術和價格不是主要問題，隨著市場的發展這些問題會逐漸解決的，主要是經營問題，是市場培育問題，也就是發展方向問題。因為多數單位沒有繼續做下去，存在的主要問題是：１）沒有形成產業鏈。“產、學、研”脫節，“技、工、貿”不統一。搞技術開發的在市場中找不到工程實踐，拿著“金飯碗”討飯，使技術得不到市場檢驗和完善，搞不下去。２）產品（或部品）不配套。片面地理解鋼結構住宅就是鋼結構，忽視了住宅建筑功能，解決不了與鋼結構配套的、滿足住宅功能的、具有安全性耐久性和實用性的維護結構和技術，其結果還是搞不下去。具體原因還可分析出很多條，但歸根結底是上述兩條根本的癥結所在。解決好這兩條，就是鋼結構住宅的發展方向。

    5、鋼結構住宅的發展方向
    　　通過幾年來的實踐，人們清醒地認識到，鋼結構住宅技術開發要做一些應用性基礎研究，不能片面地理解鋼結構住宅就是鋼結構。配套部品的開發要跟上，是一個系統工程，具有產業化的性質，要逐步發展完善。
    　　企業是創新主體，他們是向望新技術、向望產業化的。科研部門搞技術開發一定要與企業結合，融入到企業中去，成為企業的技術支持，這樣的技術開發才有生命力。企業自己做研發，不一定有專業齊全的人才，與科研院所、高等學校結合是最現實的道路。搞鋼結構住宅技術開發的企業一定要是房屋公司，其產品是房屋，具有企業品牌。技術研發、建材研制、房屋建設各環節不能間斷，從而形成產業鏈。也就是要搞產業化。
    　　鋼結構只占鋼結構住宅的20－30％的造價，而且技術成熟，單純的鋼結構公司搞鋼結構住宅是不現實的。鋼結構住宅的關鍵技術是維護結構，主要是墻體建材及其建筑技術。目前也有用砌塊填充的，這當然是一種很好方式，技術成熟，有規范可依，易于竣工驗收，在鋼結構住宅開發初級階段，是可行的、有經濟效益的。研制單塊墻板材料容易滿足要求，但拼裝成墻體后的建筑功能滿足是關鍵。要求它質量輕、強度高、保溫隔熱性能好、安裝可靠、經久耐用、經濟合理，這是有一定難度的集“建材、生產、應用”于一體的綜合技術。雖然也有較好墻板建材，但目前由于市場開發不好，呈現出生產線落后、安裝應用不可靠或粗制亂造，裂縫處理不好。另外，開發鋼結構住宅要以鋼結構為載體，應用節能、節電、節水新技術充實，建造節能環保住宅建筑。尤其是要應用新型節能墻體和屋面的保溫隔熱技術和產品、節能門窗的保溫隔熱和密閉技術、熱電暖聯產聯供技術、供熱采暖系統溫度調控和分戶計量技術、太陽能或地熱等可再生能源應用技術及設備。
    　　鋼結構住宅既然與住宅產業化有關，就要解決一個認識問題：產業化是一個過程，是一個系統工程，要循序漸進。在研發初級階段，不要完全排除濕作業，不要追求全裝配化。把產業化理解為裝配化也是片面的。企業要講經濟效益。循序漸進、滾動發展、有利可圖才能持久。
    　　當前要關注國家產業政策，要響應節能省地、綠色建筑、廢舊利用、循環經濟等科學發展觀的號召，才能得到政府的政策支持。在我國，宜開發多層和高層鋼結構住宅，且用H型鋼或鋼管建造，使承重結構與維護結構分開，各司其職，具有中國特色的鋼結構住宅。
    　　總之，搞鋼結構住宅技術開發，要以企業為龍頭，產學研結合、技工貿一體、產業鏈齊全，房屋產品為最終目標，構建企業房屋品牌。

    6、建議
    　　為了培育鋼結構住宅市場，把有關的各類企業和科研單位都納入發展軌道，建議成立“鋼結構住宅企業聯盟”，任務是：牽線搭橋、信息共享、聯合攻關、共同發展。目標是：以鋼結構住宅為載體，開發新型節能墻體和環保建筑體系，推行住宅產業化，促進建筑行業技術革新。具體實施細則另議。

    7、總結
    　　開展鋼結構住宅技術開發，將促進我國住宅建筑材料創新和建筑技術科技含量以及建筑方式的轉變，盡管它在市場中占有量少，但標志著國家建筑科學技術的進步，標志著建筑從工地走向工廠，是我國實現工業化乃至現代化的組成部分。目前的狀況不是市場不接受鋼結構住宅，而是我們的研發工作沒有做好，滿足不了市場的要求。但是只要方向正確，技術問題總是可以逐步解決的。


    參考文獻
    [1] 王明貴，張莉若，“住宅產業化與鋼結構住宅”，《鋼結構》，2001.12。
    [2] 建設部，“鋼結構住宅建筑產業化技術導則”，2001。
    [3] 王光燾，“建設節約型社會，必須抓好建筑‘四節’”，《住宅產業》，2005.06。
    [4] 童悅仲 婁乃林，“美國的多層輕鋼結構住宅”，《住宅產業》，2004.11。
    [5] 橋本伸一郎，“薄板鋼骨建筑在日本的研發和普及”，《住宅產業》，2004.11。
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