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新型結構體系亟待創(chuàng )新

作者：鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2011-08-23 10:01:15 [收藏]

    關(guān)鍵詞：創(chuàng )新 亟待 體系 結構
        造房子能否像搭積木一樣簡(jiǎn)單快捷又節能環(huán)保呢？一項全新的新型全預制混凝土裝配技術(shù)(NPC)讓這成為可能。從國內第一幢利用此技術(shù)建造的中南世紀城33號樓揭開(kāi)面紗，至中南世紀城36號全預制裝配式小高層結構封頂，中南集團研發(fā)并實(shí)施的中國首批4幢全預制裝配式小高層住宅在江蘇海門(mén)建成，實(shí)現了真正像搭積木一樣蓋樓，為新的建筑結構體系增添了新的工程案例。

        “搭”起來(lái)的房子

        中南集團南通建筑總承包公司在兩年前開(kāi)始引進(jìn)澳大利亞康諾克預制技術(shù)及日本的抗震技術(shù)，經(jīng)過(guò)消化、吸收、改進(jìn)和研發(fā)，形成了新型建筑結構體系。這一技術(shù)采取工廠(chǎng)機械化生產(chǎn)、現場(chǎng)裝配的形式進(jìn)行建筑施工，與目前國內的現場(chǎng)施工澆筑的施工工藝相比，具有節能環(huán)保、縮短施工期、縮減施工成本的特點(diǎn)。

        據中南集團相關(guān)負責人介紹，采用新型全預制混凝土裝配技術(shù)，一方面施工時(shí)不需要搭建專(zhuān)門(mén)的腳手架；另一方面，在工廠(chǎng)機械化生產(chǎn)部件可以大大減少水泥等原材料的流失，而且比現場(chǎng)澆筑出的部件更加規整、堅固，表面光滑，無(wú)需粉刷，直接涂敷涂料就行。由于生產(chǎn)好的部件運到工地就可拼裝，不需現場(chǎng)澆筑，只需在接縫和榫頭處進(jìn)行縫合施工，這樣可以保持工地的整潔有序，最大限度地降低建筑施工噪聲污染。

        據初步測算，采用這一技術(shù)建成的33號樓地上部分共9層，與常規施工相比，材料可以減少30%以上，工人可以減少30%~40%，工期可縮短1/3。而且，如果將這一技術(shù)在10層以上高樓全面推廣、成批建設，效益會(huì )進(jìn)一步得到提升。

        鋼筋混凝土結構的遺憾

        建筑結構體系是建筑的骨架。我國的結構體系非常豐富，從較原始的土結構、石結構、木結構到以后的磚結構、鋼筋混凝土結構、鋼結構、膜結構、組合結構，無(wú)所不有。它的取用決定于資源、價(jià)格成本、結構形式、氣候條件、文化基礎等多種因素。

        長(cháng)期以來(lái)，我國房屋建筑主要采用兩種結構形式，即砌體結構(普通實(shí)心磚、空心磚、砌塊)和鋼筋混凝土結構(框架、框支、框剪、框筒、筒中筒)。

        改革開(kāi)放前，房屋建筑以多層砌體結構為主，約占80%～90%左右。黏土磚曾經(jīng)是我國千百年來(lái)的主要建筑材料。上世紀90年代初，黏土磚生產(chǎn)集中的地區窯坑遍布，生態(tài)環(huán)境惡化。為了避免毀田燒磚，實(shí)現經(jīng)濟與社會(huì )的可持續發(fā)展，國家的墻改政策強制出臺，在170個(gè)城市禁止使用實(shí)心黏土磚，千百年沿用的“秦磚漢瓦”，從建筑施工中逐漸“退役”，鋼筋混凝土結構遂成為我國新建工程中的主導結構。

        國外研究表明，鋼筋混凝土建筑的耗能量，為鋼結構建筑的1.2倍，其耗能所產(chǎn)生的CO2排放量為鋼結構建筑的1.4倍，可見(jiàn)鋼筋混凝土建筑對地球環(huán)保有很大的殺傷力。而且，鋼筋混凝土建筑構件的斷面大，要消耗大量的砂石、水泥和水，導致國土流失；當其壽終正寢，拆除解體時(shí)，其廢棄的渣塊屑又難以回收再利用，造成環(huán)境的大負荷，拆解中的揚塵再次沖擊環(huán)保。

