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鋼結構 | 現(xiàn)代鋼結構住宅技術流派分析

廣東建筑工業(yè)化展 2018-02-26 1356

鋼結構住宅技術流派的比較

一、鋼結構住宅體系的主要構成部分

鋼結構住宅體系主要由以下幾大部分組成：

（一）支撐骨架系統(tǒng)

（二）圍護骨架系統(tǒng)

（三）輕質(zhì)墻體

（四）裝飾外墻

（五）樓層板

（六）屋頂

（七）門窗及樓梯

它與傳統(tǒng)磚混結構住宅的差異主要體現(xiàn)在（一）、（二）、（三）項，它與木結構住宅的差異主要體現(xiàn)在（一）、（二）項。

二、鋼結構住宅的技術流派

鋼結構住宅的技術流派因劃分方式的不同而有多種區(qū)分，如：

（一）按用鋼截面及骨架系統(tǒng)來分有：

1.H型鋼梁柱支撐加輕鋼圍護骨架系統(tǒng)（圖2.3-1，圖2.3-2）,簡稱H+H骨架系統(tǒng)。

圖2.3-1

圖2.3-2

圖2.3-3

圖2.3-4

2. 方鋼為柱，U型鋼為梁的支撐骨架系統(tǒng)（圖2.3-5，圖2.3-6），簡稱ð+U骨架系統(tǒng)。

圖2.3-5

圖2.3-6

3.方鋼為柱，H型鋼為梁的支撐骨架系統(tǒng)（圖2.3-7），簡稱ð+H骨架系統(tǒng)。

圖2.3-7

4.冷軋輕鋼骨架系統(tǒng)（圖2.3-8，圖2.3-9）。

圖2.3-8

圖2.3-9

（二）按制造方式來分：

1.模塊化預制的鋼結構住宅（圖2.3-5，圖2.3-10）。

圖2.3-10

2.部件預制的鋼結構住宅（圖2.3-1，圖2.3-2，圖2.3-3，圖2.3-4，圖2.3-7，圖2.3-8，圖2.3-9）。

（三）按地緣文化與建筑風格來分：

1.歐美風格（圖2.3-11）

2.日本風格（圖2.3-12）。

圖2.3-11

圖2.3-12

三、鋼結構住宅所用原材料

（一）承重骨架材料

1.H型鋼可分為熱軋型和高頻焊接型,近20年來在國內(nèi)高層和超高層的鋼結構建筑上得到了廣泛應用并積累了一定的經(jīng)驗。國內(nèi)H型鋼的生產(chǎn)廠家眾多,完全可以滿足鋼結構住宅發(fā)展的需求，是現(xiàn)階段（過度期）國內(nèi)發(fā)展鋼結構住宅的首選用材。缺點是鋼材消耗量大，節(jié)點處理困難。

2.U型鋼冷彎成型，厚度為1.6~8mm,高度為50~452mm。在歐美市場不常用，在日本它是輕鋼住宅，尤其是模塊化住宅支撐梁的首選用材。相對H型鋼而言，優(yōu)點是鋼材消耗量少，缺點是截面不穩(wěn)定，有時效變形之慮。在中國已經(jīng)有廠家生產(chǎn)這類型材，但因市場用量少和缺少相應的使用經(jīng)驗，目前還難以與H型鋼競爭。

3.C型鋼冷彎成型，厚度為1.5~6mm,高度為73~380mm。在歐美它是輕鋼住宅支撐梁柱的主要用材，在日本鋼結構住宅中作為支撐柱有少量應用。在中國也有廠家生產(chǎn)這類型材，但因市場用量少和缺少相應的使用經(jīng)驗，目前雖難以與H型鋼競爭,但應當作為鋼結構住宅用鋼的主攻研究方向。

4.方鋼冷彎成型，高頻焊接，厚度為1.5~8mm，邊長為20~200mm。在日本它是輕鋼住宅，尤其是模塊化住宅支撐柱的首選用材，歐美不大采用。優(yōu)點是截面穩(wěn)定，節(jié)點布置方便，缺點是鋼材消耗量大,螺紋聯(lián)接副弱。在中國也有廠家生產(chǎn)這類型材，但因市場用量少和缺少相應的使用經(jīng)驗，目前也難以與H型鋼競爭。

