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1“凿户牖以为室,当其无,有室之用”
住宅,是生活的必须,承载了人的基本生活内容,更是涵养了人对生活的渴望与梦想。当今社会,农村生活水平普遍得到了提高,农村人口对住宅的要求相应有了更高的期待。建筑结构的优化、家居的舒适便利、沟通交流的方便、材料的节能环保等,都在新兴农村人口的考虑之列。卧室、客厅(堂屋)、卫生间、厨房、餐厅构成了日常生活的基本空间。无论外部变化如何日新月异,住宅的基本功能与基本空间始终如一。为此,按功能联系密切程度,本次设计将住宅主体分成A卧室、B厅与梯、C厨房与餐厅三个基本体:三部分相对独立,又统一于一个整体。每个基本体可根据家庭人口构成、亲友交住习惯需要、农业分工或成员就业的不同,自由组合成几代居、兄弟合居或联居;联排式、独立式、四合院等组合形式。通过住宅结构的量身定做,不仅凸显了设计的人性化,也实现了居住的舒适性、建筑的多功能性、家居的多样性而且基本体也可实现产业化。
三个区中,A为私密区,B、C为公共区,各区既相互独立又密切联系,互不干扰而又俨然一体。每个基本体的灵活变动,可以解决以前住宅朝向难定的问题.做到间问明,通风好,明亮舒爽。B区客厅梁板跨度设计控制在6m以内,其他房间皆为3.9m以下,适于砖混结构,预制构件。
2低碳、节地、节能生态式建筑设计新原则
人与自然和谐相处是人们向往的目标。湖南是典型的丘陵地带,山地、坡地占湖南省总面积的85%以上,平原只有13%,所以在节约土地、保护环境、建设两型社会的基点上适应当地地形因素,对于我们湖南尤为重要。这就需要我们设计者对我们的地形做最充分的利用,变不利为有利,实现资源优化配置。本次设计方案中,有的利用楼梯适应东西坡向,错标高:有的面宽大,进深小做成条形户型,有的利于随着地形、平行等高线布置房屋:有的做成多向主次入口的选择,前后南北对接,左右东西对接,随地形道路组合成不同户型布局。在满足功能条件的前提下,房屋小面宽设计尽量做到四口之家在9m以内,六口之家在12m以内。因为构成房屋为基本体,它的材料可以直接从厂里做成部件成品运过来,这样生态住宅施工过程中不仅可做到无污染、无破坏,还能做到少挖地表土,保护植被,维持原有生态。
另外,设计中利用楼梯下空间做储存室,屋顶做水池以及安装太阳能,努力实现房屋每一个空间的功能最大化,环保节能,让生活更顺意。房屋贴近自然,门窗洞口设计了遮阳,侧墙还可种植爬山虎、葡萄等攀爬植物,古朴雅致、清新自然而又生机勃勃。
3有情建筑
有情才有家。好的住宅,除了要求客观上居住条件的舒适,更要求住在里面能实现亲情的升华,成员之间沟通交流的方便,以及邻里之间的融洽。本次设计充分考虑到人情需要,因为尊老爱幼是中华民族的优良传统,设计中在底层留有老人房,既能保持几代人之间的互动,方便老人出行,也能为楼上营造一个相对独立的生活空间;设计中有代居、兄弟合居的方案,从梯间人口分层设置,既亲密,能满足团聚的需要,又互不干扰;房屋还能组合成庭院式,2~4户组成类似三合、四合院的公共活动场所,颇有北京四合院的风味。建筑四周设有阳台,露台,既方便住户游目骋怀,又便于村民间相互沟通情感。
堂屋(客厅)是农村住宅设计的重要组成部分,是对外交往、全家团聚的文化活动中心,农村没有宾馆和齐全的活动中心,人们也更习惯于在家里或庭院中举行家庭聚会、接待来客。设计中将堂屋和餐厅可连在一起扩大到50m2,堂屋门设计成全开启的方式也可和屋前庭院相连,目的就是满足农村团聚,场地需求较大的要求。
【关键词】山地建筑;民居;装饰;场地
1 工程概况
钦寸水库工程位于浙江省绍兴市新昌县境内,坝址地处曹娥江主要支流黄泽江上的钦寸村附近,距新昌县城约12km,距新昌市区约108km,距宁波市区约85km。钦寸水库工程是一座以供水、防洪为主,结合下游灌溉和发电的综合利用水利工程,坝址以上集水面积316km2,多年平均入库流量2.134亿m3,多年平均向外流域宁波市地区提供1.26亿m3的优质水量。水库建设管理区占地约50公顷,除水库建设和保护区用地外,拟建水库建设管理中心和其他配套设施占地约10公顷。本工程主要以水利工程景观为主体,以携手合作文化为底蕴,打创集管理、接待、科普、休闲等多重功能为一体的库区山水景观。
2 “场所精神”的诠释
“场所精神”的鼻祖舒尔茨认为:场所就是具有明显特征的空间,是具有材质、形态、色彩的具体事物组成的一个整体。……只有当场地中一定的社会、文化、历史事件与人的活动及所在地域的特定条件发生联系,“场地”才能转变为有意义的“场所”[1]。每一块场地都有区别与其它场地的明显的特质,一般的有诸如标高、坡向、用地形状等,较复杂的如喀斯特地貌、湿地等特殊地质条件,建筑设计实际上就是在这些场地诸多的限定性因素基础上,再结合相应的建筑规范,在平面几何美学制图关系下的一种“求解”[2]。
