新型产业化建筑

新型产业化建筑

随着建筑产业化的不断推进，为满足绿色建筑和建筑业可持续发展的要求，国外很多新型建筑体系在北京、上海、深圳等地进行了试点推广。现对木结构、轻钢龙骨结构、集装箱结构进行浅谈。

木结构

1.我国现代木结构住宅的发展现状

木结构建筑指以木材为主要结构建造的建筑。我国木结构建筑历史悠久,远溯3500年前,就基本已形成用榫卯连接梁柱的框架体系,到唐代逐渐成熟,许多大型木结构迄今已历经百年甚至千年。20世纪80年代以后,随着我国可用于木结构建筑的木材逐渐减少,用纯木结构建造的建筑被迫停建。近年来,随着国外木结构住宅进入中国市场,以及国内木结构建筑相关规范的相继出台,标志着我国停滞了20多年的木结构建筑开始复苏。

迄今为止,国内已建木结构住宅大约2000多幢,600幢正在建设中,分布全国各地,主要以北京和上海地区居多。尽管与过去20年相比,近年来我国木结构住宅的建造发展速度惊人,但数量还不及北美、欧洲及日本等一些国家年建造量的1‰。产生差距的最主要原因就是:这20年来我国木结构发展一直停滞不前,造成了木结构建筑不仅在技术上,而且其他方面都落后于北美等国家。清楚地认识到此状况对于发展我国木结构住宅有极其重要的作用。

2.制约我国木结构住宅发展的因素

现代木结构有其独特的设计、建造和居住性能优势,顺应现代住宅建筑理念。但不容忽视的是,木结构住宅在中国的发展还存在一些内在的、外在的制约因素。

2.1住宅本身的异地性和居住性能的不稳定性

在使用材料方面,我国的木结构主体框架材料和结构用连接件主要是来自国外,价格昂贵,

开发、研制替代主体框架的国产材料已经成为当务之急。目前我国木材加工技术与北美、日本发达国家相比还比较落后,在加工精度方面还达不到安装要求。例如,在中国林科院梁柱式木结构示范住宅建造中,国产的胶合木需要到日本加工,再运回国内安装,大大增加了建造成本。目前国内还没有具备木结构设计资质的设计单位,因此,木结构建筑设计一直依赖于国外。木结构住宅有着优良的抗震性、保温节能性和环境友好性,但是也常常会因材料选择、结构设计和建筑安装的不合理而导致隔音性能差和楼板振动大等问题。

2.2成本的累加性

在木结构住宅开发建造中,建造商、开发商最关心的就是成本问题,这个问题涉及到的因素很多。就目前而言,不同地区、不同质量的房屋造价也有所不同。一幢200m2的木结构住宅有的只卖到30万元人民币,有的甚至可以卖到400万元人民币。据专家估算,我国若用进口材料建造木结构房屋,其成本约4000～6000元/m2,这还不包括土地价格。更重要的问题是,木结构住宅的后期维护成本高。对于混凝土住宅,人们一经居住,很少会去维护。但对于木结构住宅,需要不断地维护,这种维护更多的是在木结构住宅的性能和结构方面,比如居住一定

时间后需要更换保温层;在楼板中增加横撑来控制有些分隔墙的下移等。

2.3购买者的接受度

在我国,几十年来民用建筑一直是以砖混结构为主,人们已经习惯其结构的稳固性和长期性。现代木结构住宅在中国是一个新生事物,人们对其印象总与过去木房子联系起来,感觉不牢固。有些人会认为,随着时间的推移,木结构住宅性能会慢慢下降,而砖混结构的住宅却依然很稳定。目前,不管来自内部的还是外部的安全性担心,都制约着木结构住宅在中国的发展。相对砖混或钢混结构住宅,人们认为木结构住宅不仅不牢固,一旦发生火灾,人身财产以及房

屋安全得不到保障,还认为木结构住宅易发潮、发霉、白蚁侵蚀、耐久性差。从现实情况看,木结构住宅在我国的接受程度还很低,真正进入市场并受消费者欢迎尚需时日。人们从追求高容积率的住宅转变到健康环保的住宅需要一个过程,首批开发的木结构房屋成功与否,可直接影响到人们观念转变的快慢。目前类似混凝土别墅的木结构住宅市场推广战略过多地考虑了建造商和开发商,却忽略了消费者的需要。

2.4土地、政策的排斥性

在我国,木结构住宅绝大部分为别墅住宅,且占地面积大。众所周知,我国是一个人均土地面积很低的国家。从住宅用地来看,土地由于其位置的固定性、资源的稀缺性等因素,供应量会越来越少,相对价格会不断上升,从而也就提高了别墅建造成本。2003年9月14日,国土资源部发布《关于加强土地供应管理促进房地产市场持续健康发展的通知》,今后我国将严格

控制高档商品住房用地,停止报批别墅用地。这个通知正式向以别墅为代表的高档豪宅亮起

政策红灯。尽管一些省市的发展商手里的合法别墅用地储备量非常可观,可以满足未来3至5年内市场的需求,但是从长远看,别墅建筑的发展受到了一定限制,以别墅为主的木结构住宅

也不例外。

2.5研究力量的薄弱性

长期以来,木结构房屋的发展,因种种原因受到限制,直到改革开放后,才开始对木结构房

屋及其材料进行研究,并取得了一些成果。但总体而言,我国对木质材料应用于住宅建筑方面的研究,与国外相比差距较大,高校及科研院所也缺乏相应的课程及人才培养内容。通过引进一些国外的木结构建筑技术和经验的项目,对发展我国的木结构房屋市场有很大促进作用。

