鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化的探索- 轉(zhuǎn)載
發(fā)布時間：2021-08-25
同樣的建筑面積，采用鋼結(jié)構(gòu)建造的房屋使用面積較其他結(jié)構(gòu)形式的要多，這是由于鋼結(jié)構(gòu)建筑的特性而決定的。杭蕭鋼構(gòu)股份有限公司（以下簡稱杭蕭鋼構(gòu)）是住房和城鄉(xiāng)建設部認定的鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的第一家“國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地”，也是在鋼結(jié)構(gòu)住宅領域取得較好成績的一家企業(yè)。本版自今日起連續(xù)刊登杭蕭鋼構(gòu)集團副總裁兼總工程師楊強躍等撰寫的《鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化的探索》一文，敬請關注。——編者
一、住宅產(chǎn)業(yè)化
住是人類生活的四大要素之一，人生的2/3時間在住宅及其周圍的居住環(huán)境中度過，因此，住宅是需要為人類提供具有安全性、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。
隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，國內(nèi)對住宅的需求持續(xù)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，實現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，提高住宅產(chǎn)品的質(zhì)量，節(jié)約能源消耗，符合我國目前可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。
根據(jù)聯(lián)合國經(jīng)濟委員會的定義，“產(chǎn)業(yè)化”的特點有6個：
一是生產(chǎn)的連續(xù)性；二是生產(chǎn)的標準化；三是生產(chǎn)過程各階段的連續(xù)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；六是生產(chǎn)與組織的一體化研究與實驗。
結(jié)合住宅建筑的特點，即把住宅納入社會化大生產(chǎn)的范疇，以住宅建筑為*終產(chǎn)品，做到住宅開發(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、延長住宅建筑的壽命、降低生產(chǎn)成本、降低生產(chǎn)過程中所需的能耗。
二、國內(nèi)外住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)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(zhàn)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(shù)量的發(fā)展向質(zhì)量提高方向過渡。進入20世紀80年代后，隨著社會經(jīng)濟、文化的發(fā)展，人們對居住要求的提高，住宅工業(yè)化開始轉(zhuǎn)向注重住宅功能和多樣化的工業(yè)化方向發(fā)展，住宅體系由專用體系向通用體系轉(zhuǎn)變。
法國是世界上推行建筑工業(yè)化*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(xiàn)澆工藝為標志的“第一代建筑工業(yè)化”，并向發(fā)展通用構(gòu)配件制品和設備為特征的“第二代建筑工業(yè)化”過渡。建筑體系由住宅向?qū)W校、辦公樓、醫(yī)院、體育及俱樂部等公共建筑發(fā)展。
瑞典是世界上住宅工業(yè)化*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將模數(shù)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(jié)構(gòu)形式是多元化的，并建造了一定數(shù)量的多高層鋼結(jié)構(gòu)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(xiàn)正在探索標準構(gòu)件的通用化體系，同時也結(jié)合各國的具體條件，適當發(fā)展現(xiàn)澆和現(xiàn)澆裝配相結(jié)合的工業(yè)化住宅體系。
美國住宅建筑市場發(fā)育完善，住宅用構(gòu)件和部品的標準化、系列化及其專業(yè)化、商品化、社會化程度很高，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(qū)，以低層住宅為主。早先的美國住宅多以木結(jié)構(gòu)建造，隨著輕型鋼結(jié)構(gòu)應用技術日趨成熟、完善，現(xiàn)逐步以鋼代木。據(jù)統(tǒng)計，1996年美國已擁有20萬幢鋼框架小型住宅，約占住宅建筑總數(shù)的20%；輕型鋼結(jié)構(gòu)體系所占建筑市場的比例已從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(xiàn)場施工簡化，提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率，日本對住宅實行部品化、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，這一時期產(chǎn)業(yè)化方式生產(chǎn)的住宅占竣工住宅總數(shù)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(shù)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(shù)的25%～28%。日本是世界上率先在工廠里生產(chǎn)住宅的國家，其工業(yè)化住宅的結(jié)構(gòu)體系主要以輕鋼結(jié)構(gòu)為主，輕鋼結(jié)構(gòu)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(shù)量的高層鋼結(jié)構(gòu)住宅，如蘆屋浜高層鋼結(jié)構(gòu)住宅。
