中國建筑金屬結構協(xié)會(huì )
建筑鋼結構分會(huì )主辦
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同樣的建筑面積，采用鋼結構建造的房屋使用面積較其他結構形式的要多，這是由于鋼結構建筑的特性而決定的。杭蕭鋼構股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)杭蕭鋼構）是住房和城鄉建設部認定的鋼結構行業(yè)的第一家“國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地”，也是在鋼結構住宅領(lǐng)域取得較好成績(jì)的一家企業(yè)。本版自今日起連續刊登杭蕭鋼構集團副總裁兼總工程師楊強躍等撰寫(xiě)的《鋼結構住宅產(chǎn)業(yè)化的探索》一文，敬請關(guān)注。——編者
一、住宅產(chǎn)業(yè)化
住是人類(lèi)生活的四大要素之一，人生的2/3時(shí)間在住宅及其周?chē)木幼…h(huán)境中度過(guò)，因此，住宅是需要為人類(lèi)提供具有安全性、居住性、耐久性、環(huán)境性能和經(jīng)濟性等性能和功能的產(chǎn)品。
隨著(zhù)城鎮化的快速發(fā)展，國內對住宅的需求持續呈上升態(tài)勢，住宅產(chǎn)業(yè)也成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。筆者認為，實(shí)現住宅產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，提高住宅產(chǎn)品的質(zhì)量，節約能源消耗，符合我國目前可持續發(fā)展的戰略需求。
根據聯(lián)合國經(jīng)濟委員會(huì )的定義，“產(chǎn)業(yè)化”的特點(diǎn)有6個(gè)：
一是生產(chǎn)的連續性；二是生產(chǎn)的標準化；三是生產(chǎn)過(guò)程各階段的連續性；四是工作高度組織化；五是盡可能用機械代替人的手工勞動(dòng)；六是生產(chǎn)與組織的一體化研究與實(shí)驗。
結合住宅建筑的特點(diǎn)，即把住宅納入社會(huì )化大生產(chǎn)的范疇，以住宅建筑為最終產(chǎn)品，做到住宅開(kāi)發(fā)設計定型化、標準化，建造施工部件化、集約化、裝配化，生產(chǎn)管理信息化，以提高住宅建筑產(chǎn)品的質(zhì)量、提高生產(chǎn)的效率、延長(cháng)住宅建筑的壽命、降低生產(chǎn)成本、降低生產(chǎn)過(guò)程中所需的能耗。
二、國內外住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現狀
國外住宅產(chǎn)業(yè)發(fā)展總的特征是按工業(yè)化方式組織生產(chǎn)。從二戰后到20世紀60年代，住宅工業(yè)化遍及歐洲各國，并擴展到美國、加拿大、日本等經(jīng)濟發(fā)達國家。此后，住宅工業(yè)化建設從數量的發(fā)展向質(zhì)量提高方向過(guò)渡。進(jìn)入20世紀80年代后，隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟、文化的發(fā)展，人們對居住要求的提高，住宅工業(yè)化開(kāi)始轉向注重住宅功能和多樣化的工業(yè)化方向發(fā)展，住宅體系由專(zhuān)用體系向通用體系轉變。
法國是世界上推行建筑工業(yè)化最早的國家之一，他們創(chuàng )立了以全裝配式大板和工具式模板現澆工藝為標志的“第一代建筑工業(yè)化”，并向發(fā)展通用構配件制品和設備為特征的“第二代建筑工業(yè)化”過(guò)渡。建筑體系由住宅向學(xué)校、辦公樓、醫院、體育及俱樂(lè )部等公共建筑發(fā)展。
瑞典是世界上住宅工業(yè)化最發(fā)達的國家之一，其80%的住宅采用以通用部件為基礎的住宅通用體系。
丹麥是世界上第一個(gè)將模數法制化的國家，大量居民住宅也采用多樣化的裝配式大板體系。