但在发展具有中国特色的木结构建造技术和材料方面,我国还没有形成自己的知识产权。

2.6标准、规范的不完善性

健全的标准和规范是保证木结构房屋质量、防止出现劣质建筑的必要条件。近几年,国

外木结构住宅在我国迅速发展,促使我国相继出台了GB5020622002《木结构工程施工质量验收规范》和GB5000522003《木结构设计规范》,2005年又出版了较为完整的木结构设计手册。同时,我国还急需建立木结构连接件的相关标准。这对木结构住宅市场来说,意义都是非常重大和必要的。但是,迄今为止我国木结构住宅主体框架材料几乎都从加拿大、美国进口,木结构的设计和建造技术也来源于国外,而且大部分已建的木结构住宅未得到真正意义上的验收。随着我国木结构住宅的国产化,这些以国外,特别是以加拿大木结构规范为基础制订的规范,

会渐渐变得不再适用。同时,为了适应建筑材料的国产化,必须制订相应的产品标准。

3.我国木结构住宅未来的发展之路

3.1加强木结构研究,促进木结构研究成果转化

目前国内从事木结构研究的高校、科研院所不多,而且研究方向、内容也各有侧重。比

如同济大学是进行木结构的抗震性能研究,哈尔滨工业大学木结构研究中心则是以结构设计

为主,而中国林业科学研究院主要研究木材及木质产品性能,以及木结构住宅性能的评估。木结构研究是一个系统化的研究,从结构单元到最终产品是环环相扣,一个结构单元的性能可能会影响到结构组件、结构系统,甚至整个建筑的使用性能。因此在研究中各研究机构要加强

合作,合理分工,协同共进。目前还迫切需要开展对木结构设计、连接形式、连接件及木质结构材料的防蚁、防腐、防火、耐久性及胶黏剂的研究,同时加快制定木结构设计、木材强度

分级、木质工程材料产品标准等检验评定方法和规范,建立木结构建筑及材料管理的标准化

体系。鼓励新型研究成果的应用,对已有的科研成果制定合理的转化机制。

3.2建造多种结构形式的木结构住宅建筑

实现渐进式发展为改变购买者对木结构住宅的传统观念,必须建造多种结构形式的木结构建筑。尽管当前木结构建筑有原木结构、梁柱木结构和框架式木结构等形式,但在购买者看来均为一样的木结构。因此,一些创新性的结构设计将有助于改变购买者的观念,提升对木结构住宅的接受度。如研发双层墙体的木结构建筑,外层是砖或混凝土结构、内层是木结构墙体;又如,南方地区温暖、潮湿、白蚁较多,可考虑设计底层为混凝土结构,上层为木结构的混合结构形式。另外还可以将中国古典的木结构元素加入到现代的木结构建筑中,实现木结构住宅的中西合璧。

3.3居住型和非居住型木结构建筑相结合

从最初木结构进入中国市场到现在,一直是以居住型为主,而且更多的是别墅。在某种意义上,缩小了人们眼中的木结构范围,从而限制了木结构在我国一些场所的使用。其实木结构建筑在世界各地被广泛使用,既可单家独户,又可以形成多层多户的公寓楼,低层商业建筑和公共建筑,如餐馆、学校、教堂、商店和办公楼等,都可采用这种结构体系。木材还可用在其他特殊建筑结构上,如日本岛根(ShimanePrefecture)出云(Izumo)市的穹顶式建筑,主要用于体育、展览和会堂。还有一些木建筑是为奥运会建造的,如1972年慕尼黑夏季奥运会的自行车赛场是胶合木结构,1998年长野冬奥会速滑场地的胶合木露天顶棚。

3.4开发低成本的木结构住宅,实现走入中小城市

木结构住宅成本主要是由建筑材料、设计、建造及土地等部分构成,目前木结构住宅价格昂贵,让一些感兴趣的人群,特别是中等收入的家庭望而却步。通过对建筑材料、设计及建造的国产化,开发低成本的木结构住宅,可以为木结构住宅价格的回落释放出一定空间。影响木结构住宅成本的另一个重要的因素就是土地成本。大型城市土地价格高,而且城市土地供应量紧张,因此,木结构住宅走入中小城市也是一个必然趋势,不仅可以降低木结构住宅建造成本,而且扩大了木结构住宅的消费市场。在中小城市集中建造木结构住宅,发展新型低密度居住社区。另外,为发展我国新农村的建设,木结构住宅也可以走入相对富裕的农村。

3.5完善木结构标准规范,建立健全相关法律法规

当前,尽管我国已经出台了木结构相关标准、规范,但是发展完善是一项长期任务。一些新的标准、规范会随着大量新型结构产品、结构形式的出现而出现。通用标准和规范的制订、修订工作会持续进行,同时要建立木结构建造的认证体系和木结构住宅性能的评估体系。另外木结构住宅作为一个新兴产业,一些特殊的标准也会根据我国的国情应运而生。同时,对木结构建筑的防火、防盗措施,在房屋设计中要完善并加强小区物业管理体系。在木结构住宅

发展的过程中,健全的木结构住宅市场相关法律法规是必不可少的。目前国内还没有建立一

套系统的木结构住宅市场法律法规,这种局面会影响到未来我国木结构住宅的规模化发展。

3.6加强木结构从业人员的管理和培训

要加大对木结构建筑的的宣传力度,改变传统观念,全面提升对现代木结构的认识,在有

基础、有条件的高校开设木结构教育课程。应开办专门的木结构建造培训学校,培养高技术、高素质的木结构建造从业人员,为木结构住宅长期、稳定、健康的发展打下坚实的基础。2006年年初中国木结构专业委员会在哈尔滨工业大学的成立,将进一步加强木结构从业人员的教

育和管理,推动木结构市场的健康有序发展。

轻钢龙骨结构

1.钢结构发展现状

由于经济发展比较落后，一直以来，我国建筑材料有60年代以前的土木为主的建筑发展到后来特别是改革开放后的钢筋混凝土为主。随着我国国民经济的突飞猛进的发展，建筑技术的快速提高，建筑业发展自身对建筑材料的要求不断提高以及我国钢铁产量的空前过剩，钢结构开始快速发展起来。