钦寸水库建设管理区现状地形以山林地和农田为主,山林地的坡度较大,局部可达50%以上,农田基本以台地式田园为主,陡坎分布密度较大,高度1-15米不等,可建设性较差,对后期的管理也存在潜在的地质危险;山林地中的现状植被情况较好,以落叶、常绿阔叶林混交为主,农田的植被较差,存在大面积的土地情况;场地毗邻水库,风光秀美,视野开阔。
根据自然功能的组合,结合特殊的地形地貌,将水库建设管理区功能结构归纳为三个区块(图一):管理中心区、携手休闲区、大坝科普区。这三个功能区块由一条联系内外的8米宽的主要交通道路联系,每个区块均有出入口与其沟通。设计中可适当利用现状山林植被,进行梳理,形成景观节点的有利背景;结合景观设计,加固局部陡坎,消除地质隐患;结合管理中心建筑的建设,平衡土方,消除局部小陡坎,形成坡地山林景观。
2.1 建筑与场地的共构
坝区管理中心建筑群位于大坝西侧的乌龟背,现状以台地田园为主,山顶平坦,建设用地不需要大量的挖填土方。山地建筑规划的原则应尊重原始地形并加以合理的利用改造,因山借势,尽量保留现有植被,考虑到景观和朝向、通风、地质等,尽量避开现有植被及主要景观区,再加以较大树木种植进行美化[3]。设计之初,我们从两方面展开分析:一则建筑是整个管理区的主角,是有分量、有气势的,需要突出其标志性的建筑形象地位;二是基地处于群山环抱之中,我们希望建筑能够减少对生态环境和自然景观的破坏,隐逸其中,与周边环境共生共荣。如何让建筑符合其形象气质,如何让建筑融入基地当中?这两个问题是设计构思的起点,同时也贯穿着整个设计过程。
管理中心建筑群(图二)总体保持现有山体环抱格局,建筑单体呼应轮廓线,以半开放式形态组合布置,同时利用体量的大小,地势的高低,形成疏密有致、变化丰富的院落空间。屋脊线变化顺应山势,由道路至山脚缓慢上升,充分留出中央地块作为景观绿地,庭院与建筑通过连廊过渡,深色山体与石墙、大玻璃、绿树互相掩映,营造出一个生态自然的建筑群形象。
山地地形的复杂使建筑与场地的关系丰富多彩,因此形成了多样的建筑接地形态[4]。在山地住区的竖向设计中,需要结合地形坡度选择和使用恰当的接地方式,以减小对原始地形的改造和破坏,形成活泼的山地住区接地剖面空间形态;在设计中应合理地利用这部分空间,实现空间的多途径利用[5]。本工程一期建筑的综合办公调度楼、森林管护中心、接待楼、餐饮楼及其它服务用房组成,总建筑面积约12000平方米;二期由职工宿舍和体育馆组成,总建筑面积约3000平方米,建筑一层,局部两层。皆配合地形变化,争取美好的景观朝向及满足日照通风等需求,依山一层层地建上去,形成块面的意象;
2.2 地域特色的探索
作为处于山环水抱环境中的管理中心,什么样的建筑能反映出其地域性的特色呢?什么样的元素能代表新昌当地的地域风貌呢?
首先,建筑设计以传统风格与现代功能相结合,并带有本土特色,依山就势,围绕中心花园进行围合布局,形成高低错落,层层变化,集办公、接待、培训、餐饮、住宿、体育健身、休闲、停车等多重功能的管理中心区域。中心花园采用白石子旱溪、石灯笼、景墙、矮墙坐凳、微地形、景观植物等共同营造中心形象景观和休闲空间。
再者,本案对新昌传统民居的色彩、尺度、材料等方面做了一定的提炼。第一印象是由黛瓦、歇山顶、石坎组合起来的建筑单体,拥有民居的外表,但不是单纯的模仿,也不是局部零星符号的粘贴。本案的真正特点在于创新,寻求传统民居和现代生活方式、本土文化传统的契合点,然后利用现代技术加以实现,使建筑风格呈现多样化姿态(图三)。例如规整的歇山顶,大面积门窗的组合,屋脊和牛腿的装饰,规整的石墙面,新材料的运用等,解放了建筑空间的界限,扩大了室内外的交流面积;增加了建筑的轻盈细腻,使传统民居更适合现代生活的需求。利用现代的框架结构体系,解放了传统建筑封闭的承重墙,扩大了墙体的门窗洞面积,使室内外空间互相交流渗透,体现了山地建筑生态的特质。
3 设计总结和不足
在面对较复杂的基址时,需要对场地条件有深刻的认识,再结合具体的功能要求,使方案能对场地做出最好的回应和解释。对方案进行地域性特色探索也并不是单纯的模仿和“照搬”,而是对传统建筑精髓的探索和提炼,再用现代的手法和材料加以表现,使其能满足现代的功能和审美要求。
本案建筑基址周边山林茂盛,自然景色秀丽,且居高临下,可以俯瞰整个库区;但美中不足的是主要建筑虽然都临水,但由于地势高差的原因,并不亲水。另外现代建筑体量均比传统民居建筑要大,虽然利用现代的框架结构体系满足了空间功能的要求,但部分体量和传统的外形却达不到“和谐统一”,辟如临水餐饮楼的歇山顶在大环境下就显得有些笨重。
参考文献:
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1 引 言
21世纪,追求全新的可持续的生活方式成为时代的主旋律。从人居的角度来看,合理利用资源、重视环境保护,发展绿色住宅是这个时代房地产业发展的方向[1]。自20世纪90年代以来,美、英、法、德、日等发达国家纷纷致力于绿色住宅的研究和开发,并分别成立了相关的认证机构和组织,建立了相应的评估体系。我国亦于编制了《绿色生态住宅小区建设要点与技术导则》,并制定了比较客观科学的绿色生态住宅评价体系[2],可见绿色住宅在我国已经受到了普遍的关注。