英國的住宅產(chǎn)業(yè)化水平也很發(fā)達，采用的建筑結構形式是多元化的，并建造了一定數量的多高層鋼結構住宅，如倫敦Raines庭院。
前蘇聯(lián)及東歐一些國家在20世紀50～60年代以裝配式大板住宅建筑體系為主，現正在探索標準構件的通用化體系，同時(shí)也結合各國的具體條件，適當發(fā)展現澆和現澆裝配相結合的工業(yè)化住宅體系。
美國住宅建筑市場(chǎng)發(fā)育完善，住宅用構件和部品的標準化、系列化及其專(zhuān)業(yè)化、商品化、社會(huì )化程度很高，幾乎接近100%，各種施工機械、設備、儀器等租賃化非常發(fā)達，混凝土商品化程度達到84%。美國住宅多建于郊區，以低層住宅為主。早先的美國住宅多以木結構建造，隨著(zhù)輕型鋼結構應用技術(shù)日趨成熟、完善，現逐步以鋼代木。據統計，1996年美國已擁有20萬(wàn)幢鋼框架小型住宅，約占住宅建筑總數的20%；輕型鋼結構體系所占建筑市場(chǎng)的比例已從1965年的15%發(fā)展到2000年的75%。
日本的住宅產(chǎn)業(yè)化始于20世紀60年代初期。為了使現場(chǎng)施工簡(jiǎn)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率，日本對住宅實(shí)行部品化、批量化生產(chǎn)。20世紀70年代是日本住宅產(chǎn)業(yè)的成熟期，這一時(shí)期產(chǎn)業(yè)化方式生產(chǎn)的住宅占竣工住宅總數的10%左右。20世紀80年代中期，產(chǎn)業(yè)化方式生產(chǎn)的住宅占竣工住宅總數的15%～20%住宅的質(zhì)量和功能提高了。到20世紀90年代，采用產(chǎn)業(yè)化方式生產(chǎn)的住宅占竣工住宅總數的25%～28%。日本是世界上率先在工廠(chǎng)里生產(chǎn)住宅的國家，其工業(yè)化住宅的結構體系主要以輕鋼結構為主，輕鋼結構的工業(yè)化住宅占工業(yè)化住宅約80％左右；另外，日本也建造了一定數量的高層鋼結構住宅，如蘆屋浜高層鋼結構住宅。
1956年，我國開(kāi)始提出建筑工業(yè)化發(fā)展思路，因住宅建設量大面廣，其發(fā)展主要在住宅業(yè)。20世紀50年代末出現裝配壁板式住宅，20世紀60年代出現磚壁板住宅，20世紀70年代以后開(kāi)始推廣大模板住宅、滑升模板住宅、框架輕板住宅。盡管近些年來(lái)，我國的住宅業(yè)取得了比較大的發(fā)展，但其發(fā)展水平還處于粗放型發(fā)展階段，住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展才剛剛起步，具體表現在以下5個(gè)方面：一是住宅建設的工業(yè)化程度低；二是建筑材料、設備及住宅部品的生產(chǎn)和供應，沒(méi)有形成技術(shù)先進(jìn)、規模生產(chǎn)、系列化配套的社會(huì )化供應體系，導致住宅質(zhì)量不高、設備通用性差、性能成本比不合理；三是資源沒(méi)有得到有效利用，能源浪費嚴重；四是現場(chǎng)施工機械化、合理化程度低，施工技術(shù)服務(wù)體系缺乏；五是我國科技進(jìn)步對住宅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的貢獻率低，住宅產(chǎn)業(yè)為一種粗放型的發(fā)展方式。
三、住宅產(chǎn)業(yè)化的主要方向
住宅產(chǎn)業(yè)化是指用工業(yè)化生產(chǎn)的方式制造住宅，在提高住宅建設的勞動(dòng)生產(chǎn)率的同時(shí)提升住宅整體品質(zhì)，降低資源的消耗。
我國住宅產(chǎn)業(yè)化的建筑結構體系包括預制混凝土（PC）裝配式建筑、輕型鋼結構建筑、多高層鋼結構住宅等。
預制混凝土（PC）裝配式建筑是在工廠(chǎng)內預制混凝土構件或部件，在施工現場(chǎng)裝配而形成的住宅。預制裝配式住宅的核心是構件預制與節點(diǎn)現澆相結合，發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢，保證結構的整體性。預制混凝土裝配式住宅的優(yōu)勢有質(zhì)量好、工期短、產(chǎn)業(yè)化程度高等，但與現澆混凝土結構相比，節點(diǎn)處現場(chǎng)施工質(zhì)量控制要求高；同時(shí)整體性不如現澆混凝土，在高層以及高烈度區應用需謹慎。