近年来，随着城市建设的发展和高层建筑的增多，钢结构的优势逐渐突显，钢结构发展也十分迅速。

特别是钢结构住宅作为一种绿色环保建筑，已被建设部列为重点推广项目。特别是在我国大中城市中，人多、土地资源少，而人们对住宅密度、环境绿地等要求越来越高的情况下，较大范围应用钢结构住宅，是我国生产力发展到一定阶段的必然产物，它是符合国家产业政策的推广项目。

目前在北京、天津、山东莱芜、安徽马鞍山、上海、广州和深圳等地通过前几年开展低层、多层和高层钢结构住宅试点工程，目前已经开始较大规模的发展。这说明了钢结构住宅的发展势头良好。

2002年国内第一幢18层钢结构住宅楼在安徽省马鞍山市建成，标志着我国高层住宅从钢筋混凝土结构跨进了钢结构时代。经过对已建试验建筑的技术总结和产业推广，钢结构住宅建筑在全国各地得到了蓬勃发展。特别是华南、华东一些发达地区发展最为迅速。据不完全统计，国内钢结构住宅建筑每年均以200-300万㎡的速度递增。

目前，武汉市的钢结构住宅发展相对滞后，目前较有规模的包括“金色年华小区”、“香利.国庭”、“黄金口岸”等，数量及规模均显不足，与武汉特大型城市及国家大型钢铁企业基地地位极不相符，武汉市钢结构住宅推进速度缓慢，受致于相关配套产业的发展不足，建

筑用钢品种不全，墙体、楼板等配套产品还未形成产业化生产，相应制约了武汉市钢结构住宅产业的发展。随着钢材品种的开发、相应配套产业的发展，武汉的钢结构住宅有着巨大的发展空间。

2.钢结构建筑相比传统结构形式的优势分析

2.1 钢结构产业在产品发展上的优势

1）宏观经济发展的政策优势

随着国家经济的不断发展，人们生活水平的日益提高，生态、环保、节能等概念日益成为全世界经济发展的主题，中国作为一个发展中的大国，不论从自身的发展需要还是对世界经济的责任也越来越重视这方面的发展。所以国家在“十一五”期间就大力推广钢结构住宅产业，并且出台一系列的鼓励政策。所以，发展钢结构产业具有极好的前景。

2）符合中国目前经济发展需要

目前中国钢铁行业出现严重产能过剩，特别金融危机以来，国内大批钢铁公司限产、停产。如何发展钢铁企业也是当前国家经济发展中的一件及其重要的事情。发展钢结构建筑产业无疑可以逐步缓解这一矛盾，更有利于国民经济的发展。

3）钢结构特别轻钢结构产业在生态、环保、节能方面的优势

与钢混建筑（以使用水泥为基础）相比，轻钢具有显著优势：

（1）轻钢建材减少5/6的CO2排放量；

（2）建材的生产只需消耗1/6的能源；

（3）只消耗1/6的自然资源；

（4）100%回收再利用，适应可持续性发展、循环经济的发展战略。

中国的水泥产量占世界水泥产量的46%，中国CO2排放量占全世界的20%，全世界CO2大约有3.5%由中国的水泥造成，这是相当巨大的数字（中国C O2排放量的17.5%由水泥造成），每增加101.174㎡的钢混建筑就额外产出400Kgs CO2

4）国际对新技术的支持

首先，轻钢结构作为一种新的技术，大量降低了工人劳动强度，避免了密集型的体力劳动。由于高污染（造成全球7% 的CO2排放）以及高能源消耗的原因，政府抑制水泥生产行

业。鉴于建造大量建筑需要水泥（使用大量水泥-超过30%），而水泥生产的水平又在降低，急需寻找传统住宅建材的替代材料用作住宅城市化建设（38%的混凝土使用）

轻钢结构在多层和高层建筑中的使用是住宅建筑未来发展的方向。在其它国家，轻钢建筑占住宅建筑市场的30%

2.2 钢结构建筑上的优势

1）能合理布置功能区间

利用钢材强度高的特点，设计可采用大开间布置，使建筑平面能够合理分隔，灵活方便，创造开放式住宅。而传统结构（砖混结构、砼结构）由于材料性质限制了空间布置的自由，如果开间过大，就会造成板厚、梁高、柱大，出现“肥梁胖柱”现象，不但影响美观，而且自重增大，增加造价，购房者在二次装饰时，经常由于自行改变墙体位置，增加隐患。

2）钢结构空间利用率高

在空间使用率上，钢结构的断面小，与钢筋混凝土结构相比可增加建筑有效面积8%左右。在建筑风格上，钢结构建筑也更显灵活丰富，户内空间可多方案分割，可以满足不同用户的需求。

3 ）自重轻、抗震性能好

相同建筑面积的建筑楼层，钢结构自重轻，根据比较，六层轻钢结构住宅的重量，仅相当于四层砖混结构住宅的重量。而且钢材具有延性，能比较好的消耗地震带来的能量，所以抗震性能好，结构安全度高。

2.3 钢结构经济性优势

1 ）施工方便、工期短

钢结构构件，可以实行工厂化生产，现场安装。由于现场作业量小，对周围环境污染少，同时，施工机械化程度高，加快了施工速度。根据统计，同样面积建筑物，钢结构比砼结构工期可缩短1/3，而且可节省支模材料。

