装配式钢结构住宅就像用积木搭房子一样,其主要构件如内外墙板、楼板、楼梯、梁柱、连接节点以及卫生间、厨房等各功能空间的构件等均需在工厂内完成,整个住宅建筑采用现场装配的方式完成,由于所有构件均在工厂加工完成,大大减少了现场施工工作量,避免了环境污染,节省了施工时间,标准化设计和施工使质量和安全更容易保证,在工业发达国家得到广泛应用。
国内外装配式钢结构房屋应用现状
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海外申请状态
美国的钢结构住宅技术是集主体结构、建筑节能、建筑防火、隔音、型材及设计施工于一体的综合技术,分工明确,生产效率高,依靠统一的设计和施工标准,使建筑产品供应的各方能够相互协调,从而使得钢结构住宅建筑数量发展迅速,钢结构住宅占比已超过25%,且以装配式住宅为主。
在日本,根据日本装配式建筑协会的统计,到20世纪90年代末,日本装配式住宅中木结构占18%,装配式混凝土结构占11%钢结构房子的优缺点,钢结构占比高达71%。
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国内申请情况
我国正式提出住宅产业化,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的若干意见》,要求加快住宅建设由粗放型向集约型转变,推进住宅产业现代化,提高住宅质量,并明确对钢结构的发展提出了要求。国发(1999)72号文件对装配式钢结构住宅及其产业化的发展给予了前所未有的政策支持。文件中明确指出:装配式钢结构住宅,扩大装配式钢结构住宅的市场份额,将加速住宅工业化进程,对我国建筑、冶金及相关行业的发展具有重大意义。
与发达国家相比,我国钢结构建筑的比例还很低,我国钢结构用钢量仅占钢材产量的20%,纯钢结构(板材、型钢等)用钢量仅占总建筑面积的1.5~2%左右,而占建筑竣工面积60%~70%的住宅建筑几乎都是钢筋混凝土建筑,钢结构比例很低。
装配式住宅以标准化、系列化、工业化为基础,可以提高住宅品质。目前,国内各大城市都在积极开展住宅工业化研究,上海是推进住宅工业化建设的先行者,河北、江苏、陕西、内蒙古、合肥、大连、济南等省市也相继成立了住宅工业化推进中心,深圳也在2006年成为全国首个住宅工业化综合试点城市。
“十二五”期间,我国计划建设保障性住房3600万套,其中2011年新建和改建保障性住房1000万套,这一艰巨而紧迫的任务为装配式钢结构住宅的发展创造了良好的基础。
钢结构房屋装配式应用探索
钢结构房屋要实现装配化,首先要实现组成主体的所有构件的产品标准化,主要包括梁、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。
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梁、柱构件及节点产品化
传统焊接节点需要对钢柱进行单件加工,由于受各方面参数的影响,很难将柱子加工成产品。节点的加工相对复杂,节点的质量受焊工技术水平、焊接工艺、焊接环境等影响较大,另外由于是单件加工,加工精度难以保证,现场连接时会出现孔位不对等而造成安装困难的情况。为了实现连接节点的产品化,客观上需要将节点与构件分开加工,德利公司研发的装配式节点较好地解决了这一问题,将方钢管柱与H型钢梁连接的节点制成产品,使钢柱不需要再进行加工,为工厂化生产奠定了基础。目前,这种节点产品正处于推广应用阶段。基于同样将连接节点产品化的思路,在武汉某18层钢结构住宅中,钢梁之间采用的是方钢管柱与H型“T”形连接件。 这种连接方式也将节点与构件分离,实现了节点的工业化生产。不过,在示范项目之后,该类节点并未得到广泛的推广应用。从生产和安装的工业化程度来看,该类节点或需进一步研发。
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养护墙产品化
除主体结构外,与钢结构建筑配套的外围护结构不仅隔音、防潮、防雨,而且坚固耐用。目前,国内板材种类多达上百种,但性能和与主体钢结构的连接较好。围护墙体的造价对整体造价影响很大,另外墙体的施工对整个建筑的工期影响也很大。另一种是轻钢龙骨复合墙体。两种墙体在造价、加工精度、与主体结构的协调性等方面各有优缺点,目前尚未形成具有市场优势的品牌。
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楼板产品化
目前钢结构住宅楼板主要有现浇波形钢板组合楼板、预应力大板、组合板、钢桁架楼板等。现浇波形钢板需现场绑扎钢筋,施工周期长,不易商品化钢结构房子的优缺点,限制了板材的使用范围。组合板和钢桁架楼板是两个新的发展方向。钢桁架楼板在工厂内将钢桁架与底板焊接,可减少现场绑扎钢筋量,易于实现工厂化加工。价格比传统楼板高10%~15%。
目前,针对装配式钢结构住宅的前景,有不少企业致力于开发相关的装配式产品,但大多致力于某一产品的研发,缺乏系统性研究,且装配式钢结构住宅相关的设计、施工标准和规范缺乏,相关的施工工艺、方法和安全规程也尚未建立,需要行业或建筑企业集团牵头制定相应标准,引导产品设计开发的方向。