一、国内高层预制住宅技术现状
(一)国内高层预制住宅的企业分类
国内高层预制住宅的企业有三类:
1、传统房地产企业,例如万科。
万科对现浇混凝土住宅建造技术很熟悉。所以在选择住宅产业化技术路线时,自然而然地就选择了预制混凝土建筑结构体系。
2、传统钢结构制造业,例如杭萧钢构。
杭萧钢构对传统钢结构商业建筑较为熟悉。所以在挑选住宅产业化技术路线时,自然而然地选择了预制钢结构建筑结构体系,即钢管混凝土束结构住宅体系。
3、传统制造业,例如远大可建。
远大可建属于传统(溴化锂)空调的制造商。其在对住宅产业化技术路线进行选择时,选定了预制钢结构的建筑结构体系。
远大可建的第一代预制钢结构建筑有其特定的结构体系,这个体系被称作装配式斜支撑节点钢结构建筑技术。
远大可建与北工大张爱林教授领导的团队展开合作,他们研发出了第二代预制钢结构建筑结构体系,此体系基本回归了传统的预制钢结构建筑技术。
(二)国内预制装配式住宅发展现状
1、高层预制钢结构住宅技术难点
国内的大部分建筑官员,他们在研发高层钢结构住宅预制建筑时,将主要精力放在了建筑结构上;大部分企业家,在进行相关研发时,把主要精力放在了建筑结构上;很多学者,在从事该领域研发时,把主要精力放在了建筑结构上;众多研究人员,在研发过程中,把主要精力放在了建筑结构上;不少技术人员,在研发高层钢结构住宅预制建筑时,把主要精力放在了建筑结构上;大量设计人员,在进行相关工作时,把主要精力放在了建筑结构上。
实际上,高层商业楼宇采用钢结构技术体系是较为成熟的。从美国芝加哥的高层钢结构建筑群开始算起,到现在已经有着 100 多年的历史沉淀了。
普通高层钢结构住宅可以借用高层商业楼宇钢结构技术体系。
目前国内各个企业研发的高层钢结构住宅体系,其目的是降低用钢量。在如今钢材价格低于“白菜价”的情况下,从经济角度进行考虑,这些研究在实际意义方面并没有带来很大的提升。
我们不可能把高层商业楼宇的玻璃幕墙或铝幕墙用于普通住宅上。
影响高层钢结构住宅推广和发展的真正技术难度并非钢结构自身,而是能否研发出一套“物廉价美”且适合高层钢结构住宅应用的建筑外墙体系。这并非学结构的专家学者的专长,而是需要建筑学、材料学、智能制造类(甚至是工业 4.0)以及装备研发类专家参与其中。
国外不存在高层住宅需求和市场,因此国外不会有人去研发高层钢结构住宅预制外墙技术体系。
国内高层预制装配式住宅推广起来较为困难,主要原因在于没有成熟的预制装配式外墙技术。
2、国内预制装配式住宅相关标准
从上表能够清晰地看出,中国在高层钢结构住宅预制外墙方面的技术储备几乎是没有的。
①工程标准有:
n《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001;
n《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003;
n《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ139-2001;
②协会标准有:
《装配式玻纤增强无机材料复合保温墙板应用技术规程》CECS396:2015 是由卓达新材集团参与编制的,并且是由卓达新材集团主持编制的。
《现浇泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙体应用技术规程》CECS 406:2015 这部规程是杭萧钢构参与编制的。这部规程也是杭萧钢构主持编制的。
《铝塑复合板幕墙工程施工及验收规程》为 CECS231:2007 ;
《合成树脂幕墙装饰工程施工及验收规程》是 CECS157:2004 ;
目前卓达集团的多层住宅外墙板使用的是轻钢龙骨复合墙体。这种墙体所执行的标准是《轻型钢结构住宅技术规程》JGJ209-2010。
(三)国内钢结构住宅研发出现了方向性错误
国内搞钢结构住宅研究和开发的企事业单位及个人,大多将精力和资源集中于建筑钢结构本身,未将有限的精力和资源用于开发适合钢结构住宅使用的建筑围护体系。所以,国内当前开发和实施的钢结构住宅体系主要是以混凝土砌块或混凝土板材当作建筑围护材料,且建筑围护作业多数仍需在现场进行“手工”湿作业。因而不能真正被称作“预制建筑”。这是钢结构住宅推广艰难的重要原因之一。
(四)国内现有钢结构住宅墙板面临的困境
1、建筑保温材料
市场上的保温材料如图24所示。其中:
玻璃纤维棉属于柔性有机保温材料,主要用于轻钢建筑墙体屋顶、楼层保温;岩棉也属于柔性有机保温材料,主要用于轻钢建筑墙体屋顶、楼层保温。
n 模塑聚笨乙烯泡沫(EPS)属于刚性有机保温材料,主要用于 SIP,也就是“三明治”墙板使用。挤塑聚笨乙烯泡沫(XPS)属于刚性有机保温材料,主要用于 SIP,也就是“三明治”墙板使用。聚氨甲基酸脂(PU)属于刚性有机保温材料,主要用于 SIP,也就是“三明治”墙板使用。SIP 即《装配式玻纤增强无机材料复合保温墙板应用技术规程》CECS396:2015 所说的“三明治”墙板。