        其次，由于鋼筋混凝土結構自重大，對基礎提出了更高的要求。目前我國的高層建筑幾乎都采用鋼筋混凝土樁基礎，視土質(zhì)地層情況，打入地下不同深度，用支承和摩擦兩種方式把上部結構托起來(lái)。一般來(lái)講基礎工程占土建造價(jià)的1/3左右，它的最大弊端是在地下空間建立混凝土森林，給我們的城市地下空間開(kāi)發(fā)設置了很大的障礙，破壞了地下空間環(huán)境。如上海市約有6000幢高層，樁大致有40余米和60余米兩種規格，在修建上海地鐵時(shí)，規劃線(xiàn)路遇到很大的麻煩，暴露了很大的負面效應。

        最后，由于我國對鋼筋混凝土結構的施工方法還在沿用現澆施工法，伴隨而生的是建材浪費、現場(chǎng)的噪聲及空氣污染、大量的廢棄物、模板周轉率低下、工程質(zhì)量問(wèn)題時(shí)有發(fā)生等一系列與綠色建筑背道而馳的現象。

        結構體系多元化

        國外學(xué)者已明確鋼筋混凝土結構體系為非綠色建筑，我國目前還是主導結構。當前，這是剖析我國綠色建筑中的首當其沖的大問(wèn)題，也是重新審視我國建筑結構體系的大好機遇。

        砌塊建筑在我國已有幾十年的發(fā)展史，時(shí)興時(shí)落。這種體系的最大優(yōu)點(diǎn)是充分利用廢渣廢料(粉煤灰)及地方資源，制作方便，便于在砌體結構中豎向配筋，不僅用來(lái)蓋多層，還可蓋高層，價(jià)格不高，施工簡(jiǎn)單。不毀田，又利廢，還節能，且耐久，與其他建材相比，可歸類(lèi)于綠色建筑。

        發(fā)達國家的輕鋼結構(壁厚于小4mm)發(fā)展甚快，尤其近年來(lái)已從低層結構發(fā)展到多層結構，甚至于中高層結構(7-9層)。這類(lèi)結構除了重量輕省料、所用的材料均屬再生材料外，大量的構件系工廠(chǎng)化生產(chǎn)，能保證工程質(zhì)量，施工周期短，是典型的綠色建筑。

        木結構理所當然地屬綠色建筑。一方面我國的林業(yè)科學(xué)發(fā)展迅速，提供“速成林”的木材給建筑使用；另一方面，西方國家在我國加入世貿組織后，出于他們的生態(tài)平衡，急需伐樹(shù)出口到中國，價(jià)格合理的話(huà)，也可視作能接受的一種結構體系。

        膜結構僅局限于部分公共建筑的應用。近年來(lái)膜結構工程已經(jīng)在全國各地如雨后春筍般建立起來(lái)：1995年建造了第一個(gè)面積為3300平方米的典型膜結構工程；從1996年至2001年，六年內建造的膜結構估計達37萬(wàn)平方米。由于一些大型體育場(chǎng)的建成，及一些體育、休閑、展覽、航空港、機庫等大空間和超大空間建筑物的膜結構工程日漸增多，膜結構的建設正在以平均每年20%的速度增長(cháng)。由于工程實(shí)踐的數量較多，我國的膜結構行業(yè)也已步入了規范、有序的管理狀態(tài)。2004年8月1日《膜結構技術(shù)規程》正式頒布實(shí)施。至今，在我國建成的膜結構工程已近千項，膜結構企業(yè)也發(fā)展到近百家。

        綠色建筑提出了建筑結構體系選擇的新問(wèn)題。要創(chuàng )造出一種新的結構體系絕非易事，在可持續發(fā)展的新形勢下，結構工程師要做出新的抉擇。

        建筑工業(yè)化：建筑業(yè)的發(fā)展方向

        建筑工業(yè)化生產(chǎn)的口號時(shí)起時(shí)伏呼吁幾十年，始終沒(méi)落到實(shí)處。今天我們討論綠色建筑之際，還得反思工業(yè)化生產(chǎn)的老問(wèn)題。以工業(yè)生產(chǎn)工藝的方式興建建筑物，也就是將建筑物的部品工業(yè)化、預制化、規格化，以及采用自動(dòng)化機具來(lái)施工。