1956年，我國開始提出建筑工業(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(xiàn)裝配壁板式住宅，20世紀60年代出現(xiàn)磚壁板住宅，20世紀70年代以后開始推廣大模板住宅、滑升模板住宅、框架輕板住宅。盡管近些年來，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(xiàn)在以下5個方面：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，沒有形成技術先進、規(guī)模生產(chǎn)、系列化配套的社會化供應體系，導致住宅質(zhì)量不高、設備通用性差、性能成本比不合理；三是資源沒有得到有效利用，能源浪費嚴重；四是現(xiàn)場施工機械化、合理化程度低，施工技術服務體系缺乏；五是我國科技進步對住宅產(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生產(chǎn)率的同時提升住宅整體品質(zhì)，降低資源的消耗。
我國住宅產(chǎn)業(yè)化的建筑結(jié)構(gòu)體系包括預制混凝土（PC）裝配式建筑、輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑、多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅等。
預制混凝土（PC）裝配式建筑是在工廠內(nèi)預制混凝土構(gòu)件或部件，在施工現(xiàn)場裝配而形成的住宅。預制裝配式住宅的核心是構(gòu)件預制與節(jié)點現(xiàn)澆相結(jié)合，發(fā)揮各自優(yōu)勢，保證結(jié)構(gòu)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(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相比，節(jié)點處現(xiàn)場施工質(zhì)量控制要求高；同時整體性不如現(xiàn)澆混凝土，在高層以及高烈度區(qū)應用需謹慎。
輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系是指由圍護、墻體及隔斷結(jié)構(gòu)與鋼架支承結(jié)構(gòu)共同組成的住宅體系，剛架支承結(jié)構(gòu)一般采用冷彎薄壁型鋼。輕鋼結(jié)構(gòu)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(gòu)件工廠加工現(xiàn)場裝配，施工速度快，質(zhì)量好。
多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅體系由鋼結(jié)構(gòu)作為承重結(jié)構(gòu)，配合工業(yè)化樓板系統(tǒng)、內(nèi)外墻體系統(tǒng)，形成一套完備的住宅建筑體系。多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的優(yōu)勢有：柱網(wǎng)間距大、構(gòu)件截面小，建筑布局靈活得房率高；結(jié)構(gòu)構(gòu)件全部在工廠加工，現(xiàn)場裝配化程度高。多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅體系需要解決的是樓板和內(nèi)外墻板體系的工業(yè)化問題，并滿足建筑隔聲、保溫、防水以及與鋼結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點構(gòu)造等要求。
四、鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀與存在的問題
第一，鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)勢。推進我國住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，應結(jié)合目前住宅的實際情況，通過推廣應用既能滿足住宅建設需要，又能適應今后住宅建設發(fā)展方向要求的先進、成熟、經(jīng)濟、適用的新技術、新產(chǎn)品，用現(xiàn)代科學技術加速改造傳統(tǒng)住宅產(chǎn)業(yè)，提高住宅產(chǎn)業(yè)的技術水平和住宅建設的整體效益，推進住宅產(chǎn)品的系列化開發(fā)、規(guī)?；a(chǎn)、配套化供應。鋼結(jié)構(gòu)住宅在很多方面滿足了上述的要求：
一是從采用的建筑材料上講，鋼結(jié)構(gòu)住宅是以鋼結(jié)構(gòu)為骨架配合多種復合材料的輕型墻體拼裝而成，無論是承重結(jié)構(gòu)體系還是配套樓板及圍護墻體，所用材料均可達到工廠標準化、系列化、批量化生產(chǎn)，改變了傳統(tǒng)住宅采用磚、瓦、灰、沙、石在現(xiàn)場大量作業(yè)的情況。
