多层冷弯薄壁型钢住宅的必要性

发展多层冷弯薄壁型钢住宅的必要性近年来，建设冷弯薄壁型钢结构住宅在我国被大力倡导。冷弯薄壁型钢结构住宅(如图1)是轻钢结构的一种，是一种节能、节材、环保、低碳的“绿色”住宅结构体系。相较于传统结构，该结构体系具有便于标准化生产、结构自重轻、便于施工安装、施工周期短、舒适性好、节约土地资源和经济效应好等诸多优点。在美国、澳大利亚等发达国家，对冷弯薄壁型钢体系的理论研究已经比较成熟，能够形成规模化和产业化生产。在国家大力推行产业结构调整升级，倡导发展绿色、环保、低碳、节能建筑的新时期，大力发展低层、多层冷弯薄壁型钢结构住宅具有极强的必要性。发展该种住宅的优势主要表现在：（一）符合我国国情和国家发展战略及政策导向1）节约资源保护环境众所周知，我国人口众多，但人均占地面积却不足世界平均水平的1/2，耕地面积不断减小，土地使用成本不断上涨。而多层轻钢结构能够有效地节省土地资源，减轻建筑对土地资源的破坏和占用。据统计，2014年我国钢铁产量达到8亿吨，但建筑用钢却只有约30%，远远落后于发达国家。我国2014年水泥产量已达到25亿吨，传统建筑行业使用比例达到60%，由此而造成的环境污染和破坏问题触目惊心。由于在传统建筑结构中大量采用粘土砖，水泥、砂石等材料，造成对自然环境的严重破坏。传统建筑生产方式排放的大量粉尘和悬浮颗粒是造成我国大面积雾霾污染的一个重要原因。2）符合我国需要大力改善人居环境的国情在我国广大的农村地区，土坯房和砖混砌体结构是最常采用的民用结构形式。这些结构自重大、耗材、耗能、施工周期长、对环境破坏严重且材料重复利用率极低。在近年来我国发生的多次地震灾害中，因这类结构倒塌造成的损害所占比例极高，而冷弯薄壁型住宅是替代这类结构的理想结构形式。由于冷弯薄壁型住宅具有良好的保温隔热、抗、震性能优异、节能节材、施工周期短，高强耐久、舒适度高等诸多特点，可以在最短的时间内成规模化大量建造，从而极大地改善人居环境，且经济效益好，不需要太多的人力和物质资源。3）符合国家发展战略和政策要求2008年4月1日起施行的中华人民共和国《中华人民共和国节约能源法》第四十条规定：“国家鼓励在新建建筑和既有建筑节能改造中使用新型房屋结构体系、墙体材料等节能建筑材料和节能设备，安装和使用太阳能等可再生能源利用系统。”2011年，我国颁布了《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》，为低层冷弯薄壁型钢建筑住宅的报建和验收提供了依据。2012年10月，在北京举办的第九届中国（北京）国际建筑节能及新型建材展览会把“绿色建筑”定为本次会议的主题。“十二五”以来，中国政府正以前所未有力度力推“绿色建筑”。中国财政部和住房城乡建设部联合发文《关于加快推动我国绿色建筑发展的实施意见》表示，我国将“十二五”期间，通过加强相关政策激励、标准规范、技术进步、产业支撑、认证评估等方面能力建设，在中国建立有利于绿色建筑发展的体制机制，实现绿色建筑的快速发展，力争到2020年绿色建筑占新建建筑比重超过30％。在《中国建筑技术政策》（2013）中，明确提倡发展轻型房屋钢结构体系。2014年11月，中国在《中美气候变化联合声明》中承诺，中国计划到2030年前后达到碳排放量最大值，并力求提前完成这个目标。已于2015年1月1日正式实施的《绿色建筑评价标准》对可再生能源替代率提出了明确要求，随着全国各省市新能源建筑应用政策的相继发布，以及可再生能源在绿色建筑评价标准中地位的不断提升，绿色建筑将呈现出快速发展的态势。这些举措都向外界表明。（二）冷弯薄壁型住宅自身特点1，技术成熟从世纪60年代开始，冷弯薄壁型住宅在美国开始出现，经过60多年的发展，相关技术在国外已经非常成熟。90年代以来，多层轻钢龙骨住宅在北美地区迅速发展，至今已建成约300余万平方米。除住宅外，这种体系也用于养老院、假日旅馆、小学校等建筑。澳大利亚在20世纪60年代就提出了“快速安装预制新型房屋”的概念。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。如今，在美国、澳大利亚、加拿大和日本等国，冷弯薄壁型住宅已经形成产业化和规模化生产，从设计、工厂制作到现场拼装等各个环节都已经非常的成熟，工厂可以生产各种型号的冷弯薄壁型钢构件，并且可以根据客户的特殊需求进行个性化定制。美国的多层轻钢结构住宅技术是一项综合的技术，集轻钢结构、建筑节能保温、建筑防火、建筑隔声、新型建材、设计施工于一体的集成化技术，社会化分工明确，各种产品的生产商、施工方、设计方紧密合作产生了良好的社会经济效益。美国住宅房屋研究中心（NAHBRC）和钢铁协会（AISI）还编制了成套的设计标准和规范，这些都为该型房屋的发展提供了良好的支持。在上述国家，冷弯薄壁型住宅甚至已经发展出了不同的体系和标准，且特点鲜明。如美国体系用钢量大，美观大方；澳洲体系自重轻，但较为单薄；日本体系抗震性能优异。我们可以根据需求的不同学习借鉴之。