2 绿色住宅的内涵
关于绿色住宅的内涵,目前已经有了比较统一的定义,一般认为,绿色住宅是一种新型的人类聚居环境和建筑体系,它的基本原则是自然资源、生态环境与社会人文各系统之间的良性互动与循环,其理念是通过运用系统工程的方法,采用生态环境系统的生物共生与物质多极传递循环再生原理,应用各个学科最新的现代绿色科技成果,同时依据住宅小区的当地自然资源和环境状况,优化住宅小区的功能结构,从而实现生态、社会和经济效益的相互结合。由绿色住宅的内涵可知,在进行绿色住宅的设计时,应当依据住宅小区当地自然与人文环境的实际情况,结合建筑科学与生态科学的基本理论,并运用先进的现代绿色科技手段,使住宅小区的内外部空间及与系统内部其他相关因素间的关系得到合理的组织与安排,从而能够为人们提供舒适的居住环境,促进住宅建筑、自然生态环境与人类群体之间形成良性的循环系统[2]。
3 绿色住宅的设计程序
传统的建筑是将环境概念简化为系统所在的空间区域,例如一个特定设计地段和地理上的空间方位,不会认识特定的设计地段固有的生态及生物系统的存在,因此建筑师对于建筑所考虑的问题主要由三个方面构成,即造价、功能和美学。然而,通过对绿色住宅内涵的分析可知,在绿色住宅的设计过程中,仅从这些角度来认识、理解和设计建筑已远远不能达到绿色设计的要求,建筑师不仅要将设计场所视为一种空间,而且应该将其看作一个活跃的具有一定功能的生态系统[3]。因此,绿色住宅设计者的构成不能也不可能由建筑学一个专业形成,还应该包括:能提供专业的生态研究并指导项目所设计的生态问题的环境专业人士、能源分析人士以及结构、采光、统分和施工预算等方面的专业人士。一般来说,绿色住宅的设计程序包括如下几个步骤:
(1) 生态调研阶段。调查、收集、整理地区自然、社会、人工环境的资料,作为绿色住宅的设计依据,调查内容包括资源调查(自然资源、文化资源),社会调查(人的居住需求、传统居民经验).将来最好能建立地区动态的生态系统资料库,实行计算机网络化管理,以便查询,此阶段还包括资料系统分析,针对具体环境确定目标。
(2) 方案设计阶段。通过分析上述资料,并遵照国家环境法规及设计规范,根据绿色住宅的低消耗性、循环再生性、环境适应性的具体要求,综合运用各种绿色技术和建筑设计方法。做出一个或几个设计方案。
(3) 评价优化阶段。根据绿色住宅设计及评价优化的各项考虑因素,对方案进行综合评价,对不足之处加以改进,使方案逐渐优化不断趋向绿色住宅的标准。
(4) 方案实施阶段。在方案实施及住宅使用过程中,及时收集反馈信息,总结经验与不足,以便在未来推广中作进一步改进,从而真正达到人居环境的可持续发展。
4 绿色住宅的设计方法
4.1 绿色基地设计
4.1.1 铺地与植被材料的选用
众所周知,在炎热的地区和夏季,太阳照射是气温升高的根本原因,而住宅区内的铺地选择与植被材料对住宅群内微气候有很大影响,因此住宅外绿化植物和铺地材料选用应与住宅组团规划设计同步进行。根据各种材料特性加以分析后择优选择,在住宅区主干道材料选择上应避免使用沥青路面,因其表面颜色接近黑体,其温度变化比混凝土路面大,所以在住宅区主干道内尽可能使用混凝土地面,而在负重量小的道路铺面,建议采用红砖或石、水泥砖透水性良好的材料。而建筑物周围铺地材料,应选用具备高吸收率、辐射小的材料,如草地、泥土、植草砖、碎石等。此外,用绿化植被铺地,由于其大量水分被蒸发,往往可对周围创造比较凉快、舒适的环境。
4.1.2 植物的利用
由于植物对太阳辐射有过滤和遮挡作用,因此住宅区内植物的利用已成为改善住宅区内微气候的重要手段。例如在住宅的东西两侧种植落叶乔木,以达到夏季遮蔽和降低住宅辐射热量的作用,而冬季乔木落叶后,使建筑物仍享有足够阳光;在建筑物的屋顶种植草皮或设屋顶花园可对其下室内空间构成良好的隔热效果,减低建筑物热负荷;利用攀缘杆物或其它植物依附于建筑物墙面屋顶,阳台、窗台、棚架、栏杆等使植物的空间立面发展,从而达到立体绿化效果。
4.1.3 善用局部地形风
区域内地形、植被、水体等因素构成的特殊地貌环境对风环境影响很大,因此绿色住宅在这种特定区域的布局也要遵循其规划,争取良好的避风。最具代表性的不同地貌特征形成不同风势类型,有山谷风、水陆风、林源风三种。
4.1.4 建筑布局形式
建筑布局形式虽不能改变当地气候,但却能通过相互间关系来达到优化微气候的效果。例如,对于炎热地区,好的朝向应符合如下条件:夏季受日照时间短,接受太阳辐射少;有利于争取自然风入室,以加强室内自然通风,达到降温要求。因此,在这种情况下,往往通过住宅群体建筑布局,争取各幢房屋上都有一定风压,并利用建筑本身导风作用来改善整个组群通风降温效果。
4.2 绿色平面设计
4.2.1 平面类型的选择
