现代钢结构住宅技术流派分析 一、钢结构住宅体系的主要构成部分 钢结构住宅体系主要由以下几大部分组成: (一)支撑骨架系统 (二)围护骨架系统 (三)轻质墙体 (四)装饰外墙 (五)楼层板 (六)屋顶 (七)门窗及楼梯 它与传统砖混结构住宅的差异主要体现在(一)、(二)、(三)项,它与木结构住宅的差异主要体现在(一)、(二)项。 二、钢结构住宅的技术流派 钢结构住宅的技术流派因划分方式的不同而有多种区分,如: (一)按用钢截面及骨架系统来分有: 1.
2.
3. 图2.3-7 4.
(二)按制造方式来分: 1. 图2.3-10 2. (三)按地缘文化与建筑风格来分: 1. 2.
三、钢结构住宅所用原材料 (一)承重骨架材料 1. 2. 3. 4. 5. (二)非承重骨架材料 在欧美钢结构住宅中的非承重(内、外墙、吊顶)骨架类似于我国的隔墙和吊顶轻钢龙骨,厚度在0.69mm~1.73mm。在国内写字楼装修中应用普遍,不需细谈。 日本钢结构住宅的围护骨架也自成体系,如图2.3-13,2.3-14所示。围护支撑体系的主要特征是带斜拉杆,这种结构主要是为了配合其外墙板体系,因为日式钢结构住宅的外墙板与外墙装饰板是一体的,每块表面积很小,对墙体不能提供拉紧的支护作用,所以需用斜拉杆加强支撑。
(三)轻质墙体 国外钢结构住宅(实际上是所有住宅)的墙体都是由轻钢(或木质)骨架和轻质墙体面板加保温隔热、隔声和防水材料构成。 1. (1) (2) (3) (4) (5) 2. 3. (四)装饰外墙 1.
2. 3. (五)楼层板 1. 2. 3. (六)屋顶(瓦) 1. 2. 3. 备及工艺较复杂,技术难点在防水性能和耐候性能不宜保证,国内尚无生产能力。 4. 其技术难点为防锈和耐候性能。国内虽然有很多彩钢瓦生产厂商,但都不能提供高质量的表面喷砂屋面瓦。 (七)门窗及楼梯 国内普通门窗生产不论是从质量还是规格品种来看,基本都能满足市场需求。高档门窗 尚需进口。斜屋顶窗国内已有合资厂生产,高档车库门国内也有合资组装厂生产。 国内目前尚没有专业的楼梯生产厂家,不象国外住宅部品生产的专业化分工那么细,有专业的楼梯生产厂家。 钢结构住宅技术流派的比较 (一)不同地缘文化的钢结构住宅 钢结构住宅的技术流派虽然很多,但仔细归纳后就会发现可以用地缘文化作为划分依据,即日本(和式)流派和欧美流派。 日本钢结构住宅技术和它的其它文化特征一样,都含有显著的岛国文化特征,对外来文化既向往又排斥,没有包容和同化的心胸。古代日本是从中国学习先进的建筑技术,因此在今天的日本钢结构住宅中仍能看到秦砖汉瓦的痕迹(图2.3-12,图2.3-14,图2.3-15,图2.3-16)。近代日本则从西方学习先进的建筑技术,其钢结构住宅的技术主体仍是取之于西方(图2.3-5,图2.3-6,图2.3-7,图2.3-13,图2.3-14)。 上个世纪80年代曾有日本人狂言,即使到21世纪日本人仍然可以从西方获得先进的科学技术再转买到第三世界,从中得利。不错,上个世纪70~80年代,日本人把从西方学得的家用电器技术和产品转买到亚洲,着实大赚了一把。但是紧随而来的信息产业(电脑,软件,网络)技术确让它失望了,因为信息时代没有时间差,不需要二传手。 日本的产品开发程序一般是以技术为导向,即用“最好”(并非正好)的产品去引导消费,价格和市场接受度放在第二位。反映到技术层面上就是所有的心事都用在技术末梢——即不断的在技术细节和支节上下功夫,并不计工本,这一点它们在家用电器产业发挥的淋漓尽致,如它们开发的变频空调和VRV系统空调。但是在宏观上却缺少创意,对新产业开发方面从没有作出过大的贡献。 同样,日本的钢结构住宅也含有深深的岛国文化烙印,踏木屐,穿和服,睡榻榻米,拉门拉柜的和式住宅很难被外族人接受。这仅仅是文化和风俗层面的差异,从应用和市场推广层面分析,日本(和)式住宅更不宜在中国推广,如方钢柱节点处局部加厚技术(图2.3-7),真空挤出成型纤维水泥板装饰墙板技术等(图2.3-14,图2.3-15,图2.3-16)。从纯技术角度看,这些技术都是很优秀的,但应用起来却很复杂,其制造投资成本就更昂贵了,其产品价格当然也就贵了。 欧美企业的产品开发程序一般是以市场为导向,满足消费者当前需求,并跟随消费者不断前进,即所谓“正好就是最好”的原则。欧美钢结构住宅因为不存在秦砖汉瓦的束缚,一切以舒适,美观,简洁,容易制造,成本低和利于维护考虑。所以容易推广应用。 (二)不同钢结构技术流派的用钢量比较 表2.3-1