5.冷軋輕鋼骨架冷彎成型，作為承重龍骨,其厚度一般為0.84mm~2.46mm，邊長為60~305mm。日本很少采用這種支撐體系，主要是一些歐美廠商在采用。國內(nèi)非承重（隔墻和吊頂）輕鋼龍骨生產(chǎn)能力很大。但能生產(chǎn)承重輕鋼龍骨的廠家很少。

（二）非承重骨架材料

在歐美鋼結構住宅中的非承重（內(nèi)、外墻、吊頂）骨架類似于我國的隔墻和吊頂輕鋼龍骨，厚度在0.69mm~1.73mm。在國內(nèi)寫字樓裝修中應用普遍，不需細談。

日本鋼結構住宅的圍護骨架也自成體系，如圖2.3-13，2.3-14所示。圍護支撐體系的主要特征是帶斜拉桿，這種結構主要是為了配合其外墻板體系，因為日式鋼結構住宅的外墻板與外墻裝飾板是一體的，每塊表面積很小，對墻體不能提供拉緊的支護作用，所以需用斜拉桿加強支撐。

圖2.3-13

圖2.3-14

（三）輕質(zhì)墻體

國外鋼結構住宅（實際上是所有住宅）的墻體都是由輕鋼（或木質(zhì)）骨架和輕質(zhì)墻體面板加保溫隔熱、隔聲和防水材料構成。

1.輕質(zhì)墻體面板

（1）防火石膏板目前是國內(nèi)外最常用的內(nèi)墻面板，國內(nèi)現(xiàn)在大多數(shù)是用在寫字樓裝修中，國內(nèi)貨源充足。

（2）防水石膏板可作為廚房和衛(wèi)生間的墻體面板，國內(nèi)貨源充足。

（3）中，低密度水泥纖維板可作為內(nèi)、外墻面板，國內(nèi)貨源充足。

（4）定向刨花板工藝性好，耐沖擊。美國主要用它作外墻面板。國內(nèi)已經(jīng)有少數(shù)廠家生產(chǎn)。

（5）防水夾板

2.保溫隔熱、隔聲材料國外輕鋼住宅所采用的保溫隔熱、隔聲材料一般以玻璃絲棉為主，國內(nèi)貨源充足。

3.防水材料國外住宅外墻都貼有單向透氣透水的防水紙，國內(nèi)目前還不具備生產(chǎn)能力。

（四）裝飾外墻

1. 真空擠壓高密度水泥纖維板（圖2.3-15，圖2.3-16）日本住宅大都采用它，國內(nèi)也有廠商引進該技術，但由于其制造技術復雜，價格昂貴，且安裝工藝復雜，推廣難度較大。

圖2.3-15

圖2.3-16

2.高密度水泥纖維板因其安裝維護容易，在歐美的住宅中應用普遍。但生產(chǎn)設備昂貴，國內(nèi)還沒有生產(chǎn)廠商。

3.PVC板在歐美的住宅中應用普遍。國內(nèi)還沒有生產(chǎn)廠商，它便于安裝維護，且加

工制造容易，因此國內(nèi)塑料行業(yè)很容易開發(fā)此類產(chǎn)品，值得推廣。

（五）樓層板

1.木板國外鋼結構住宅普遍采用木板為樓層板，這是有繼承性的，因為鋼結構住宅是延續(xù)木結構住宅發(fā)展而來。

2.壓型鋼板組合樓板它主要是用于多層和高層樓宇，在低層住宅中應用是大材小用，成本很難接受。

3.蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土（ALC）樓板在日本應用較多，國內(nèi)也已經(jīng)具備生產(chǎn)能力。

（六）屋頂（瓦）

1.陶瓦屬于傳統(tǒng)建筑用瓦，重且安裝工藝復雜，不太適用于鋼結構住宅。

2.水泥彩瓦國內(nèi)有廠家生產(chǎn)并在鋼結構住宅上采用過。

3.高密度水泥纖維板瓦輕且容易安裝，在國外鋼結構住宅中應用較普遍，但生產(chǎn)設備及工藝較復雜，技術難點在防水性能和耐候性能不宜保證，國內(nèi)尚無生產(chǎn)能力。