绿色住宅的设计受很多因素所限制,其中住宅平面使用功能设计最为主要。多层住宅的平面类型很多,如从利于自然通风降温这一角度考虑,大致可分为梯间式、外廊式和天井式三种平面形式。梯间式住宅平面布置占有住宅的全进深,可以恰当地安排进风口和排风口而组织通畅的穿堂风,可做到风场宽且风速达大,因此是目前南方地区应用最广泛的一种平面形式。外廊式住宅平面是通过外廊从建筑物外墙一侧进户,这种组织交通方式决定了每户都可以占有建筑全进深而具有良好的通风和朝向,并且由于外廊或住宅布局进深较浅,尤其适用于每户要求有良好通风条件或者利用外廊进行户外活动的地区。天井式住宅平面是借助设内天井解决部分房间的直接采光通风问题的一种住宅平面形式。天井式住宅由于所设置天井面积一般不是很大,白天受阳关照射时间短,辐射热较少,天井内的空气温度较室外要低,在无风或风压甚小的情况下,通过天井与室内热压差,天井中冷空气向室内流动,有利于改善室内微小气候;而当室外风压较大时,天井因处于负压区,又可作为出风口抽风,起水平与垂直通风作用。
4.2.2 室内空间配置与舒适度
绿色住宅物内部空间的布局,对住宅热性能及舒适度影响很大,可考虑使用以下两种布置。(1) 缓冲观念--如走廊、楼梯间、设备室等服务性空间,因其对室温、照明要求水准不高,应尽量配置在热点荷最不利方位(如:东、西两侧)或采光最不利位置,作为室内生活空间的缓冲区域;(2) 弹性空间--活动隔间墙所营造弹性空间,可依使用需求、季节变化、日夜之不同做合理的调整,以提升舒适度。
4.3 绿色外壳设计
4.3.1 屋顶的隔热构造设计
如何考虑好相应的屋面隔热措施,是绿色建筑所要解决的关键问题[4]。目前有多种不同成效的方式,如有用轻质加气混凝土,挤压泡沫苯乙烯等一类导热指数小于0.2大卡/米・时oC的绝缘材料作隔热层,也有利用吊顶与屋面结构之间的空气层或以两层混凝土板之间空气作为空气隔热层,亦有在平屋面上架设双层通风隔热屋面,其上层屋面用水泥大阶砖、粘土方砖、预制弧形防水混凝土板或石棉瓦等。还有用水泥空心砖作屋面隔热层或在层面上设置遮阳架兼作屋面隔热,有的则在坡屋顶上用双层大瓦和预制空心大板作隔热层。此外,各种种植屋面、蓄水屋面和洒水屋面以及复合材料屋面等等也取得相当好的隔热降温效果。
4.3.2 外墙隔热构造设计
改善维护结构的保温隔热性能,是绿色住宅设计的一个重要方面。设计中可通过减少外维护结构的面积和提高维护结构的隔热性能这两个途径来改善住宅的隔热状况。护结构的面积越大,则传入住宅内部的热量越多,在方案设计就应采取措施减少住宅的外维护结构面积。独立式住宅的外墙壁较多,对隔热不利,采用大进深的单元平面则可以减少外墙面积;天井式住宅进深较大,外墙少,因此天井内的气温低,这对隔热是行之有效的。在绿色住宅的外墙隔热处理时,除了考虑外墙材料本身反射系数和吸收系数,以及材料在太阳辐射下一天内温度变化等因素外,还需要按具体地点的气候条件、建筑标准加以区别选择,以便更好的组织各种材料进行外墙构造设计。
4.3.3 提高玻璃隔热保温性能
玻璃材料的保温技术也是绿色住宅节能的关键之一。随着现代科技不断提高,这一领域陆续出现了吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃、电敏感玻璃、调光玻璃、电磁波屏蔽玻璃,设计者可将它们组合成复合构造形式,来达到绿色住宅的保温隔热和采光要求。
5 结 语
绿色住宅作为世界性的课题日益受到广泛关注,其建筑实践也层出不穷。但完完全全的绿色住宅是不可能达到的,特别是人类对生态环境问题的关注才刚刚开始,对绿色住宅的研究也仅仅处于初始阶段。同时,绿色住宅涉及面很广,是多学科多门类、多工种的交叉,可以说是一门综合性的系统工程,它需要全社会的重视,全社会的参与,绝不是仅仅依靠建筑师就可以实现的,更不可能是一朝一夕能够完成的。然而,绿色住宅代表了21世纪的方向,同时也代表了住宅建筑的发展趋势,这就要求建筑师必须以生态的观念,整合的观念,从整体上进行设计和构思,从而对建筑师提出了更高的要求。
参考文献
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(作者单位:无锡市建筑设计研究有限责任公司)
花卉园艺
水培花卉栽培技术
倾心打造轻钢结构建筑的前景光明
有资料显示,我国目前的建筑能耗占全社会总能耗的30%左右,建筑在二氧化碳的排放总量中几乎占到了50%以上,建筑节能已迫在眉睫。中国是目前世界上年新建建筑量最大的国家,每年有20亿平方米左右的新建建筑消耗着世界上40%左右的水泥和钢材。据悉,欧美国家(地区)建筑的平均寿命在80年以上,而我国建筑的平均寿命只有50年。在如火如荼的建设潮中,“短命建筑”层出不穷。人们在炫耀GDP的同时,没有意识到越来越多的建筑垃圾给社会、给子孙后代所留下的灾难。可喜的是,发展绿色建筑已经明确写入国家“十二五”规划中。促进产业结构优化升级,要大力发展高端装备制造、节能环保、新材料等产业,并扩大技改专项资金规模,促进传统产业改造升级。节能减排的关键是节约能源、提高能效、减少污染,要抓紧制定出台合理控制能源消费总量的工作方案,加快理顺能源价格体系。同时,综合运用经济、法律和必要的行政手段,突出抓好工业、交通、建筑、公共机构、居民生活等重点领域,以及千家重点耗能企业的节能减排,进一步淘汰落后产能。