(三)不同钢结构技术流派的节点比较
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图2.3-20 (四)不同钢结构技术流派的外墙体系比较
2. 冷轧轻钢骨架住宅的外墙体系相对日本钢结构住宅外墙体系而言要简单的多了,外墙板和外墙装饰 板是各自独立的,外墙板一般是采用经过防水防腐处理过的定向刨花板(图2.3-23),既有强度又有韧性。其好处就是对整个钢骨架系统有张紧作用,类似日式住宅的斜拉杆作用(图2.3-13)。另外还能防撞击和钉挂外墙装饰板。外墙面加贴单向透气透水的建筑纸后(图2.3-24)。就可将外墙装饰板直接钉到外墙板上(图2.3-25)。外墙装饰板有多种(外观和材料)形式可供选择。图2.3-26为加装隔音,隔热材料的图例,图2.3-27为装好石膏板后的图例。
五、中国发展钢结构住宅所应采取的技术流派 综上所述,目前在中国住宅市场角逐的低层钢结构住宅体系如表2.3-2所示。几乎所有钢结构住宅体系的维护体系均为三明治式轻质墙体,楼层体系虽然有多种多样,但主要还是采用冷轧轻钢骨架楼层体系。唯独H+H型体系采用的是一种简单技术过度方式,即用H型钢替代中国传统砖木住宅的木梁柱或现代住宅的钢筋混凝土梁柱,而维护体系和楼层体系维持不变。这样虽然技术跨度变化不大,非常有利于现有设计及施工人员操作,但与世界住宅技术潮流背道而驰,不利于推广应用轻质墙体技术,不利于住宅的工厂化大生产。 我们在选择钢结构住宅技术流派时一定要全方位考虑,要有中国画大写意(舒处可以跑马,密处不可透风)的气概,该粗犷的地方粗犷,该细腻的地方细腻,不必沉弥于局部技术,局部技术的先进可能是为了修补整体技术方案的失误而逼出来的。 从地缘文化,钢结构住宅的用钢量、节点方式、外墙体系,综合成本等多方面因素, 我认为C+c和冷轧轻钢骨架住宅体系是首选,现阶段(技术尚未成熟的过渡期)可采用H+H或□+H骨架体系过渡,但用钢量一定要适当减低,不能以现有高层和超高层建筑的钢结构建筑设计规范来考核计算,否则就体现不出轻钢结构住宅的优势。本人觉得中国的钢结构住宅总体上应主要借鉴欧美经验,当然在一些局部甚至细微的地方也可以适当吸收一些日本钢结构住宅经验。 当然,多层和高层建筑还是应采用H型钢作支撑柱量,但不是本书讨论的范围。 表2.3-2
六、中美两国消费观念的差异对住宅建造技术的影响 1.产品寿命 中国传统消费思想是:新三年,旧三年,缝缝补补又三年,当然现在的年轻人对衣服这类产品早已经更改了消费观念,不这么去想了,但对于大型商品,尤其是住宅,当然是希望它使用寿命越长越好,甚至还要考虑传宗接代。 很多美国人的消费观念是:新的不去,旧的不来。要的是一个合理寿命,和购买价格相匹配的寿命,并非越长越好。新产品不断推出,老产品当然过时。就象电脑微处理器,从286开始到386,486,586,乃至奔腾II,奔腾III,奔腾IV;微软的电脑操作系统也是从WINDOWS3.0不断推向WINDOWS3.1,,WINDOWS3.02,WINDOWS95, WINDOWS98,WINDOWS2000,直至今天的WINDOWS Me,用户被不断推陈出新的好产品所逼。没有一个用户是在产品达到使用寿命后才升级换代。 连美国政府为了刺激消费,活跃经济,扩大就业,也从法律上对一些产品硬性规定了使用时限,到期要强制销毁。 