二是從采用新技術上講，鋼結(jié)構(gòu)住宅對建筑技術的要求大大高于傳統(tǒng)磚石或混凝土住宅，它可以利用建筑方面的新技術、新產(chǎn)品向住戶提供多樣化、選擇性、適應性強的經(jīng)濟住宅。
三是鋼結(jié)構(gòu)住宅可以帶動其他建材產(chǎn)品的進一步發(fā)展。隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的普及推廣，與鋼結(jié)構(gòu)密切相關的防火、防腐材料已得到快速發(fā)展；圍護與承重結(jié)構(gòu)完全分開，有利于輕質(zhì)、高強、節(jié)能、環(huán)保的新型墻體材料的開發(fā)、創(chuàng)新；為適用于鋼結(jié)構(gòu)的工廠化生產(chǎn)制造的節(jié)點構(gòu)件及設備產(chǎn)品提供廣闊的建筑市場；對施工機械化程度的較高要求，促進施工機械的改良與革新。
四是鋼結(jié)構(gòu)住宅由于采用標準化、系列化、批量化生產(chǎn)和機械作業(yè)，將大大提高勞動生產(chǎn)率。住宅開發(fā)從項目走向企業(yè)，從工地走向工廠，這是住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的必然趨勢。隨著我國工業(yè)化進程的加快，工業(yè)化住宅不僅對住宅建設會產(chǎn)生深遠的影響，而且必將在住宅市場上占有巨大的份額。
第二，國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)住宅的實施案例。鋼結(jié)構(gòu)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(gòu)、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11.5萬平方米，可安置受災群眾1324戶。該項目是由寶鋼總承包建設的全鋼結(jié)構(gòu)安居房，被列為四川省首批啟動的災后重建重點項目，也是國際鋼鐵協(xié)會LivingSteel指定鋼結(jié)構(gòu)住宅示范工程。
由萊鋼集團建設的凱旋新城鋼結(jié)構(gòu)住宅項目，其有效使用面積比相應磚混結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)提高約3%～6%。
杭蕭鋼構(gòu)股份有限公司（以下簡稱杭蕭鋼構(gòu)）經(jīng)過10多年研發(fā)，形成了一套完善的鋼結(jié)構(gòu)住宅體系成套技術。該體系從主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件、梁柱節(jié)點、樓板系統(tǒng)和墻板系統(tǒng)、鋼結(jié)構(gòu)的防火防腐等幾個方面系統(tǒng)解決了鋼結(jié)構(gòu)住宅的產(chǎn)業(yè)化問題。該技術符合標準化設計、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(gòu)成為鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的首個“國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地”，生產(chǎn)基地鋼結(jié)構(gòu)住宅三板體系配套能力達1000萬平方米，為鋼結(jié)構(gòu)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(gòu)建設的武漢世紀家園采用了杭蕭鋼構(gòu)自主研發(fā)的多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅成套體系，該項目也是住房和城鄉(xiāng)建設部“節(jié)能省地型”科技示范工程。該項目于2009年交付入住，其性能得到了社會與住戶的充分肯定，特別是外墻系統(tǒng)成功地解決了開裂與滲漏問題。
采用杭蕭鋼構(gòu)自主研發(fā)的多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅成套體系建設的萬郡·大都城住宅小區(qū)是全國鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化示范小區(qū)，2013年1月被住房和城鄉(xiāng)建設部批準為“省地節(jié)能環(huán)保型住宅、國家康居示范工程”，2013年7月通過綠色建筑二星設計標識專家評審。
由杭蕭鋼構(gòu)建設的安哥拉安居家園工程采用鋼框架——支撐體系。該工程在非洲被譽為“五星級住宅”，得到安哥拉總統(tǒng)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(jié)構(gòu)住宅需要解決的問題。我國鋼結(jié)構(gòu)住宅起步較晚，大規(guī)模的研究開發(fā)、設計制造、施工安裝還是近些年才發(fā)展起來的。與發(fā)達國家相比，我國鋼結(jié)構(gòu)住宅的產(chǎn)業(yè)化還存在較大差距，有待于不斷改進和提高。目前制約我國鋼結(jié)構(gòu)住宅推廣應用和發(fā)展的主要問題有：
一是建筑材料方面，鋼結(jié)構(gòu)所需的鋼材產(chǎn)量很高，材質(zhì)、材性和選用標準比較齊全，但仍需要進行完善，比如冷彎型鋼結(jié)構(gòu)在鋼結(jié)構(gòu)住宅中應用的防火驗收標準、耐火耐候鋼材的開發(fā)應用等。鋼結(jié)構(gòu)住宅的圍護材料研究方面有待進一步完善，研發(fā)適用于工廠化部品生產(chǎn)的圍護材料，滿足建筑保溫、隔聲、防火、防水以及易于現(xiàn)場連接等的性能要求。