住房和城乡建设部的《建筑业发展“十二五”规划》中,要求建筑产品在施工过程的单位增加值能耗下降10%,钢结构工程比例增加,新建工程的工程设计、建筑施工,要100%符合国家建筑节能标准要求。另外,提高建筑结构配件的工业化制造水平,促进结构构件集成化、模块化生产,鼓励和推动新建保障性住房和商品住宅菜单式全装修交房。相关政策的出台,已充分表明国家、住房和城乡建设部在建筑节能方面的决心。众所周知,住宅建设中节能、节地、节水、节材等问题非常重要,它不仅关系到住宅能源消耗的问题,也涉及到地球上有限的资源合理利用。目前,我国近400亿平方米的既有建筑中,99%属高能耗建筑,每年新建的近20亿平方米的建筑中,有95%仍属高能耗建筑,其单位面积能耗约占总能耗28%,再加上建材生产的能耗,用于建筑的能耗已占到社会总能耗的40%。从这些数据不难看出,建筑业是一个高能耗的行业,如果节能省地型建筑能大力推广,其社会效益和资源有效利用的意义重大。
多年来,我国住宅建设主要是粗放型生产,钢结构房屋建造以现场手工湿作业生产方式为主,不仅生产效率低,建设周期长,而且能耗高,环境压力大,住宅的质量和性能难以保证,寿命周期难以实现。随着这几年劳动力成本的不断提高,需要大量人工的混凝土建筑与钢结构建筑,在价格上已不具备优势。保障性住房建设也将试点采用钢结构。此外,钢结构建筑还将应用到学校和医院等配套设施的建设当中。另外,与传统的混凝土建筑相比,钢结构建筑具备自重轻、抗震性能好、建设周期短、使用空间大等一系列优点。比如,钢结构住宅与混凝土住宅相比,可增加大约6%的使用面积。
近年来,在我国出现的钢结构住宅建筑形式主要有:普通钢结构住宅工程、国外引进的冷弯薄壁型钢低层住宅工程、自主研发的轻钢框架配套复合保温墙板的低层和多层钢结构住宅工程等。目前,国内钢材产量充足,有了一批轻型钢结构住宅试点与示范的建设经验和科技成果,轻型钢结构住宅的发展已具备了较好的物质和技术基础。随着国民经济的迅速发展,人们对住房的要求越来越高,对安全住宅、舒适住宅、健康住宅、绿色住宅等高品质住宅的需求越来越强烈,《轻型钢结构住宅技术规程》也已经由住房和城乡建设部批准。《规程》的出台将标志着我国轻型钢结构住宅产业进入一个新的发展阶段,将进一步推动我国住宅向产业化、集成化发展,从而减少住宅建设对资源的浪费,尽早实现中央提出的建筑节能目标。
根据专家分析,中国的住宅产业在今后20年中,仍然处于快速增长期,并且中国住宅价格的25%将会来自科技含量的提升。如今,国家大力提倡发展节能省地型住宅,不断提升住宅产品的科技含量,钢结构住宅以其独特的抗震能力强、施工速度快、交房率高等优势,契合了绿色环保住宅的要求。
目前,国家正在大力推进公租房、廉租房建设,由此可能产生的建筑垃圾必须要考虑在内,否则若干年后,数千万套公租房、廉租房就成为大量不可回收的建筑垃圾。而钢结构住宅可以重复利用,应该成为更好的选择。由于我国钢材产量居世界首位,并且国家也在逐步调整政策,鼓励发展钢结构住宅,我国大力发展钢结构的条件业已成熟,正迈入钢结构发展的黄金时期,钢结构住宅产业化的优势逐渐体现与发挥出来。我国的国情是人多地少、资源缺乏,低层低密度的小住宅不可能成为中国住宅产业发展的主流,但是在钢铁资源较为丰富的部分小城镇及农村,这种低层轻钢住宅有着一定的发展潜力。
解读国外节能轻钢住宅
所谓钢结构住宅,是指用钢结构做承重,用环保、轻体、节能材料做围护结构的住宅。从建筑高度上讲,钢结构住宅大体可分为低层(3层以下,包括别墅和联排别墅)、多层、小高层(6~12层)和高层(12层以上)等。其实,钢结构住宅并不是新生事物,早在20世纪60年代,欧美、日本等国家和地区就开始推广。由于环保意识的加强和木材短缺等因素,因此,世界发达国家都十分重视钢结构住宅的发展,美国、日本、英国、澳大利亚等国正积极推动中低层轻钢结构住宅的应用与发展,日本和欧洲甚至还提出用钢结构建筑来储备钢铁资源。
据资料显示,美国是最早采用钢框架结构建造住宅的国家和地区之一,鉴于经济性、安全性能(抗震、防火)以及耐久性能的综合考虑,越来越多的房屋开发商转而经营轻钢结构住宅,轻钢结构住宅的价值很快得到普遍认可。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%,而到1993年则已上升至68%,到2000年已经上升至75%。住宅用构件和部品的标准化、系列化,以及专业化、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%。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栋住宅,剧增为2000年的325,000栋。因此,这种轻型钢结构己成为发达国家的主要建筑结构形式。