4.金屬瓦輕且容易安裝，是鋼結構住宅的屋頂主要用材，生產(chǎn)設備及工藝過程簡單，

其技術難點為防銹和耐候性能。國內(nèi)雖然有很多彩鋼瓦生產(chǎn)廠商，但都不能提供高質(zhì)量的表面噴砂屋面瓦。

（七）門窗及樓梯

國內(nèi)普通門窗生產(chǎn)不論是從質(zhì)量還是規(guī)格品種來看，基本都能滿足市場需求。高檔門窗尚需進口。斜屋頂窗國內(nèi)已有合資廠生產(chǎn)，高檔車庫門國內(nèi)也有合資組裝廠生產(chǎn)。

國內(nèi)目前尚沒有專業(yè)的樓梯生產(chǎn)廠家，不象國外住宅部品生產(chǎn)的專業(yè)化分工那么細，有專業(yè)的樓梯生產(chǎn)廠家。

鋼結構住宅技術流派的比較(2)

（一）不同地緣文化的鋼結構住宅

鋼結構住宅的技術流派雖然很多，但仔細歸納后就會發(fā)現(xiàn)可以用地緣文化作為劃分依據(jù)，即日本（和式）流派和歐美流派。

日本鋼結構住宅技術和它的其它文化特征一樣，都含有顯著的島國文化特征，對外來文化既向往又排斥，沒有包容和同化的心胸。古代日本是從中國學習先進的建筑技術，因此在今天的日本鋼結構住宅中仍能看到秦磚漢瓦的痕跡（圖2.3-12，圖2.3-14，圖2.3-15，圖2.3-16）。近代日本則從西方學習先進的建筑技術，其鋼結構住宅的技術主體仍是取之于西方（圖2.3-5，圖2.3-6，圖2.3-7，圖2.3-13，圖2.3-14）。

上個世紀80年代曾有日本人狂言，即使到21世紀日本人仍然可以從西方獲得先進的科學技術再轉(zhuǎn)買到第三世界，從中得利。不錯，上個世紀70~80年代，日本人把從西方學得的家用電器技術和產(chǎn)品轉(zhuǎn)買到亞洲，著實大賺了一把。但是緊隨而來的信息產(chǎn)業(yè)（電腦，軟件，網(wǎng)絡）技術確讓它失望了，因為信息時代沒有時間差，不需要二傳手。

日本的產(chǎn)品開發(fā)程序一般是以技術為導向，即用“最好”（并非正好）的產(chǎn)品去引導消費，價格和市場接受度放在第二位。反映到技術層面上就是所有的心事都用在技術末梢——即不斷的在技術細節(jié)和支節(jié)上下功夫，并不計工本，這一點它們在家用電器產(chǎn)業(yè)發(fā)揮的淋漓盡致，如它們開發(fā)的變頻空調(diào)和VRV系統(tǒng)空調(diào)。但是在宏觀上卻缺少創(chuàng)意，對新產(chǎn)業(yè)開發(fā)方面從沒有作出過大的貢獻。

同樣，日本的鋼結構住宅也含有深深的島國文化烙印，踏木屐，穿和服，睡榻榻米，拉門拉柜的和式住宅很難被外族人接受。這僅僅是文化和風俗層面的差異，從應用和市場推廣層面分析，日本（和）式住宅更不宜在中國推廣，如方鋼柱節(jié)點處局部加厚技術（圖2.3-7），真空擠出成型纖維水泥板裝飾墻板技術等（圖2.3-14，圖2.3-15，圖2.3-16）。從純技術角度看，這些技術都是很優(yōu)秀的，但應用起來卻很復雜，其制造投資成本就更昂貴了，其產(chǎn)品價格當然也就貴了。

歐美企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)程序一般是以市場為導向，滿足消費者當前需求，并跟隨消費者不斷前進，即所謂“正好就是最好”的原則。歐美鋼結構住宅因為不存在秦磚漢瓦的束縛，一切以舒適，美觀，簡潔，容易制造，成本低和利于維護考慮。所以容易推廣應用。