n 发泡陶瓷属于刚性无机保温材料,一般用于外墙外保温。
2、防火规范的约束
2015 年 5 月之后,《建筑防火技术规范》GB50016 - 2015 发布并实施了。从那以后,基本上就判定有机保温材料(EPS、XPS、PU 等)为“死刑”了。
规定:建筑外墙采用保温材料与二侧墙体构成无空腔复合保温结构体时,此结构体的耐火极限需符合本规范的相关规定;若保温材料的燃烧性能为 B1、B2 级,那么保温材料的二侧墙体应使用不燃材料,并且厚度都不应小于 50mm。
(五)多高层住宅预制外墙技术现状
多高层建筑防火要求极高。因此钢结构贴铝塑板,使用模塑聚笨乙烯泡沫(EPS)、挤塑聚笨乙烯泡沫(XPS)、聚氨甲基酸脂(PU)等刚性有机保温材料(B1 级)的 SIP(或“三明治”)墙板被判定为不适用。
现在国内多高层建筑可以使用的预制外墙就只剩下:
nALC板(发泡混凝土板);
1、ALC板(发泡混凝土板)
ALC 板目前在国内钢结构住宅预制板材市场中占比最高。
ALC 板大受欢迎,原因在于其采用干法施工,无需模板工、钢筋工和抹灰工。这使得它在成本方面成为钢筋混凝土的有力竞争对手。
不过,ALC板建筑也有缺点,即:
nALC 板没有防水的性能。如果装饰面材料的防水性能不佳,那么就会出现漏水的情况。
nALC 板之间的接缝若采用湿法施工,在地震时会出现开裂的情况,同时也会有漏水的现象。
nALC板面上贴瓷砖时,经常有剥落的情况发生。
ALC板的安装方式如下图。
国内采用的是“钩头螺栓法”安装方式。
在国际上,ALC板广受开裂、漏水、装饰层脱落的困扰。
在国内,钢结构建筑中采用 ALC 板的情况较为普遍。这些建筑几乎都遭遇了开裂的问题,也面临着漏水的困扰,同时还出现了装饰层脱落的情况。
ALC 板即发泡混凝土板,它是一项既成熟又有些陈旧的技术。然而在最近几年,出现了“老树开新花”的情况钢结构贴铝塑板,发达国家已成功地将 ALC 板应用到预制轻钢复合墙板上。
一、中国急需开发多高层住宅使用的预制复合外墙
(一)市场情况
目前,国内外都没有合适的高层住宅的预制外墙体系。
但是,国内建筑市场又急需多高层住宅的预制外墙体系。
(二)技术储备
目前,国内建筑界的很多官员、学者、专家、企业家以及行业参与者都未充分意识到这一点,他们依旧将主要精力放在对各种所谓建筑结构体系的研发上。
发展预制建筑需要研发新型建筑结构体系,不能只注重建筑结构而忽略预制建筑学,尤其要注重适合产业化制造的建筑围护体系,也就是预制装配式外墙体系。
我在十多年前多次进行呼吁,说:“发展钢结构建筑不能仅仅依靠结构专业,不能让结构专业独自承担所有工作。”然而,十多年的时间已经过去了,可这种情况依然没有得到改善。
结构专业的人只会关心建筑结构。让他们去研发预制装配式外墙体系是很困难的。他们确实难以承担这样的任务。
现在关注住宅产业化所急需的预制装配式外墙体系的人很少,企业也很少。
这种技术储备几乎为零。
(三)卓达优势
我国的建筑工业化进程已经持续了十余年,在此期间取得了显著的成果,推进速度达到了前所未有的高度,发展空间也得到了极大的拓展。卓达绿色装配式建筑正好赶上了这个时机,迎来了快速大发展的黄金时期。
卓达绿色建筑包含多种国际一流的新型建筑结构体系。卓达集团将这些新型建筑结构体系与卓达新材独有的优势相结合。卓达集团持续不断地进行研发和创新。卓达集团正源源不断地向建筑市场推出各种绿色建筑产品。这些绿色建筑产品适合中国国情,也适销对路。
卓达集团正在从以下三条技术路径同时并进,进行战略转型:
n战略转型路径1——新型建筑材料
n战略转型路径2——新型建筑结构
n战略转型路径3——新型建造方式
卓达集团以新型建筑材料研发为开端,已经开发出多种适用于中国多、高层住宅建筑的新型建筑材料,同时也开发出了多种新型建筑结构和新型建造方式,并且还开发出了多种适合中国多高层住宅应用的预制外墙体系。
(四)预制外墙体系的技术、市场、品牌前景
1、技术特征
其六,在多高层住宅的应用场景中表现出特定的技术方面。
n预制(实现住宅产业化的必要条件);
n轻质(预制装配式建筑的必要条件);
n保温(节能、环保、绿色的必要条件);
n美观(建筑美学的必要条件);
n便宜(市场推广的必要条件);
n安全(施工和使用的基本条件)。
目前预制混凝土,也就是所谓的混凝大板系统,它仅能满足预制这一个条件以及保温这一个条件;而无法满足轻质这个条件、美观这个条件、便宜这个条件以及安全这个条件。
最重要的是:混凝土预制大板为达成保温效果,使用了无机材料(即一种高强度纤维)连接件来连接 EPS 保温材料两侧的混凝土板。然而,由于材料存在不稳定性,且受到制造质量等诸多问题的困扰,一些样板工程已出现外板脱落等重大安全隐患。
多高层住宅应用的预制外墙体系的 6 大技术特征完全被轻钢龙骨复合板外墙(ZD 保温装饰外墙)系统所复合。