瑞典是世界上钢结构住宅最发达的国家,其80%的住宅采用以通用部件为基础的住宅通用体系。美国、法国等国家,钢结构住宅占到全部住宅建设比例的40%左右,这些国家有政府主导实施,并由行业组织牵头,研究开发了一整套成熟的钢结构住宅设计、建造、产品配套体系及工艺,已经到了相对成熟和完善的阶段。
低层轻钢住宅作为主流住宅产品,在欧美等国经过几十年发展改进,已具备非常完善的技术生产体系和丰富的配套产品体系。如澳大利亚早已将采用G550高强钢建造的轻钢龙骨作为承重体系,应用于住宅建造,并形成了相当规模的产业化住宅体系。在不降低结构可靠性及安全度的前提下,可以节约钢材用量30%。要将这种体系引进国内,首先要和我国国内的行业技术规程相配套,同时尽量把使用的产品国产化,以降低造价。20世纪60年代澳大利亚还在提出了“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《AS/NZS4600冷弯成型结构钢规范》于1996年实施。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。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%。
钢结构住宅有利于保障生命安全,这在自然灾害频发的国家具有特别重要的意义。日本发生的地震、海啸让世界惊恐,云南省德宏傣族景颇族自治州盈江县的地震牵动国人,缅甸强震接踵而至。地震灾害让钢结构住宅价值凸显。中国汶川“5·12”地震与“3·11”日本地震相比,中国、日本因地震造成的死亡人数相差悬殊。撇开人口密度等客观因素,建筑界人士认为,住宅结构的不同也是伤亡人数差距悬殊的因素之一。日本处于地震多发地带,因此钢结构住宅的普及率极高,公共建筑中学校的抗震能力达到10级,普通居民住宅也能够抵御7级以上地震。实践证明,日本钢结构建筑对减缓地震造成的伤害起到了非常重要的作用。钢结构建筑自重轻,其优异的抗震能力被世界各国广泛认可。有专家指出,从地震引发印度洋大海啸的2004年开始,地球再次进入地震活跃期。仅2010年,全球就记录到28次7级以上地震。按照地震活跃期持续10年以上的规律,近几年地球仍处在地震多发期,做好防震减灾工作刻不容缓。
反观我国现有的住宅建筑中,钢结构所占比例不足1%,公众对钢结构住宅的概念还很模糊。在5·12大地震发生后,曾有多名建筑专家呼吁,在灾后重建阶段,政府应大力推广钢结构建筑,尤其是学校、医院等公共建筑。除抗震效果好外,钢结构住宅施工速度快,能够隔音、隔热,可循环利用。钢结构住宅属技术密集型产业,结合保温隔热、废旧利用的新型墙体建材开发,能够达到节能省地的目标。审视这些年地震带来的教训,改变传统的住宅建造方式,大力推广钢结构住宅、提高防震减灾能力,保护人民生命财产安全,成为全社会必须共同直面的重大问题。毋庸置疑,推广钢结构住宅是对生命的庇护与尊重。我国钢结构住宅的相关标准规范日渐完善,在黏土砖被禁用以及钢铁产能严重过剩的背景下,大力开发建设钢结构住宅恰逢其时。
“绿色”钢结构住宅
的利用率极高
被誉为“绿色建筑”的钢结构住宅革除了将生产砖、瓦、石灰、沙等建材对环境的破坏与影响,建筑垃圾、建筑施工噪声都减少到最低程度,抗震性能好,改建和拆迁容易,材料的回收和再利用率高,是人与自然和谐可持续发展的“绿色产业”。
钢结构建筑具有轻质高强性。钢结构住宅的重量是钢筋混凝土住宅的50%左右,使用面积比钢筋混凝土住宅提高4%左右。钢结构建筑的工业化程度高,工期短。在同等条件下,钢结构与钢筋混凝土结构施工工期相比,钢结构仅是钢筋混凝土结构的1/3~1/2。最重要的是钢结构材性好,可靠性高。在国内外的历次地震中,钢结构是损坏最轻的结构,已被公认为是抗震设防地区特别是强震区的最合适结构。单纯从目前材料的价格上看,钢结构比混凝土结构的造价要高,但钢结构比混凝土结构建设速度要快50%左右,这会节省很多时间成本,而且房屋整体重量也比混凝土结构轻50%以上,这样基础处理、运输量的成本都会下降。建造房屋是一个系统工程,包括设计、制造、运输、安装、维修和管理等诸多环节,因此,从整体上看,钢结构更“省”。此外,钢材具有可回收、再利用的特点,相对于目前普遍使用的其他建筑材料,其最有利于节能、节材、节水和节地。
据专业机构研究,钢结构住宅每平方米建筑的钢材使用量为100~120千克,各种建筑材料的二氧化碳排放量为480千克/平方米。而混凝土结构住宅的建筑材料二氧化碳排放量为740.6千克/平方米,相比之下钢结构住宅的二氧化碳排放量低35%左右。此外,钢结构住宅拆除需要较少的人力和物力,而且大量材料可循环利用;混凝土结构住宅使用大量的水泥,拆除困难,也很难回收利用,带来大量的建筑垃圾。如果我国房地产行业中钢结构住宅的比例达10%,每年减少的污水排放量将相当于10个西湖的水总量,减少的木材砍伐量相当于9,000公顷森林,节约用电量相当于葛洲坝水电站一个月的发电量。显然,与传统的混凝土结构住宅相比,钢结构住宅在资源节约、环境保护方面具有明显优势。