（二）不同鋼結構技術流派的用鋼量比較

表2.3-1不同鋼結構技術流派的用鋼量比較

骨架系統(tǒng)（柱+梁截面）		H+H	C+c	方鋼+H	方鋼+U（模塊）	冷軋輕鋼骨架
支撐骨架（kg/m2）		60	40	50	70
圍護骨架（kg/m2）		5
總用鋼量（kg/m2）		65	45	55	75	35
應用國家	中國		歐美	日本	日本	歐美

鋼結構住宅技術流派的比較(3)

（一）不同地緣文化的鋼結構住宅

鋼結構住宅的技術流派雖然很多，但仔細歸納后就會發(fā)現(xiàn)可以用地緣文化作為劃分依據(jù)，即日本（和式）流派和歐美流派。

（二）不同鋼結構技術流派的用鋼量比較

表2.3-1不同鋼結構技術流派的用鋼量比較

骨架系統(tǒng)（柱+梁截面）		H+H	C+c	方鋼+H	方鋼+U（模塊）	冷軋輕鋼骨架
支撐骨架（kg/m2）		60	40	50	70
圍護骨架（kg/m2）		5
總用鋼量（kg/m2）		65	45	55	75	35
應用國家	中國		歐美	日本	日本	歐美

（三）不同鋼結構技術流派的節(jié)點比較

1. C+c型骨架系統(tǒng)部分節(jié)點如圖2.3-17，圖2.3-18所示，簡潔實用。

圖3-17

圖3-18

2.冷軋輕鋼骨架系統(tǒng)部分節(jié)點如圖2.3-19，圖2.3-20所示，簡潔實用。

圖2.3-19

圖2.3-20

3.方鋼+U或方鋼+H骨架系統(tǒng)部分節(jié)點示意圖見圖2.3-6，圖2.3-7。

從方鋼+H型支撐骨架系統(tǒng)的節(jié)點處理情況來看，如果鋼結構住宅支撐體系的技術方向出了問題，想通過局部細節(jié)的技術處理來解決大的方向性問題是很困難的，甚至是根本行不通的。方鋼+H型支撐骨架系統(tǒng)的節(jié)點聯(lián)接副強度一直是日本鋼結構住宅體系的心病，因為方鋼是封閉型截面，無法采用高強度螺母—螺栓聯(lián)接副，材質(zhì)，熱處理，螺紋長度等都是方鋼螺紋聯(lián)接強度的死穴。所以就采用在內(nèi)部加襯板，或是外部加襯板，乃至特意焊上一個輔助節(jié)點的辦法來解決ð+H型支撐骨架系統(tǒng)的節(jié)點聯(lián)結副強度問題，甚至還想出了方鋼柱節(jié)點處局部加厚和拉鉚螺栓（圖2.3-7）這樣的點子。但是它永遠缺一半，即螺栓是高強度的，而螺母（拉鉚處）不是高強度的，因而不能稱之為高強度聯(lián)接。

4.H+H骨架系統(tǒng)節(jié)點比方鋼+H骨架系統(tǒng)節(jié)點還復雜，必須采用焊接的方法加工節(jié)點。

（四）不同鋼結構技術流派的外墻體系比較

鋼結構住宅的墻體基本都是三明治式，即兩面墻板夾上鋼骨架和墻芯。

1.日式鋼結構住宅的外墻體系

前面已經(jīng)敘述，日式鋼結構住宅的墻體鋼骨架體系和歐美鋼結構住宅不一樣，自成一套體系。其外墻體系也與歐美鋼結構住宅走不同的技術路徑，即外墻板和外墻裝飾板合二為一，既有強度要求，又須美學要求，對安裝方法也提出更高的要求，因而其制造成本和應用成本當然就高了。內(nèi)墻和歐美鋼結構住宅一樣，采用防火石膏板，隔音，隔熱材料也與歐美一樣，采用玻璃絲棉，但做工要精細的多，詳見圖2.3-21，圖2.3-22。