2 ）综合造价低

由于自重轻，基础费用降低，总体用料减少，直接成本降低，建设工期短，间接费又可减少，所以综合造价低。

3）符合住宅产业化和可持续发展的要求

钢结构适宜工厂大批量生产，工业化程度高，并且能将节能、防水、隔热、门窗等先进成品集合于一体，成套应用，将设计、生产、施工一体化，提高住宅产业化的水平。

另外，钢材报废后可实现100％废品再回收利用，所以称“钢结构建筑”为“绿色

建筑”毫不为过，它是适应我们人类可持续发展战略的新型建筑形式。

3.钢结构建筑结构体系分析

3.1结构体系

3.1.1 钢结构体系大致可分为以下几种形式：

（1）钢框架与混凝土筒体（墙体）的混合结构体系；

（2）钢框架加支撑的结构体系；

（3）钢框架与预制混凝土墙体的框剪结构体系；

（4）纯钢框架结构体系；

（5）错列桁架结构体系；

（6）轻钢龙骨结构体系；

上述钢结构体系从结构体系和构件选材可分为两大类：1）普通钢结构体系；2）轻钢龙骨钢结构体系

3.2各种结构体系的特点

3.2.1普通钢结构体系

目前普通钢结构体系包含上述（1）-（5）五种结构形式，随着中国经济的发展和国内建筑技术的日益提高，近年来，普通钢结构形式建筑的有了突飞猛进发展。无论是建筑技术、行业规范、配套建筑材料、配件等相关产业都已经初具规模，也有着极好的发展前景。

3.2.2 薄壁轻钢龙骨结构体系

薄壁轻钢龙骨结构体系采用高

强度（500MPa-550MPa）镀锌钢经冷

弯成型作为主要受构件。主要用于中

低层住宅或别墅，大致可分为两类，

一类为以冷弯C型钢（壁厚0.6-2.0mm）

组成的龙骨体系。另一类以小型热轧

型钢组成的龙骨结构体轻钢龙骨体

系一般由柱、梁、天龙骨、地龙骨及

中间腰支撑通过配套扣件和加劲件用自攻螺钉连接而成，梁柱构件厚度在1～3mm之间，柱子间距约为400~600mm。

其主要受力机理为：柱子与上下龙骨及支撑或隔板组成受力墙壁，竖向力由楼面梁传至墙壁的天龙骨，再通过柱子传至基础；水平力由作为隔板的楼板传至受力墙壁（多、高层一

般在楼电、梯等位置设置钢筋混凝土核心筒墙体结构集中承受水平力）再传至基础。由于在传力过程中，墙面板承受了一定的剪力，并提供了必要的刚度，故墙面板应满足一定的要求。楼板可采用楼面轻钢龙骨体系，上覆刨花板及楼面面层，下部设置石膏板吊顶，既可便于管线的穿行，又满足了隔声要求。该体系的优点为组成体系的构件尺寸较小，可将结构构件隐藏在墙体内部，有利于建筑布置和室内美观，且保温性能良好，梁柱均为铰接，省却现场焊接及高强螺栓的费用，而且受力墙体也可在工厂整体拼装，加快了施工进度。其缺点为梁柱铰接不适合于强震区的高层建筑，国内该体系尚缺乏工程经验，冷弯型钢品种较少。

根据国外相关工程经验，目前这种钢结构已经发展到6层以上并且有向高层建筑发展的可能，这种体系的建筑多用于住宅、公寓、酒店结构简洁、柱网较小且排列整齐的建筑。目前世界先进国家如美国、澳大利亚、日本等国在这方面的研究已经取得较大的成效。例如美国著名的轻钢结构公司正在着手开发一栋24层、高度为78米的建筑，不久就会应用于实际工程。国内也正在开发和研究，目前多层薄壁轻钢龙骨结构体系的相关规范的征求意见稿已经编制完成，估计不久就会公开发行。

该公司所研究的轻钢龙骨结构体系均用0.6-2.0厚的高强镀锌钢（强度达500MPa-550MPa）为原材料，按照设计构件冷弯成型（类似于国内的C、U型薄壁轻钢构件），从力学理论分析，该结构截面形式最大限度地利用了材料力学的性能，从而做到节约材料，降低成本。

本建议书主要研究的对象就是这种薄壁轻钢龙骨结构体系的建筑。

3.3薄壁轻钢结构体系适宜建筑类型

轻钢(LGS)建筑由冷弯、热镀锌钢卷轧辊成立柱和托梁等构件，将其拼装成骨架后成为建筑的结构部分。这种结构体系的建筑多用于：

1) 住宅特别是经济适用房；

2)酒店、别墅（连排别墅）、度假村；

3)公寓、宿舍、写字楼；

4)综合商场等。

3.4墙体材料

为体现高层钢结构住宅的优越性，减轻结构自重，外墙体一般采用轻质复合墙板，与梁柱的连接方式，主要采用外挂式，对于6层以下的多层住宅，也可采用内嵌式加气混凝土砌块。外墙墙体材料的品种主要有：加气混凝土砌块、蒸压粉煤灰混凝土砌块、轻质加气混凝土板材、蒸压轻质加气混凝土（ALC）板、GRC夹心复合板、钢丝网水泥夹心板等。内墙

材料一般可采用加气混凝土砌块，近年来推出的石膏砌块具有各项性能好、自重轻、构造简单、施工快、造价较低的特点被广为使用。也可采用纸面石膏板、纤维石膏板、玻璃纤维增强水泥板、纸面稻草板等。下面主要介绍石膏砌块和ALC板（蒸压轻质加气混凝板）的一些物理性能及施工要求：

ALC板：计算容重650kg/m2，导热系数0.11W/M.K 厚度125的板材相当于370厚的砖墙的保温性能，用150厚的ALC板能够满足上海地区保温节能的要求。

耐火性能：150厚的板材耐火极限大于4小时。

隔音性能：150厚的板材隔声指数大于46.4dB, 满足45 dB的规范要求。

抗震性能：层间位移角1/20时，板材无脱落。

施工要求：外墙施工时，板缝之间须用合适的密封材料嵌缝，外再涂以合成树脂乳胶密封液一层，外面刷水泥浆一道，内掺水重5％～10％107胶，最外面采用涂料及合适的饰面。当ALC板用作外墙时，一般采用二层一块板，长度为5600～6000，实际选用时应根据建筑物所在地区的风载选用合适的型号，至于内外墙开设的门窗洞口，均采用角钢过梁，同时门窗洞口两侧也采用100cm的角钢加强。此外ALC板也可用于轻质屋面，且该板易于切割。