輕鋼結構住宅體系是指由圍護、墻體及隔斷結構與鋼架支承結構共同組成的住宅體系，剛架支承結構一般采用冷彎薄壁型鋼。輕鋼結構住宅一般用于低層住宅中，尤其是別墅中。該體系質(zhì)量輕，構件工廠(chǎng)加工現場(chǎng)裝配，施工速度快，質(zhì)量好。
多高層鋼結構住宅體系由鋼結構作為承重結構，配合工業(yè)化樓板系統、內外墻體系統，形成一套完備的住宅建筑體系。多高層鋼結構住宅體系的優(yōu)勢有：柱網(wǎng)間距大、構件截面小，建筑布局靈活得房率高；結構構件全部在工廠(chǎng)加工，現場(chǎng)裝配化程度高。多高層鋼結構住宅體系需要解決的是樓板和內外墻板體系的工業(yè)化問(wèn)題，并滿(mǎn)足建筑隔聲、保溫、防水以及與鋼結構的連接節點(diǎn)構造等要求。
四、鋼結構住宅產(chǎn)業(yè)化的現狀與存在的問(wèn)題
第一，鋼結構住宅的優(yōu)勢。推進(jìn)我國住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，應結合目前住宅的實(shí)際情況，通過(guò)推廣應用既能滿(mǎn)足住宅建設需要，又能適應今后住宅建設發(fā)展方向要求的先進(jìn)、成熟、經(jīng)濟、適用的新技術(shù)、新產(chǎn)品，用現代科學(xué)技術(shù)加速改造傳統住宅產(chǎn)業(yè)，提高住宅產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平和住宅建設的整體效益，推進(jìn)住宅產(chǎn)品的系列化開(kāi)發(fā)、規?；a(chǎn)、配套化供應。鋼結構住宅在很多方面滿(mǎn)足了上述的要求：
一是從采用的建筑材料上講，鋼結構住宅是以鋼結構為骨架配合多種復合材料的輕型墻體拼裝而成，無(wú)論是承重結構體系還是配套樓板及圍護墻體，所用材料均可達到工廠(chǎng)標準化、系列化、批量化生產(chǎn)，改變了傳統住宅采用磚、瓦、灰、沙、石在現場(chǎng)大量作業(yè)的情況。
二是從采用新技術(shù)上講，鋼結構住宅對建筑技術(shù)的要求大大高于傳統磚石或混凝土住宅，它可以利用建筑方面的新技術(shù)、新產(chǎn)品向住戶(hù)提供多樣化、選擇性、適應性強的經(jīng)濟住宅。
三是鋼結構住宅可以帶動(dòng)其他建材產(chǎn)品的進(jìn)一步發(fā)展。隨著(zhù)鋼結構建筑的普及推廣，與鋼結構密切相關(guān)的防火、防腐材料已得到快速發(fā)展；圍護與承重結構完全分開(kāi)，有利于輕質(zhì)、高強、節能、環(huán)保的新型墻體材料的開(kāi)發(fā)、創(chuàng )新；為適用于鋼結構的工廠(chǎng)化生產(chǎn)制造的節點(diǎn)構件及設備產(chǎn)品提供廣闊的建筑市場(chǎng)；對施工機械化程度的較高要求，促進(jìn)施工機械的改良與革新。
四是鋼結構住宅由于采用標準化、系列化、批量化生產(chǎn)和機械作業(yè)，將大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。住宅開(kāi)發(fā)從項目走向企業(yè)，從工地走向工廠(chǎng)，這是住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的必然趨勢。隨著(zhù)我國工業(yè)化進(jìn)程的加快，工業(yè)化住宅不僅對住宅建設會(huì )產(chǎn)生深遠的影響，而且必將在住宅市場(chǎng)上占有巨大的份額。
第二，國內鋼結構住宅的實(shí)施案例。鋼結構住宅在我國的應用剛剛起步，已有成功案例的主要企業(yè)有杭蕭鋼構、寶鋼集團、萊鋼集團等。