二是結(jié)構(gòu)體系方面，對于各種鋼結(jié)構(gòu)體系，目前還沒有明確規(guī)定使用范圍，因此在住宅結(jié)構(gòu)選型時，多從結(jié)構(gòu)的受力性能出發(fā)以降低用鋼量。鋼結(jié)構(gòu)體系的設計需要考慮結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟性能、部品構(gòu)件標準化的問題，是一個復雜的系統(tǒng)工程，雖然目前已有不少的研究，但實際應用中仍未達到產(chǎn)業(yè)化的廣泛推廣，鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的結(jié)構(gòu)選型和優(yōu)化仍需大量的研究與創(chuàng)新。
鋼結(jié)構(gòu)住宅的建造可引入BIM系統(tǒng)等信息化技術手段。BIM提供了一種交互式的住宅虛擬設計平臺，可針對每個部品構(gòu)件，建立構(gòu)件信息化系統(tǒng)。在構(gòu)件制作、施工前對構(gòu)件進行虛擬三維檢討，以期在制作和施工前發(fā)現(xiàn)存在的各種問題并予以解決。引入BIM系統(tǒng)，可以從設計方面完善各專業(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(xiàn)場的效率。
政府通過公有住宅建設模式以及政策法規(guī)方面的引導作用?？梢越梃b先進國家的經(jīng)驗，譬如，日本以公有住宅建設來解決住房短缺問題并推進工業(yè)化，以政策和法規(guī)來引導與規(guī)范住宅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
三是經(jīng)濟性能方面，鋼結(jié)構(gòu)住宅體系仍存在單方造價過高的問題，特別是與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)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。
四是民眾觀念方面，雖然鋼結(jié)構(gòu)住宅在國外已經(jīng)成熟和完善，但對國內(nèi)民眾還是新鮮事物。中國消費者長期習慣了磚混或鋼筋混凝土的住宅，從慢慢開始接受到逐步習慣、進而喜歡鋼結(jié)構(gòu)住宅，還需要一個循序漸進的過程。
此外，防火、防腐也是制約鋼結(jié)構(gòu)住宅推廣的一個問題。由于我國鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展和應用時間不長，對鋼結(jié)構(gòu)防火設計的研究還不夠深入，傳統(tǒng)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，將會增加工程造價。與鋼結(jié)構(gòu)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，還有待進一步的研制和開發(fā)。
鋼結(jié)構(gòu)住宅建設模式的制約也不能小覷，現(xiàn)有的住宅建設模式基本上是開發(fā)建設與設計分離、設計與建造分離，這種現(xiàn)狀嚴重地影響了鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展與推廣的原動力。
五、鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展方向
鋼結(jié)構(gòu)住宅的產(chǎn)業(yè)化需要產(chǎn)業(yè)鏈的整合，需要將鋼結(jié)構(gòu)住宅的源頭標準化模數(shù)化設計、鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)化制造、圍護體系制造、配套門窗廚衛(wèi)設備等綜合考慮，提供配套適應性強的產(chǎn)品。鋼結(jié)構(gòu)只是解決住宅建筑的結(jié)構(gòu)問題，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)會或政府主管部門應作為主導，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(shù)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(gòu)件的適用性。鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系需要創(chuàng)新，滿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(jié)構(gòu)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業(yè)化公司承擔，為鋼結(jié)構(gòu)住宅體系提供質(zhì)量可靠、裝配性強的標準產(chǎn)品。配套門窗、整體廚衛(wèi)等生產(chǎn)廠家，可配合開發(fā)適用于鋼結(jié)構(gòu)住宅的標準配套產(chǎn)品。
鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的建造流程需進行改變。部品構(gòu)件的加工大部分需在工廠內(nèi)完成，現(xiàn)場只進行裝配化安裝，提高現(xiàn)場的裝配化性能，采用機械設備，減少現(xiàn)場人工，縮短現(xiàn)場的工期。