3.5楼板体系

钢结构住宅中，楼板体系一般有以下几种：压型钢板混凝土组合楼板、预制混凝土叠合板、现浇钢筋混凝土楼板。

（1）压型钢板混凝土组合楼板：由于要满足楼板1.5小时的防火要求，其上须浇80厚的混凝土，采用蝶型压型钢板楼板总厚度将达130～150mm,且用于居住建筑时，室内需另加吊顶，如采用劲扣式的压型钢板楼板厚度可减为110mm，对钢结构住宅可采用bardeck 的BD-40型劲扣式压型钢板，其肋高仅为40mm,且内口封闭，不需要再做吊顶，仅需在缝隙处加贴绷带即可。由于组合楼板担负着传递水平力的作用，故而钢梁与压型钢板连接处应设置必要的栓钉，设计时考虑钢梁与楼板的组合作用，可显著提高梁的承载力及稳定性，有效降低梁高。一般组合楼板下部不需另加钢筋，但对于有动力荷载及比较潮湿的区域，楼板下部仍需配置必要的构造钢筋。但组合楼板应满足规范要求（楼板的计权标准化撞击声压级小于75dB的要求）。在国外楼板的隔声要求在住宅的设计中已显得日益重要。

（2）混凝土叠合板：混凝土叠合板就是将现浇结构根据使用要求和制造时的受力特点改为预制的单个构件和现浇部分，其中预制的单个构件在工厂制造，然后将其运至现场装配，再在其上浇捣现浇混凝土，从而形成叠合装配整体结构，这种结构的主要优点是；机械化程度高、工期短、可采用预应力技术及高强度钢材、预制部分体积小、重量轻、运输吊装方便；

但预制部分的混凝土与现浇混凝土存在龄期上的差别，两者之间存在收缩应力，且板缝之间易于出现裂缝。

（3）现浇楼板采用工具式支撑楼板，其优点是整体性好、装修方便，但模板较费，钢筋与钢梁的连接和构造比较复杂，且施工周期较长，同时为保证混凝土楼板与钢梁的共同作用，钢梁翼缘也必须设置必要的栓钉。

3.5 钢结构防火处理

根据《高层民用建筑设计防火规范》的规定，19层以上的住宅防火等级为一级，构件的耐火时间要求为柱：3小时、梁：2小时、楼板：1.5小时；19层以下的住宅防火等级为二级，构件的耐火时间要求为柱：2.5小时、梁：1.5小时、楼板：1.0小时。对防火涂料而言，一般薄型防火涂料的耐火时间不超过1.5小时，超过1.5小时应采用厚型防火涂料。

钢构件的防火可采用外包混凝土（或砌筑砖块法）、防火涂料、防火板包覆和复合结构几种方式，防火板又可分为防火厚板和薄板，防火厚板厚度为20～50mm，主要有硅酸钙防火板和膨胀蛭石防火板，主要品种有KB板、GF板；防火薄板厚度在6～15mm之间，主要品种有短纤维增强水泥压力板、纤维增强的普通硅酸钙板及玻璃布增强无机板。对型钢柱子，因柱子的防火要求较高，一般采用外包混凝土（或砌筑砖块法）、厚型防火涂料、防火厚板和复合结构几种方式，±0.000以下应采用外包混凝土的方式，当采用防火厚板包覆时，大多数情况下4~5cm的板厚可满足3小时的要求，当采用复合结构防火时，钢梁钢柱经厚型防火涂料涂覆后用防火薄板作为装饰面板。

钢管混凝土的耐火性能较型钢柱有很大改善，且钢管直径越大，耐火时间越长，反之直径越小，达到相同耐火时间所需防火涂料厚度愈厚，根据深圳赛格广场的试验及工程实践，直径500的钢管混凝土防火涂料厚度为15mm即可满足3小时的耐火时间，而对直径300mm 的钢管混凝土柱，防火涂料厚度则需25mm。钢梁的防火可采用H型钢翼缘内填充加气混凝土砌块，再用金属网抹25厚蛭石混凝土包覆，也可采用防火板或防火涂料，考虑住宅的特殊性，一般配合装修采用防火板包覆。随着我国钢铁企业冶炼技术的提高，为适应市场的需求，宝钢、武钢等钢铁企业开发成功了耐火耐候钢，它是通过合适的技术，使钢材含有特定的成分（如加钼等），使钢材的表观结构及金相组织发生变化，从而使钢材本身生成所需的耐火性和耐候性。耐候钢的耐候性为普通钢的2～8倍，耐火性可使钢材在600度时屈服强度下降不大于1/3，使用耐候钢可减少涂料1/3，省去防锈漆，节约综合成本30％，但其价格仅比普通钢材增加10％，因此耐火耐候钢具有广阔的发展前景。

4.薄壁轻钢结构在国内外的发展现状

由于环保意识的加强和木材短缺等因素，许多国家如美国、日本、英国、澳大利亚等，正积极地推动中低层轻钢结构住宅的应用与发展。

澳大利亚早在20世纪60年代就提出了“快速安装预制住宅”的概念，但由于市场尚未成熟，并未得到很好发展。到了1987年，高强度冷弯薄壁钢结构出现，澳大利亚与新西兰的联合规范AS／NZS4600冷弯成型结构钢规范于1996年发布实施。这种钢材承载力高，与相同承载力的木材相比，只是木材的1／3重，表面经镀锌处理，在免大修的情况下，耐久性可达75年。

据报道，轻钢结构在美国发展最快，1965年轻钢结构在美国仅占建筑市场15％；1990年就上升到53％，而1993年则已上升到68％，到2000年已经上升到75％。住宅用构件和部晶的标准化、系列化，及其专业化、商品化、社会化程度很高，几乎达到100％，各种施工机械、设备、仪器等租赁化非常发达，商品化程度达到40％。