汶川地震后，寶鋼承擔的救災安置房項目——都江堰幸福家園·逸苑用地面積83畝，總建筑面積11.5萬(wàn)平方米，可安置受災群眾1324戶(hù)。該項目是由寶鋼總承包建設的全鋼結構安居房，被列為四川省首批啟動(dòng)的災后重建重點(diǎn)項目，也是國際鋼鐵協(xié)會(huì )LivingSteel指定鋼結構住宅示范工程。
由萊鋼集團建設的凱旋新城鋼結構住宅項目，其有效使用面積比相應磚混結構和鋼筋混凝土結構提高約3%～6%。
杭蕭鋼構股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)杭蕭鋼構）經(jīng)過(guò)10多年研發(fā)，形成了一套完善的鋼結構住宅體系成套技術(shù)。該體系從主體結構構件、梁柱節點(diǎn)、樓板系統和墻板系統、鋼結構的防火防腐等幾個(gè)方面系統解決了鋼結構住宅的產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題。該技術(shù)符合標準化設計、工業(yè)化制造、裝配化施工、信息化管理的產(chǎn)業(yè)化要求。
2010年，杭蕭鋼構成為鋼結構行業(yè)的首個(gè)“國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地”，生產(chǎn)基地鋼結構住宅三板體系配套能力達1000萬(wàn)平方米，為鋼結構住宅的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供生產(chǎn)和質(zhì)量保障。
由杭蕭鋼構建設的武漢世紀家園采用了杭蕭鋼構自主研發(fā)的多高層鋼結構住宅成套體系，該項目也是住房和城鄉建設部“節能省地型”科技示范工程。該項目于2009年交付入住，其性能得到了社會(huì )與住戶(hù)的充分肯定，特別是外墻系統成功地解決了開(kāi)裂與滲漏問(wèn)題。
采用杭蕭鋼構自主研發(fā)的多高層鋼結構住宅成套體系建設的萬(wàn)郡·大都城住宅小區是全國鋼結構住宅產(chǎn)業(yè)化示范小區，2013年1月被住房和城鄉建設部批準為“省地節能環(huán)保型住宅、國家康居示范工程”，2013年7月通過(guò)綠色建筑二星設計標識專(zhuān)家評審。
由杭蕭鋼構建設的安哥拉安居家園工程采用鋼框架——支撐體系。該工程在非洲被譽(yù)為“五星級住宅”，得到安哥拉總統桑托斯、安哥拉政府以及聯(lián)合國人居署的肯定，并被授予“聯(lián)合國人居環(huán)境獎”。
第三，鋼結構住宅需要解決的問(wèn)題。我國鋼結構住宅起步較晚，大規模的研究開(kāi)發(fā)、設計制造、施工安裝還是近些年才發(fā)展起來(lái)的。與發(fā)達國家相比，我國鋼結構住宅的產(chǎn)業(yè)化還存在較大差距，有待于不斷改進(jìn)和提高。目前制約我國鋼結構住宅推廣應用和發(fā)展的主要問(wèn)題有：
一是建筑材料方面，鋼結構所需的鋼材產(chǎn)量很高，材質(zhì)、材性和選用標準比較齊全，但仍需要進(jìn)行完善，比如冷彎型鋼結構在鋼結構住宅中應用的防火驗收標準、耐火耐候鋼材的開(kāi)發(fā)應用等。鋼結構住宅的圍護材料研究方面有待進(jìn)一步完善，研發(fā)適用于工廠(chǎng)化部品生產(chǎn)的圍護材料，滿(mǎn)足建筑保溫、隔聲、防火、防水以及易于現場(chǎng)連接等的性能要求。
二是結構體系方面，對于各種鋼結構體系，目前還沒(méi)有明確規定使用范圍，因此在住宅結構選型時(shí)，多從結構的受力性能出發(fā)以降低用鋼量。鋼結構體系的設計需要考慮結構安全、經(jīng)濟性能、部品構件標準化的問(wèn)題，是一個(gè)復雜的系統工程，雖然目前已有不少的研究，但實(shí)際應用中仍未達到產(chǎn)業(yè)化的廣泛推廣，鋼結構住宅體系的結構選型和優(yōu)化仍需大量的研究與創(chuàng )新。
三是經(jīng)濟性能方面，鋼結構住宅體系仍存在單方造價(jià)過(guò)高的問(wèn)題，特別是與傳統的現澆混凝土結構相比，建安單方成本往往高5% 15%，但在資金成本、人工費、使用面積方面，仍有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢，具有較好的綜合效益。
