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鋼結構 | 現代鋼結構住宅技術流派分析

廣東建筑工業化展 2018-02-26 1556

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

（二）圍護骨架系統

（三）輕質墻體

（四）裝飾外墻

（五）樓層板

（六）屋頂

（七）門窗及樓梯

它與傳統磚混結構住宅的差異主要體現在（一）、（二）、（三）項，它與木結構住宅的差異主要體現在（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分，如：

（一）按用鋼截面及骨架系統來分有：

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

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（圖2.3-5，圖2.3-6），簡稱ð+U骨架系統。

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（圖2.3-7），簡稱ð+H骨架系統。

圖2.3-7

4.冷軋輕鋼骨架系統（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驗。國內H型鋼的生產廠家眾多,完全可以滿足鋼結構住宅發展的需求，是現階段（過度期）國內發展鋼結構住宅的首選用材。缺點是鋼材消耗量大，節點處理困難。

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，優點是鋼材消耗量少，缺點是截面不穩定，有時效變形之慮。在中國已經有廠家生產這類型材，但因市場用量少和缺少相應的使用經驗，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這類型材，但因市場用量少和缺少相應的使用經驗，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。優點是截面穩定，節點布置方便，缺點是鋼材消耗量大,螺紋聯接副弱。在中國也有廠家生產這類型材，但因市場用量少和缺少相應的使用經驗，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。國內非承重（隔墻和吊頂）輕鋼龍骨生產能力很大。但能生產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、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）骨架和輕質墻體面板加保溫隔熱、隔聲和防水材料構成。

1.輕質墻體面板

（1）防火石膏板目前是國內外最常用的內墻面板，國內現在大多數是用在寫字樓裝修中，國內貨源充足。

（2）防水石膏板可作為廚房和衛生間的墻體面板，國內貨源充足。

（3）中，低密度水泥纖維板可作為內、外墻面板，國內貨源充足。

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

（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，國內目前還不具備生產能力。

（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。但生產設備昂貴，國內還沒有生產廠商。

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

工制造容易，因此國內塑料行業很容易開發此類產品，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木結構住宅發展而來。

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.蒸壓輕質加氣混凝土（ALC）樓板在日本應用較多，國內也已經具備生產能力。

（六）屋頂（瓦）

1.陶瓦屬于傳統建筑用瓦，重且安裝工藝復雜，不太適用于鋼結構住宅。

2.水泥彩瓦國內有廠家生產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，國內尚無生產能力。

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

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

（七）門窗及樓梯

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

國內目前尚沒有專業的樓梯生產廠家，不象國外住宅部品生產的專業化分工那么細，有專業的樓梯生產廠家。

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現可以用地緣文化作為劃分依據，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品轉買到亞洲，著實大賺了一把。但是緊隨而來的信息產業（電腦，軟件，網絡）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。

日本的產品開發程序一般是以技術為導向，即用“最好”（并非正好）的產品去引導消費，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和支節上下功夫，并不計工本，這一點它們在家用電器產業發揮的淋漓盡致，如它們開發的變頻空調和VRV系統空調。但是在宏觀上卻缺少創意，對新產業開發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，其產品價格當然也就貴了。

歐美企業的產品開發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（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現可以用地緣文化作為劃分依據，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（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點比較

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

圖3-17

圖3-18

2.冷軋輕鋼骨架系統部分節點如圖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骨架系統部分節點示意圖見圖2.3-6，圖2.3-7。

從方鋼+H型支撐骨架系統的節點處理情況來看，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型支撐骨架系統的節點聯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—螺栓聯接副，材質，熱處理，螺紋長度等都是方鋼螺紋聯接強度的死穴。所以就采用在內部加襯板，或是外部加襯板，乃至特意焊上一個輔助節點的辦法來解決ð+H型支撐骨架系統的節點聯結副強度問題，甚至還想出了方鋼柱節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接。

4.H+H骨架系統節點比方鋼+H骨架系統節點還復雜，必須采用焊接的方法加工節點。

（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。