近年来，全部构件均采用冷弯成型钢的轻钢龙骨体系建筑作为一种新兴的建筑方法正在欧美迅速发展，日益成为一种可订购的特殊商品，广泛应用于别墅、住宅、学校、医院、商业建筑等。在澳大利亚，每年约建造6亿美元的轻钢龙骨独立式住宅120 000栋，约占澳大利亚所有建筑业务产值的24％；在美国，采用该体系建造的房屋从20世纪90年代中期的55 000栋剧增为2000年的325 000栋。目前这种轻型钢结构己成为发达国家的主要建筑结构形式。

包括单层和多层的住宅和公寓在内的轻钢结构体系之所以如此迅猛发展、方兴未艾，有其深刻的原因：与其他形式钢结构相比较，轻钢结构体系尤其是冷弯薄壁型轻钢龙骨具有一些独特的综合优势

1) 轻钢轻质高强，抗震性能好，安全性高。建筑自重轻，仅相当于混凝土结构的一半左右。

(2) 轻钢龙骨体系构配件制作工厂化和机械化、商品化程度高，易于实现产业化、工业化，可以缩短施工周期。

(3) 构件截面小，与混凝土结构相比可增加建筑有效面积8％左右。屋面采用钢桁架结构，可建造出丰富多姿的屋顶形式，外形美观，满足建筑个性化要求。

(4) 室内水电气管线可全部暗埋在墙体中，布置灵活、修改方便。适于采用科技含量高的环保节能墙板、楼板及屋面板，节能效果好。

(5)轻钢结构施工噪音小，建筑垃圾少，所用材料主要是可以回收或易降解的材料，

有利于生态环境保护，符合绿色建筑和可持续发展的要求，属于绿色环保型建筑。

根据实践应用的结果，在地震区、软土地基建造住宅，采用轻钢结构体系可比钢筋混凝土结构体系造价略低或持平，具有较强的竞争力。考虑到长远的使用、发展趋势和环保要求，轻钢住宅发展前景好，市场需求量大，将逐渐成为房屋市场新的“卖点”。

20世纪80年代我国从日本引进几百栋轻钢结构低层别墅，90年代个别国外公司为推广其产品在北京、上海等地建立了多层轻钢结构住宅楼，但是大规模的研究开发、设计制造、施工安装轻钢结构住宅建筑还是近几年才逐步发展起来的。目前北京、天津、新疆、湖南、山东莱芜、安徽马鞍山、南京、上海、广州和深圳等地开始并建成一批低层、多层和高层轻钢结构住宅试点工程。同时，在建设部组织编制的《钢结构住宅建筑产业化技术导则》的指导下，很多科研单位和钢结构公司，包括北京赛博思金属结构有限公司、莱芜钢铁集团有限公司、山东安尔发建筑科技有限公司等，都分别在轻钢结构住宅体系的研究方面进行了有益的探索。

轻钢结构在我国尚属试验、起步阶段，但目前己在全国各地普遍开花。

适宜用于多层建筑的轻钢龙骨结构在我国具有很好的发展优势。

(1)我国钢铁行业迅猛发展，2004年的钢产量达到2亿t，成为世界第一钢材生产

大国。随着我国冶金企业不断调整产业结构，钢与钢材的品种、规格日渐增多，建筑配套产品日益齐全，为钢结构住宅发展奠定了物质基础。

(2)我国政府高度重视钢结构建筑发展，建设部在新修订的《建筑技术政策》中，

明确提出积极发展钢结构的方针，把钢结构技术列为10大重点推广技术。2002年发布了《钢结构住宅产业化技术导则》又为轻钢住宅的发展提供了政策保证和技术支持，这必将对我国钢结构建筑的发展起积极推动作用。

(3)冷弯薄壁型轻钢龙骨住宅满足我国住宅产业化的要求。住宅产业化是城市可持

续发展的进一步深化，或者说，城市可持续发展要求住宅产业化，二者具有高度的一致性。

5. 薄壁轻钢结构的发展存在的一些问题

5.1钢结构本身缺陷

虽然轻钢是替代目前砖石和混凝土材料的最佳选择。但是，目前轻型钢结构体系在我国的应用仅局限于极少量的高档别墅住宅和极少数的多层住宅建筑，但还没有推广应用，农村市场和小城镇改造等更是一片空白。探究其原因主要有以下几个方面：

(1) 轻钢骨架构件是低层、多层轻钢骨架建筑，尤其是公寓、住宅等建筑的关键材料，

而冷弯薄壁型轻钢住宅的梁柱均采用0.6-2.0 mm的C型钢和U型钢，目前国内能够生产此种构件的厂家非常少，产量严重不足，导致造价过高。

(2) 国内在这方面的研究基本处于空白状态。尽管国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018—2002》是一本用于指导冷弯薄壁型钢结构设计、施工与质量验收的综合技术标准，但其主要是针对工业厂房屋面体系的檩条设计，在其构造条文中，明文规定“冷弯薄壁型钢结构构件的壁厚不宜小于1.5mm，主要承重结构构件的壁厚不宜小于2mm”。行业标准《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中也涉及到一些有关冷弯薄壁型钢结构的条文，同样，在其有关构造条文中，也规定“用于凛条和墙梁的冷弯薄壁型钢，壁厚不宜小于1．5 mm。这主要是由于我国过去极少将2mm以下的薄钢板用作主要承重结构的构件，因而既缺乏使用经验，也缺少相应的理论研究。受此限制，轻型住宅钢结构建筑的用钢量将大幅增加，使其造价提高，也就失去了与传统建筑的竞争力。

(3) 建筑防火方面的问题，轻钢结构因为采用0.6-2.0之间的薄壁轻钢结构作为受力体系，其防火性能较差的特性就很大程度地影响其结构体系的安全性。目前，钢结构的防火主要采用刷防火涂料和防火材料包裹法进行防火处理。按照《高层民用建筑设计防火规范》的规定，19层以上的住宅防火等级为一级，构件的耐火时间要求为柱：3小时、梁：2小时、楼板：1.5小时；19层以下的住宅防火等级为二级，构件的耐火时间要求为柱：2.5小时、梁：1.5小时、楼板：1.0小时。对防火涂料而言，一般薄型防火涂料的耐火时间不超过1.5小时，超过1.5小时应采用厚型防火涂料。