日本也有类似的政策,如战后为了发展本国经济,就曾强行要求所有企业将战前留下的机床(工作母机)销毁,再由政府补贴一点,购置新机床。这既扩大了就业,又促进了消费,重要的是保证了机床(工作母机)和其加工出来产品的质量。与其成鲜明对比的是,笔者80年代在东北某企业工作期间,居然还见到了正在使用的极其古老的天杠式皮带驱动机床,只是将古老的蒸汽机换成了电动机。 对于住宅的内外装饰,没有必要一劳永逸,有个十年,八年寿命就足够了,最多撑它个二十年。住户完全可以根据市场上不断推出的新产品随时更换,或从新油漆换色,使住宅永远都象新的一样有多好。 2.保母与DIY 当国内一部分稍微先富裕起来的人正坐在沙发上一边看电视肥皂剧,一边斜眼看保母或钟点工干活时,美国的大部分中产阶级却正在风行DIY(Do It Yourself),住宅自己建,住宅维修保养当然就更是这样了,一家大小齐聚后院,洗车,刷墙,修草坪已经成为周末的最大享受,见图2.3-28和图2.3-29。
图2.3-28 男女老少齐上阵 3.墙与砖的关系 中国人对砖是太熟悉不过了,有着数千年的烧砖历史,至今仍然是全球用砖量最大的国家(见表2.3-3)。秦砖汉瓦,尤其是中国人烧制的青砖,黑瓦,由于要经过多次泼水冷却,再烧,以求碳化,最后才能得到青色的砖和黑色的瓦,它可以经受数千年的严寒酷暑和风吹雨打不损坏,不褪色,可称世界一绝,为中华民族保留下了众多优秀的古代建筑。一直到上个世纪50年代,前苏联的冶炼专家才从中国学会了青砖黑瓦的烧制工艺,这门传统工艺才流失到国外。现在我们常见的红砖是地道的泊来品,红砖烧制过程是连续的,乡下农民称烧制青砖的窑为土窑,烧指红砖的窑为轮窑,有轮回不停,连续生产的意思。上个世纪50年代,在前苏联的帮助下,国内用红砖建成了很多建筑,都没有作过多的修饰,至今在很多高等院校和科研院所还能见到这些建筑物,仍然具有亮丽的外观。现在由于没有严格控制红砖的烧制工艺,烧出来的砖有缺口,裂纹,弯曲,翘曲,色彩和硬度不均匀,表面光洁度差等多种缺陷,已经丑的不能作外装饰用了,只能作为墙体的充填材料,没有办法,只好在外面再加一层装饰面,既不保温,又不好看,造成了极大的浪费。 墙是砖砌成的,在中国人看来是天经地义的事情。因为中国人对砖太熟悉了,在冷兵器时代,中国人用砖砌起了万里长城,抵御了外族的入侵;县府城池都用砖砌成高大的城墙抵御战乱;豪门大户也用砖砌成深宅大院抵御土匪的侵袭。直至今天,我们跨越了火兵器时代,进入了信息战时代,已经有了各种各样的住宅电子信息安防系统。但大多数住户还是希望他们住宅的墙能象万里长城一样牢不可破(实际是不可能的,因为没有人舍得在窗户上装防弹玻璃)。 单从用砖数量来看,似乎全球只有中国在盖房子,答案肯定是否定的。不用砖,别人用么盖房子?当然是采用新型建筑体系和新型建筑材料。钢结构住宅和建筑就是其主流产品,所以我们不需为钢结构住宅有什么好处,应不应当采用而再费口舌了,而应当迅速抛开使用了两千多年的“秦砖汉瓦”建筑技术,敞开中华民族的伟大胸怀去应接外来文化和技术的冲击,接受并同化它。 在美国,砖并非是“制造”墙的唯一材料。实际上冷轧轻钢(或木质)骨架住宅的外墙不象我们一般所见的墙,全部是由砖砌成,而是由一系列墙部件组装而成的。它包括由冷轧轻钢(或木质)墙骨架系统,内侧石膏墙板,中间保温隔热材料,外侧拉牢墙板组成的承重墙体和装饰外墙。 一谈到装饰外墙,大多数住宅的主人主要会想到外观要美,以及其它一些有关住宅性能的问题。实际上装饰外墙的作用远远超出我们的双眼所看到的内容。外墙主要是帮助保护住宅内部结构和生活空间免日晒雨淋。 在美国,砖也是装饰外墙的一种。有一点要注明的是,绝没有人在砖墙外面再贴上一层瓷砖或马赛克。因为在美国砖与石材一样,是很贵的,也是很美的,不需要遮盖起来。 我们的先人建造的皖南民居,乔家大院等砖瓦结构建筑,青砖黑瓦也没有作任何修饰,随其自然。千百年来依然风光依旧。 表2.3-3
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