四是民眾觀(guān)念方面，雖然鋼結構住宅在國外已經(jīng)成熟和完善，但對國內民眾還是新鮮事物。中國消費者長(cháng)期習慣了磚混或鋼筋混凝土的住宅，從慢慢開(kāi)始接受到逐步習慣、進(jìn)而喜歡鋼結構住宅，還需要一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。
此外，防火、防腐也是制約鋼結構住宅推廣的一個(gè)問(wèn)題。由于我國鋼結構的發(fā)展和應用時(shí)間不長(cháng)，對鋼結構防火設計的研究還不夠深入，傳統耐火設計要求對防火涂料的性能與施工質(zhì)量的控制要求，將會(huì )增加工程造價(jià)。與鋼結構主體使用年限相比，防腐涂料的耐久性還需要提高。近幾年我國防火防腐技術(shù)有了較大發(fā)展，但與工業(yè)化產(chǎn)業(yè)化要求相比，還有待進(jìn)一步的研制和開(kāi)發(fā)。
鋼結構住宅建設模式的制約也不能小覷，現有的住宅建設模式基本上是開(kāi)發(fā)建設與設計分離、設計與建造分離，這種現狀嚴重地影響了鋼結構住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展與推廣的原動(dòng)力。
五、鋼結構住宅的發(fā)展方向
鋼結構住宅的產(chǎn)業(yè)化需要產(chǎn)業(yè)鏈的整合，需要將鋼結構住宅的源頭標準化模數化設計、鋼結構工業(yè)化制造、圍護體系制造、配套門(mén)窗廚衛設備等綜合考慮，提供配套適應性強的產(chǎn)品。鋼結構只是解決住宅建筑的結構問(wèn)題，整合建筑體系完整的產(chǎn)業(yè)鏈條，提供完整的產(chǎn)品，還需要其他住宅配套體系的協(xié)作。
在產(chǎn)品研發(fā)方面，不能僅僅依靠企業(yè)，行業(yè)協(xié)會(huì )或政府主管部門(mén)應作為主導，整合全流程各參與企業(yè)的共同研發(fā)。
在設計方面，可從產(chǎn)品的標準化、模數化方面入手，形成系列化配套產(chǎn)品，有利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，提高部品構件的適用性。鋼結構的結構體系需要創(chuàng )新，滿(mǎn)足住宅建筑對布局以及使用方面的功能要求，避免較大的鋼柱、支撐等對建筑使用的影響，減薄建筑墻體厚度。鋼結構的制造方面，控制產(chǎn)品質(zhì)量和制作精度、降低制作成本。圍護體系的制造應由專(zhuān)業(yè)化公司承擔，為鋼結構住宅體系提供質(zhì)量可靠、裝配性強的標準產(chǎn)品。配套門(mén)窗、整體廚衛等生產(chǎn)廠(chǎng)家，可配合開(kāi)發(fā)適用于鋼結構住宅的標準配套產(chǎn)品。
鋼結構住宅體系的建造流程需進(jìn)行改變。部品構件的加工大部分需在工廠(chǎng)內完成，現場(chǎng)只進(jìn)行裝配化安裝，提高現場(chǎng)的裝配化性能，采用機械設備，減少現場(chǎng)人工，縮短現場(chǎng)的工期。
鋼結構住宅的建造可引入BIM系統等信息化技術(shù)手段。BIM提供了一種交互式的住宅虛擬設計平臺，可針對每個(gè)部品構件，建立構件信息化系統。在構件制作、施工前對構件進(jìn)行虛擬三維檢討，以期在制作和施工前發(fā)現存在的各種問(wèn)題并予以解決。引入BIM系統，可以從設計方面完善各專(zhuān)業(yè)的配合；從制造方面控制產(chǎn)品的質(zhì)量和精度；從施工方面控制施工定位精度和施工組織，有效提高現場(chǎng)的效率。
政府通過(guò)公有住宅建設模式以及政策法規方面的引導作用?？梢越梃b先進(jìn)國家的經(jīng)驗，譬如，日本以公有住宅建設來(lái)解決住房短缺問(wèn)題并推進(jìn)工業(yè)化，以政策和法規來(lái)引導與規范住宅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
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