        荷蘭建筑大師尼古拉斯・約翰・哈布瑞肯于1964年就住宅的工業(yè)化體系提出大眾(集合)住宅的設計理論：住宅體系=支撐體(共性)+可拆合單元(個(gè)性)。支撐體是屬于大眾共同決定的實(shí)體部分，實(shí)現途徑是采用標準化的工業(yè)化手段獲得高質(zhì)量、高效率、高經(jīng)濟效益；可拆合單元則是屬于個(gè)人所控制的空間領(lǐng)域，實(shí)現途徑是部件化、模數化、多品種。

        工業(yè)化生產(chǎn)與現澆施工相比較，減少了許多不必要的建材浪費，同時(shí)可減少施工的粉塵、噪音及光污染。臺灣學(xué)者的研究數據表明，現場(chǎng)施工鋼筋混凝土每平方米樓板面積會(huì )產(chǎn)生1.8公斤的粉塵和0.14公斤的固體廢棄物，在日后拆除階段則產(chǎn)生1.23公斤的固體廢棄物。有人統計正常的工業(yè)化生產(chǎn)可減少工地現場(chǎng)廢棄物三成，減少施工空氣污染一成，減少5%的建材使用量，對環(huán)境保護意義重大。

        工業(yè)化生產(chǎn)應劃入綠色建筑涵義范疇。隨著(zhù)我國房地產(chǎn)市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，近期工業(yè)化生產(chǎn)有上升的趨勢。有發(fā)展眼光的開(kāi)發(fā)商在做大做強的同時(shí)，嘗試模式創(chuàng )新，他們在圖謀部品化→工廠(chǎng)化→產(chǎn)業(yè)化的建房模式，這的確是綠色建筑的發(fā)展途徑。

        建筑工業(yè)化，首先應從設計開(kāi)始，從結構入手，建立新型結構體系，包括鋼結構體系、預制裝配式結構體系，要讓大部分的建筑構件，包括成品、半成品，實(shí)行工廠(chǎng)化作業(yè)，減少施工現場(chǎng)作業(yè)。多層建筑應由傳統的磚混結構向預制框架結構發(fā)展；高層及小高層建筑應由框架向剪力墻或鋼結構方向發(fā)展；施工上應從現場(chǎng)澆筑向預制構件、裝配式方向發(fā)展；建筑構件、成品、半成品以后場(chǎng)化、工廠(chǎng)化生產(chǎn)制作為主。

        節能型建筑結構體系是近年來(lái)快速發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)群體，這些技術(shù)的共同特點(diǎn)包括可以取代磚混結構及黏土制品，可以保護耕地、節約能源；在建筑物全生命周期內不需要對保溫層進(jìn)行維護、維修；有很好的抗震性能；實(shí)現了工廠(chǎng)化生產(chǎn)，有70%的構件可以在工廠(chǎng)生產(chǎn)，施工方便快捷；適用于各種氣候帶，可以抗颶風(fēng)；實(shí)現了空間靈活分割。

        在新型結構體系中，應盡快推廣建設鋼結構建筑，應用預制混凝土裝配式結構建筑，研發(fā)復合木結構建筑。

        我國新型建筑結構還處于成長(cháng)時(shí)期，超大跨度復雜結構的工程實(shí)踐還不多；一些代表國際發(fā)展方向的新型體系在我國則還處于空白或學(xué)習階段。主要表現在建筑設計與結構技術(shù)嚴重脫節、結構形式還比較拘謹單一，較少大膽創(chuàng )新之作，說(shuō)明新穎的建筑構思與先進(jìn)的結構創(chuàng )造之間尚缺乏理想的有機結合;一些有巨大前景的新穎結構形式如索網(wǎng)、索穹頂、整體張拉體系、可開(kāi)合結構等在國外已有不少成功的工程實(shí)踐，在我國則還處于空白或起步階段。

        經(jīng)過(guò)十年來(lái)的迅速發(fā)展，我國新型建筑結構的發(fā)展急需努力躍上新臺階，需要大膽創(chuàng )新，擯棄簡(jiǎn)單抄襲和模仿，注重建筑與結構的有機結合，努力創(chuàng )造精品。這一新臺階包含材料和生產(chǎn)條件等技術(shù)問(wèn)題，也包含尚未很好解決的一些理論問(wèn)題。我國新型建筑結構進(jìn)一步的發(fā)展，還有待科技工作者和建筑產(chǎn)業(yè)鏈上的所有企業(yè)加倍努力。
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