轻钢结构的设计是为确保达到保温效果,在建筑物的外墙和屋面中使用的保温隔热材料能长期使用并能保温隔热。建筑轻钢结构住宅一般除了在墙的墙柱间填充玻璃纤维外,在墙外侧再贴一层保温材料,可有效隔断通过墙柱至外墙板的热桥;楼层之间格栅内填充玻璃纤维,减少通过楼层的热传递;所有内墙墙体的墙柱之间均填充玻璃纤维,减少户墙之间的热传递。
我国人口多,宜居土地少,城市人口密度高,因此住宅必然以高层、多高层为主,而这正是钢结构住宅“高、大、轻”的独特优势。除此之外,它还可降低单位工业增加值用水量,降低单位国内生产总值能源消耗,降低单位国内生产总值二氧化碳排放,减少耕地占用量,减少主要污染物排放总量。综上所述,钢结构住宅与“十二五”规划中5项环境与资源的约束性指标紧密关联,让节能与环保更加实用,钢结构住宅的价值彰显无余。
“十二五”期间我国将要建成3600万套保障房,面对这个绝对增量,除了破解土地和资金难题,加快建设速度,保证速度与质量并举,同样是一个重大挑战。住宅产业化是一条捷径,住宅产业化发展取决于住宅工业化、部品产业化的程度和水平。钢结构住宅是实现住宅产业化的突破口,是实现“十二五”保障房建设目标的有力手段。钢结构住宅将使生活和生产更加匹配,真正实现节能环保,钢结构住宅使上下游联动,必将带动钢铁、机械制造、工业化设计、材料回收等一系列产业链条的升级和发展。
改变房地产行业传统的、低端的发展方式,推进劳动密集型行业向知识和技术密集型转变,减少对劳动力和资源的过度依赖,钢结构住宅是产业升级的必然选择。传统的钢混结构住宅由于现浇部分很多,需要大量工人现场手工作业,钢结构住宅则实现了部品化、产业化,可以减少用工2/3。钢结构住宅将大大解放生产力,如此庞大的减员将有助于建筑农民工向其他行业流动。倘若政府将这些农民工纳入公共服务体系,统一政策、统一管理、统一服务,加大培训力度,实现行业梯度转移,鼓励大量的房地产领域劳动力向知识和技术密集型产业方向发展,使他们成为有社会保障的产业工人,不仅有助于提高农民工的薪酬待遇,而且有助于缓解“用工荒”。
我国轻钢住宅的常用结构体系
钢结构住宅本身是一种环保型的精细化建筑。一栋24层高楼,采用混凝土建筑,其柱子边长在1米左右;采用钢结构建筑,在达到安全标准的前提下,通过优化与精细设计,其柱子边长为0.5米,整个截面只占前者的四分之一。在优化空间与降低造价方面,后者均优越于前者。钢结构住宅体系主要包括主体钢结构体系、围护结构体系以及楼板结构体系等几大部分,主要承重骨架是由钢构件或钢管混凝土构件所组成,它具有钢结构建筑的一系列特性,同时又具备一般住宅建筑的共性。钢结构体系形式有多种,但应用于住宅的房屋钢结构体系,主要可分为钢框架体系、钢支撑框架体系、钢框架—混凝土剪力墙体系、错列桁架体系、钢框架—核心简体系等。钢框架体系类似于混凝土框架体系,不同的是将混凝土梁柱改为钢梁、钢柱,其竖向承载体系与水平承载体系均为钢框架。该体系一般适用于6层以下的多层建筑,不适用于受地震作用影响较大的高层建筑,并且用于高层建筑的经济收益相对较差。钢支撑框架体系在钢框架纵、横两个方向适当部位,沿柱高增设垂直支撑,以加强结构的抗侧移刚度。支撑采用角钢、槽钢、圆钢或钢管制作,可按拉杆或压杆设计。支撑的形式可以采用X型、K型、人型、倒人字、单斜杆等。该体系比纯钢框架体系侧向刚度大,常用于多层及高层钢结构,应用较广,而且当房屋层数较高时,该体系要比纯钢框架体系经济。
《轻型钢结构住宅技术规程》要求重点突出“轻型”,可用于抗震或非抗震地区的不超过6层的钢结构住宅建筑。对公寓等其他建筑可参考使用。需要指出的是,轻型钢结构住宅的设计、施工和验收,除应符合本《规程》外,还应符合现行国家有关标准的规定。此《规程》适用于以轻型钢框架为结构体系,并配有满足其功能要求的轻质墙体、轻质楼板和轻质屋面建筑系统,是轻型钢结构住宅的设计、施工和验收的标准。轻型钢框架是指由小截面热轧H型钢、高频焊接H型钢、普通焊接H型或异形截面的型钢、冷轧或热轧成型的方(或矩、圆)形钢管组成的纯框架或框架-支撑结构体系,结合轻质楼板和利用墙体抗侧力等有利因素,可使钢框架结构体系不仅用钢量省,还解决了可以建造多层结构的技术问题,尤其是能与我国现行规范体系保持一致,满足抗震要求,是一种符合中国国情的建筑结构体系。
