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【摘要】文章对发展低层钢结构民建在政策扶持、国内外发展对比、相比传统住宅的优点、装配式钢结构的不足和解决办法等方面进行了探讨。
【关键词】装配式钢结构;低层民用建筑;乡村建设改革
1政策
早在2013年,国务院提出了“绿色建筑行动计划”,明确把推进工业化作为重点任务,促进适合工业化的装配式混凝土和钢结构建筑体系的生产。2016年9月,《国务院关于大力发展装配式建筑的指导意见》指出,装配式混凝土结构、钢结构和现代木结构都应采用因地制宜发展。5年的发展历程,各省市的配套政策得到积极落实,已有多个省、市出台了专项指导意见和相关措施,对装配式建筑提出了更为具体的发展要求。“十四五”规划指出,优先发展乡村,推进城乡融合,其中强调未来农村住宅实行“一户一宅”、集中建设住宅的模式。因此,发展装配式钢结构在乡村建设中起重要地位(见图1)。
2中国与发达国家的发展对比
在钢结构行业发展成熟的国家,钢结构在建筑结构上的占比超过40%,美国和日本等发达国家近些年来的钢结构建筑占比达到50%以上。通过参考国外发展历程,钢结构行业的高速发展期一般为22年左右,随后进入成熟稳定期,预计成熟阶段,钢结构产量占钢产量的比重约为20%~30%。据统计,美国进入成熟期钢结构产量最大已经达到5000多万t,占总比45%,之后有所下降,维持在30%左右。日本钢结构产量稳定在年均2500万t,占总比25%[1]。中国的钢结构住宅发展依旧处于新兴阶段,据统计,2020年中国的钢材产量已经达到13.2亿t,而国家预期钢结构产量达到1亿t,占比约为7.5%。我国钢产量过剩问题,其实还有很大的市场发展空间。
3相比传统住宅的优点
3.1强度、重量、塑性强度比较高
相比农村传统砌体结构(砖混)而言,钢结构有很好的抗拉强度(钢结构的强度主要体现在弹塑性阶段)、抗弯强度、抗剪强度。砖混结构的抗压能力强度主要取决于粘结砖之间的砂浆。传统住宅建筑因受力问题,导致民用建筑风格单一、不能灵活变化。自重轻。传统的混凝土结构和砌体结构自重很大,施工不方便。钢结构自重轻,便于施工,容易控制精度,对地基基础的要求大大降低,减少了基础投入资金。塑性和韧性好。钢材有良好的变形协调能力,有着很好的抗震、抗风能力,且钢材发生塑性破坏的时候有明显变形,易于及时发现补救避免发生事故。
3.2有效使用面积,承载能力
钢结构具有良好的材料性能,截面尺寸相对较小,承载能力却很高,因此能够增加建筑的有效使用面积,能够随意打造空间,进而提升生活品质。同时,钢结构的加工性能,为建筑设计提供了无限的可能,使住宅体现艺术美学[2]。
3.3工业化,施工周期
钢结构是在工厂提前预制好,然后通过运输运到现场进行安装。这一过程提升了施工质量,降低了施工难度,缩短了施工周期。通俗来讲,让造房子变得像造汽车一样高效方便。而传统砌筑工艺步骤繁琐、人工量大、施工技术要求高、工期长效率低、施工作业质量低。而预制装配式解决了以上不足。例如,火神山的建设,仅十天一所可容纳1000张床位的医院就拔地而起。
3.4绿色环保,节省能源
国家号召应用绿色建材,建设环保型社会。2020年5月住建部出台《关于推进建筑垃圾减量化的指导意见》,建议优先使用绿色建材(钢结构),并减少施工现场建筑垃圾的产生,做到回收利用,节省资源。材料方面。截至2020年,中国钢材产量达到13.2亿t,位居世界第一。而钢结构的产量不足1亿t,导致钢结构成本远低于混凝土成本,因此钢结构是目前性价比最高的建造材料。施工方面。大大减少了砂石、灰、水泥的用量,减少噪声污染,保护了施工作业环境。数据表明,与传统的混凝土结构相比,钢结构建筑节省了约50%的混凝土用量、85%的用水量、67%的木材消耗量。装配式施工主要使用连接、焊接。因此,钢材是一种100%可回收材料,在拆除、重建过程中节省了资源,避免了材料浪费,不会产生大量生产垃圾。对比砖混住宅,从材料的生产使用到拆除,严重损坏了土地资源、破坏了大气生态、浪费了大量材料和财力。
4钢结构缺点及解决方案
4.1耐热性
不耐热是钢结构的主要缺点,但是低层民用建筑对防火要求远没有高层钢结构高。解决这一问题可以从材料方面入手,钢材虽然是不燃材料,但在高温作用下,其屈服强度、弹性模量会急剧下降,在十五分钟左右失去承重能力而倒塌。所以只要使钢材在高温作用下达不到临界温度就能保证稳定性。主要有以下几个方法:用防火板装饰保护、涂刷防火材料、设置火灾自动报警系统(烟雾报警器等)[3]。
4.2防腐蚀
天然的金属与空气中的氧气、水、二氧化碳等会发生化学反应。如果钢结构建筑受到腐蚀,对结构的承载力是很不利的,易产生安全隐患,且做好防腐有利于后期降低维修成本。使用涂装耐候钢,相比使用其他方法成本低,而且低层民用建筑使用年限不高,不需要花费高成本用镀锌等方法防腐。室内防腐主要采用涂层法,同样成本低,但是不能长期防腐(约50年)[4]。
4.3体系完善
装配式钢结构建造过程和传统砖混结构建造过程完全不同,前者更是一种工业流水式的建造方式,需要有一套完整成熟的体系支撑整个施工过程。一些落后地域钢结构建筑并不普遍,而是保守倾向于传统的砖混结构,或选择购买城镇的楼房。如今国家已经全面脱贫,响应“十四五”规划,乡村建设必然会有大的变革。随着政策的利好,钢结构产业链不断完善,国内兴起大量钢结构民建公司,为民用住宅建筑提供服务与保障。通过承包单位施工或政府扶持集中建设钢结构住宅,做到工业化建设。当装配式钢结构建设成为民用住宅建设的主流时,将为中国全面建设社会主义现代化国家提供坚实基础。
5结语
中国新基建新发展离不开最基本的房屋建筑,而顺应新时代的背景,装配式钢结构的发展成为必然。中国在民用建筑的发展道路上还属于未成熟阶段。对于发展体系来说,应积极学习借鉴发达国家的完善体系,总结并找出适合中国发展的体系和道路。对于人民群众来说,改变传统观念,学习新思想,有利于提高自身的环保意识,并且建立绿色发展的理念,还应积极响应国家政策,推动民用建筑的改革进程。
参考文献
[1]刘钊,王喆,邱林波,等.国外钢结构住宅发展历程及现状[J].住宅产业,2020,229(Z1):61-65.
[2]曾先国.民用住宅建筑设计中的钢结构造型艺术美学表现技法[J].艺术研究,2019(86):144-145.
[3]赵保兴.浅谈钢结构防火保护[J].建材与装饰,2020,616(19):199-200.
[4]王克诚.钢结构建筑防腐保护工程的质量控制途径[J].全面腐蚀控制,2021,35(3):114-115.
作者:袁伟杰 单位:青岛理工大学