钢构件的防火可采用外包混凝土（或砌筑砖块法）、防火涂料、防火板包覆和复合结构几种方式，防火板又可分为防火厚板和薄板，防火厚板厚度为20～50mm，主要有硅酸钙防火板和膨胀蛭石防火板，主要品种有KB板、GF板；防火薄板厚度在6～15mm之间，主要品种有短纤维增强水泥压力板、纤维增强的普通硅酸钙板及玻璃布增强无机板。对型钢柱子，因柱子的防火要求较高，一般采用外包混凝土（或砌筑砖块法）、厚型防火涂料、防火厚板和复合结构几种方式，±0.000以下应采用外包混凝土的方式，当采用防火厚板包覆时，大多数情况下4~5cm的板厚可满足3小时的要求，当采用复合结构防火时，钢梁钢柱经厚型防火涂料涂覆后用防火薄板作为装饰面板。

以上处理方法虽能达到防火极限要求，但会较大程度地增加工程造价。

(4) 建筑隔音的问题，因为使用轻钢结构的轻隔断墙，其隔音尤其是隔撞击声的效果很难和传统的加气混凝土块等实体墙相媲美。

(5)消费者的传统观念。由于大量采用轻型屋面材料和墙体材料，轻型钢结构的突出特

点是“轻”，面对一个很“轻”的建筑，我国的购房者可能首先会关注结构的安全性，即结构是否坚固，是否足以阻挡外物入侵和自身财物的安全等。钢材容易锈蚀，也是人们长期以来对钢结构的固有认识。

以，只要解决前面所述这些问题，轻钢结构发展前景广阔，

钢结构防火能力稍差。经过防火处理的钢结构的耐火时间也能达到2～3个小时，稍稍逊色于砖石和钢筋混凝土等耐火性能好的建筑材料。但随着耐火、耐候钢的出现，以及防火材料和防火构造的不断完善，钢结构建筑的防火功能已经得到较大的提升。而钢结构建筑的防火指标本身还是大大高于国家防火规范的。

5.2社会认可度

钢结构的发展面临的首要问题是整个社会对这种新体系的接受需要一个过程。轻钢结构体系是在国外尤其是北美地区木结构的基础上发展起来的，这两种体系虽然在国外已经十分成熟和完善，但是对于我国来说却完全是新东西，因而各种困难几乎无处不在。中国的消费者由于长期以来住惯了砖混或钢筋混凝土结构的住宅，从慢慢开始接受到逐步喜欢轻钢结构，也需要一个渐进的过程。从最近一两年的发展看，已建成的钢结构住宅的销售已经没有遇到任何困难，随着国家的政策推广，以及专业房地产、学术界的大力宣传，加上其较大的得房率，良好的抗震性能，相信老百姓很快就会喜欢上它。

5.3专业技术人才缺乏

虽然，钢结构设计技术和理论并不是一个全新的理论，而且国家近年逐渐开始由试验小区开始批量建设，相应的规范、规程、标准图也逐渐出台，从2001年出台的《钢结构住宅建筑产业化技术导则》到2009年11月1日开始实施的《钢结构住宅设计规范》，标志着其技术已经成熟。

但是，由于国内建筑几十年来一直是砖混结构发展到钢筋混凝土结构。所以，在国内无论大等院校，还是设计院，其中技术人员涉及轻钢结构体系的还是少数。尤其是建筑队伍，钢结构需要一批懂技术、懂规程、操作熟练的专业技术工人。目前绝大部建筑队伍中的工人由民工转化而来，经过这些年的学习和实践，他们已经掌握了钢筋混凝土结构的施工技术，而能承担钢结构建筑施工的只是少数。

4.4工程造价问题

目前轻钢结构在我国大陆的报价大约是同条件传统混凝土结构的1.1-1.2倍左右，加上

人们对钢结构防火、隔热等功能的担心，国内部分消费者对钢结构住宅还心存疑虑。特别是

开发商的眼前利益受到影响，其开发热情也不是很高。然而这种价格在国外比起其它结构形式住宅的造价来说，却具有很强的竞争力，这也就是为什么轻钢结构住宅体系在国外能够蓬勃发展的原因。任何新技术的产生与发展都是与所处社会的技术经济背景相联系、相适应的，目前美、日、欧等发达国家和地区，人均GDP约为我国的40至50倍，劳动力价格约为我国的20至30倍，因此，符合产业化生产方式的轻钢结构住宅在发达国家远比我国更易被市场接受。而我国由于科技和生产力发展水平较低，劳动力价格便宜，尽管轻钢结构的性能和舒适度较高，但其对于传统建筑形式住宅的竞争优势反倒不够明显。因而市场接受起来比较缓慢。但是，随着我国人工工资的大幅度提高，国家钢铁产量的大幅上升，产能过剩，价格相对降低，其性价比越来越高，而且把大量的钢铁用于建筑已经是一个国家宏观调控层面的问题。

5.5缺乏相适应的建筑管理模式

在建筑管理方面，我国现行的建筑管理模式与轻钢结构住宅这种工业化生产方式也不适应，我国加入WTO以后，国外许多住宅生产企业希望进入中国大陆市场，但是他们搞不清自己来到中国后应当申领什么资质，属于什么身份--设计单位？施工单位？集成商？还是制造商？

所以，目前国内已经出现一批开发钢结构的专业公司，他们集科研开发、设计、材料深加工和施工一体，有的甚至和房地产开发为一体。这种开发方式本身已经较好地形成了一条完整的产业链，较好地虽短开发周期、降低开发陈本，节约资源，十分有利于推动该产业的发展。

6.钢结构发展前景展望

按发达国家的最低水平推算，我国钢结构用钢量至少有3600万吨的发展空间。在近期内，国家将大力发展钢结构建筑，力争每年建筑钢结构用钢将占全国钢材总产量的3％以上，年均钢材消费量为350万吨至400万吨；到2015年，将再翻一番，全国建筑钢结构用钢材占钢材总产量的6％以上，由此可见，钢结构市场前景十分广阔。