钢框架-核心筒体系,在中高层钢结构住宅乃至中高层商用楼中应用最多。这种结构以卫生间组成四周封闭的现浇钢筋混凝土核心筒,与钢框架搭配成组合结构。由于该体系综合受力性能好,特别适合于地震区和地基土质较差的地区,但因为自重减轻相对较少,一般多适用于不超过12层的住宅建筑体系。总的来说,该体系比较经济,较适合我国大众的消费水平,是相当值得推广的一种中高层住宅结构形式。围护结构体系为了减轻结构自重,充分发挥钢结构的优势,围护墙体宜采用轻质复合材料。护结构主要采用的墙板有蒸压加气混凝土板(ALC板)、太空板、水泥刨花板、夹芯板等。内墙采用轻质混凝土板、石膏板、水泥刨花板、稻草板等。屋盖系统应采用有檩体系,屋面材料可与楼面相同,也可采用彩色压型钢板防水屋面系统,该系统具备了很好的防水效果,又起到了屋面的隔热保温作用。楼板结构体系在钢结构住宅建筑体系中,楼板主要有压型钢板——现浇混凝土组合楼板、预制混凝土叠合板、现浇钢筋混凝土楼板等。钢框架——预制混凝土剪力墙体系同钢支撑框架体系一样,常用于多层及高层结构,而且从受力特点来看,带剪力墙结构其抗震性能较好,较适用于地震区。错列桁架结构体系的用钢量可较框架结构减少30%~40%,节约造价。同时,楼板可直接支承在相邻桁架的上、下弦上,不需设楼面梁格,结构上可采用小柱距和短跨楼板,使楼板厚度减小,减轻自重。由于桁架在工厂预先预制,所以现场安装节点数少,焊接量小,桁架与柱节点可采用铰接,从而构造简单,传力明确,施工周期更短。错列桁架体系适用于多层及小高层结构。鉴于上述优点和我国人口多、居住面积小、楼层较高的国情,该体系代替传统结构体系用于住宅建筑具有良好前景。
在钢结构建筑设计方面,设计师通过精细化设计,在保障安全的前提上,尽可能优化再优化,既考虑安全系数,又着眼经济环保,实现美观、安全、经济三者的最佳组合。按照常规模式与手段去建造钢结构住宅,体现不出优秀之处,打造不出精品工程。钢结构建筑的支柱原来是箱形柱,由4块钢材焊接而成。有些制作方把厚厚的钢板直接轧成方管,只有一条焊接缝,承重标准与安全性能较前者大大提高。此外,结构梁全部采用H型自动化生产线生产,尽可能减少人工制作,以做到钢结构住宅结构上的轻与精,以及生产的高度自动化。在生产制作过程中,抓好产品的流程与质量控制,确保产品百分之百达到国标水平。安装工序更是制定了细致、苛刻的规范与标准。实践证明,钢结构项目的工程综合造价略低于钢筋混凝土。随着钢结构住宅产业配套的水泥纤维板、新型墙体项目产业化与规模化,钢结构住宅造价将进一步降低。钢结构住宅造价低,一般比同规模的混凝土建筑低1/3;施工快,建筑时间是混凝土建筑的2/3;隔热、保温、防震效果好,可提高使用面积率5%~8%。
轻钢结构住宅绽放“绿意”无限
可持续建筑是对可持续发展有积极贡献的建筑,是既满足当代人的需要,又不对后代构成危害的建筑。把建筑不再视为人类任意地可强加于地球的东西,而是从更高层次综合考虑建筑所造成的更大范围的影响,是可持续建筑观的基本出发点。可持续建筑的理念要求建筑师在进行住宅设计时,首先应尽量结合气候,采用自然通风、自然采光的方法,减少住宅对能源的依赖,如住宅的朝向在条件许可的情况下,尽量朝南。在住宅周围利用地形进行绿化,适当增加间距,夏季通风,减低周围环境温度,屋面墙面用绿化的方法降低外表面温度等。
近几年,我国钢结构的发展十分迅速,但是和国外相比依然有较大的差距。最根本的原因就是钢结构的社会认知度不高,无论是普通老百姓,还是相关部门的领导,对于钢结构的特性和优势都不太了解,这就需要新闻媒体加大宣传的力度。要让更多的人了解钢结构,接受钢结构,只有这样,钢结构行业的发展才会跃上一个新的台阶。
当前,我国钢结构产业的发展正处于关键时期,国家应继续加大对钢结构产业的支持力度,增加科技研发力度,加大资金投入,加紧出台、落实税收和金融优惠政策,鼓励并推广钢结构建筑,大力提倡在学校、医院、机场、车站、体育场馆采用钢结构并将以上建筑用钢列入国家储备用钢的计划中。在此,希望政府有关部门给予中国钢结构相关单位和企业更多施展才能的机会,使大多数企业能够参与各类钢结构工程的建设。但是,当前国内一些重大项目基本都采用国外的设计方案,其中不少项目的结构方案设计得极不合理,导致用钢量太大、造价惊人,同时也给制作和安装带来很多难题。
加快钢结构住宅发展必须推动钢结构住宅系列产业化,推广集成式住宅。“集成式住宅”就是住宅建设的安装、生产摆脱了传统的水、灰、沙、石,摆脱了手工劳动以及现场湿作业生产,由工厂生产住宅部件,在现场组装生产成品住宅。住宅部件是系列的、标准的,可在流水线上生产,而房屋则可以是多样的、丰富的和多档次的,并且完全可以按照住户的要求,由建筑商提供可选择的住宅类型,供住户选择。与传统的工业化住宅不同,部件的加工、运输、吊装均可轻便灵活,其标准化单元也可由大改小,空间单元组合的灵活性、机动性大大增加。由于隔墙的轻质化和可拆改化,居住空间大小可灵活布置,可以最大限度地满足住户对功能和设备的高品位需求。
在施工中,集成住宅的大空间无阻挡为布管提供了快捷便利的条件。厨房、卫生间是住宅中最为复杂、专业化程度最高的部件,最适于工厂化生产、集成式安装。它不但可以提高使用功能,降低造价,而且可以避免质量通病。除此之外,外墙的保温构造和内墙的部件也都应当采用整合式、成套的技术。集成住宅部件的多品种、多数量,决定集成化的安装和工厂化的制造必须按照标准化的原则进行。因此采用国际通用的“模数协调”原则和方法,是最必要的手段。模数协调的任务是制定生产各种住宅部件的规格尺寸,使各种住宅部件能准确无误地安装到指定的部件,并且不同企业生产的部件可以互换。