6.1符合绿色、环保、节能的发展理念

绿色建筑是建筑节能的核心，它对城市建筑的意义尤为重要。2008年上海绿色建筑与人居环境发展大会，以“科技、人文、节能、环保”为主题，发表了世界地球日上海宣言，倡导善待地球——从节约资源做起的理念。指出了建筑节能是积极应对资源短缺，生态环境恶化等挑战最有效的手段。建筑在建造和使用过程当中，直接消耗的能源占全社会总能耗约30%，是实现国家节能降耗的重点领域。会上还提出了如何用全新的绿色建筑开发理念指导、

规范、评价住宅项目建设，开发节能、省地、节水、节材、环保的绿色生态建筑。

所以绿色环保、节能建筑，它完全符合低碳经济（是一种以保护全球气候为目标，以能源的高效利用与清洁能源开发为基础，以低能耗、低污染、低排放为基本特征的经济形态）的要求，不是空洞的概念，已成为人们实实在在的看得见的实体，且得到了社会的认可。积极开发绿色建筑其意义十分重大，绿色建筑不仅是解决现实的、节能的紧迫问题，而且也是对建筑本来应有的、但缺损了的科学和技术本质的回归，更是实现节能环保理念、实践低碳经济发展的一个新任务。

而轻钢结构建筑正式这种绿色建筑材料最典型的代表。

6.2轻钢结构国家政策的重点扶持的产业

轻钢结构建设在我国才刚刚涉入，我国现在是一个产钢大国，年产量3亿多吨，发展钢结构有很大的潜力。上世纪90年代，国家建设部和国家经贸委一致通过，将“轻型钢结构住宅建筑通用体系的开发和应用”作为我国建筑业用钢的突破点，并正式列入国家重点技术创新项目。这一举措为我国的钢结构发展奠定了基础。如今，由于国家的宏观调控作用，房市出现了前所未有的低迷，在这个时机推出钢结构住宅，利用钢结构住宅的优势来吸引市民目光，刺激消费，增加市场的购买力，有着事半功倍的作用。现在发展轻钢结构正逢其时。

住宅建筑是我国建筑领域里最大的一直生力军，钢结构住宅产业化是我国住宅业发展的必由之路，因为这将成为推动我国经济发展新的增长点。钢结构住宅体系易于实现工业化生产，标准化制作，而与之相配套的墙体材料可以采用节能、环保的新型材料，它属绿色环保性建筑，可再生重复利用，符合可持续发展的战略，因此钢结构体系住宅成套技术的研究成果必将大大促进住宅产业化的快速发展，直接影响着我国住宅产业的发展水平和前途。

6.3建筑技术不断提高，钢结构建筑产业发展将进一步加快，建筑成本将进一步降低

随着我国钢铁企业冶炼技术的提高，为适应市场的需求，适合建筑用的特种钢必将不断的涌现，例如宝钢、武钢等钢铁企业成功开发的耐火耐候钢，它是通过合适的技术，使钢材含有特定的成分（如加钼等），使钢材的表观结构及金相组织发生变化，从而使钢材本身生成所需的耐火性和耐候性。多种新型建筑用钢的出现将大力推动钢结构的发展。

随着钢结构建筑技术不断的成熟，大量的适合钢结构的新材料也将不断的涌现，同时，钢结构行业建筑规范、建筑标准也将随之逐渐完善。相信不久的将来，钢结构必然会给建筑产业和建筑行业带来了一场深层次的革命，随着建筑技术的进一步发展钢结构的绝对成本将越来越低。

集装箱结构

1.集装箱建筑的特点

集装箱改造为建筑拥有天然优势，箱体要承担沉重货物并可堆放6~8层，其结构强度约为1.7t/㎡，远高于建筑荷载要求的0.25t/㎡，因而稳定牢固。同时，由于集装箱本身的密封性好，因而其防水防腐性能好，并具有很强的抗震、抗变形能力。除了集装箱本身带来的优异性能，集装箱建筑还具有如下优点：

（1）适应模块化、工业化要求

集装箱有标准尺寸，常见的有2种，如下表1所示

集装箱的标准尺寸适应了形成模块化、工业化的要求，形式可以自由组合，创造多样化的组合模式。同时可以利用此特点组织标准化设计，减少制作工序，取得更大的经济效益。

（2）经济与资源循环利用

一个长12m的大集装箱面积约为29㎡，二手产品价格为15000元，相同面积的砖混建筑的成本价格为600~800元/㎡，29㎡为17400~23200元；钢混建筑的成本价格至少为1000元/㎡，29㎡的建筑面积其成本价格为29000元，使用二手集装箱的建设成本是砖混建筑面积的64%~86%之间，是钢混建筑的52%，在建筑经济方面具有明显的优势。经济性的另一方面体现在资源的循环利用，将废弃的集装箱当做钢材回收利用，不产生建筑垃圾，不污染环境，充分利用资源，体现了环保理念，也实现低碳建筑的要求。

（3）施工简便、周期短、拆装和迁移方便

集装箱建筑的安装极为简便，就像搭积木一样，通过钢构件将每个集装箱牢固的连接在一起。与传统建造砖混结构房屋的方式相比，可减少施工用水量、混凝土耗损约60%，减少施工垃圾和装修垃圾约70%，施工周期缩短40%以上，节能约50%，减少城市噪音污染和粉尘污染，整体生产效率提高约2~3倍。此外，集装箱建筑为整体结构，墙体为钢板，可以非常方便的进行拆装和迁移。

当然，集装箱也存在一些不适合居住的缺点：如金属材质导热快，易锈蚀，需要在技术改造中着重墙体的保温隔热和防锈。这些集装箱本身带来的技术问题可以通过如涂刷防锈油漆、在室内制作隔热、保温层来解决。