2）相较传统结构的独特优势多层冷弯薄壁型钢住宅相较于传统结构的优势在于：（1）结构整体预制化程度高冷弯薄壁型钢建筑住宅体系已经有一套成熟的技术体系，包括生产配套用的设计软件和独立的加工设备、全面稳定的配套材料供应链。所有结构材料已经可以实现完全工厂预制化，甚至可以实现工厂预拼装；现场安装就是简单的装配过程，全部干作业，真正实现住宅结构设计、生产完全成品化、产业化。（2）节能环保，宜居，美观冷弯薄壁型钢建筑住宅体系所采用材料均为绿色建材，其中钢结构材料可100%回收，其他配套材料也可大部分回收，满足生态环境要求，有利于健康。尤其采用干作业施工方式，可以减少废弃物对农村土地、河流等大自然环境造成的污染，符合当前环保意识；外墙保温板和墙体内置玻纤棉的组合采用，有效的避免墙体的“冷桥”现象，达到了更好的保温效果；由冷弯薄壁型龙骨、保温材料及石膏板等组成的节能墙体，大大提高了房屋的使用面积（约为增加使用面积5-9%）。屋顶具有通风功能，可以使屋内部上空形成流动的空气间，保证屋顶内部的通风及散热需求。冷弯薄壁型钢建筑住宅体系已经很轻松达到住房部提出的建筑节能标准，比传统砖混结构能耗减少65%，使得室内的居住舒适程度大大提高，是真正的低能耗建筑。（3）运输成本低，施工快捷由于钢结构本身自重轻，可大大减少运输成本；现场装配式施工不受环境季节影响，故施工速度大大加快（4）安全耐用，维护成本低冷弯薄壁型钢建筑住宅体系主要结构材料均使用高强度钢材，抗水平荷载和垂直荷载的能力大大提高，故抗震、抗风性能好且受损轻，更适宜在地震多发区、山区等环境恶劣条件下使用。可抵御9度地震，使居住者生命财产能得到有效的保护。镀锌钢材耐腐蚀，延长了房屋的使用寿命。装配采用高强度自攻螺丝（或不锈钢拉铆钉）无需焊接，抗腐蚀性极佳，所有结构密闭在复合墙体内部，不易腐蚀，霉变，不怕虫蛀，建筑结构使用寿命长，理想状态下型钢建筑住宅体系的结构寿命可达100年。（5）用材省，自重轻，基础造价低低层冷弯薄壁型钢建筑住宅体系屋顶及墙体结构，材料强度高，厚度薄，用钢量比轻钢结构建筑更少，基本用钢量35kg/㎡左右；低于轻钢40kg/㎡。因为自重轻（房屋整体自重为传统砖混结构1/4左右，比一般的轻钢结构建筑还要轻1/3左右），因此型钢建筑住宅体系基础负载小，降低了建筑的总体造价，且还具有很高的回收再利用率上和运行过程中较低的碳排放值。3）良好的技术条件和发展优势在国内，相关研究机构已经逐步开展对该结构的研究和论证，积累了相当丰富的技术经验。长安大学、清华大学、西安建筑大学、哈工大院校以及中国冶建院、中国建筑标准院等工程技术人员，积极参与国外先进技术的转化和国内自行体系的研发工作，取得了一系列的成果，推动了冷弯薄壁型钢住宅在我国的发展。由于国家对节能环保建筑的大力提倡，相关研究具有充足的资金支持，该结构在我国的发展具有巨大的后发优势。（三）良好的社会经济效应和广阔的市场前景多层冷弯薄壁型钢住宅具有良好的社会和经济效益。据测算，钢结构的建筑可以通过合理的保温和采光设计，在建筑使用过程中比一般的建筑减少40%以上的碳排放。另外，轻钢结构建筑不仅有助于实现绿色建筑标准中对于节材的要求，形成建筑产业化，还可以降低施工现场的尘土、减少建筑垃圾，实现高效组装（预制和装配技术）。同时，由于人力资源成本，传统建筑材料成本，材料运输成本等的上涨，使得冷弯薄壁型轻钢结构建筑越来越受到人们的青睐。此外，由于该类型住宅在整个寿命周期内具有出色的节能能力，以及材料可回收，维护费用低等一系列特点，使得其在全生命周期内的经济效应更加突出。目前，在北美市场，轻钢结构的住宅正在以每年30%的速度增长，从原来每年新增2000栋轻钢结构住宅发展到现在每年增长20000至30000栋轻钢结构住宅。在美国，采用该体系建造的新型房屋从20世纪90年代中期的55000栋剧增为2000年的325000栋。澳大利亚早在这种钢材承载力高，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90年。每年约建造6亿美元的轻钢龙骨独立式新型房屋120000栋，约占澳大利亚所有建筑业务产值的24％；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，因其拆装便利安全高效资源再生而备誉为今后取代传统建筑的一支奇葩。按照中国走可持续发展道路和建设节能型社会的思路新型房屋已经成为理想的建筑形式。中国的建筑规模正以每年20亿平方米速度增加，据测算，到2020年我国公共建筑智能建筑行业市场规模将达到8000亿元。目前中国带有绿色建筑评价标识的建筑总面积不足4000万平方米，未来发展绿色建筑空间巨大。此外，我国还将对星级绿色建筑给予财政补贴，星级越高，补贴越多。以2012年高星级绿色建筑的财政奖励标准为例，二星级绿色建筑每平方米建筑面积可获得财政奖励45元，三星级绿色建筑每平方米奖励80元。两部门提出，将引导保障性住房及公益性行业优先发展绿色建筑，力争到2014年政府投资的公益性建筑和保障性住房全面执行绿色建筑标准，到2015年新增绿色建筑面积10亿平方米以上。综上所述，中国新型绿色房屋的春天已经来临，市场空间和需求巨大。另外从发达国建筑发展历程来看，中国的建筑业已到了升级换代转型的必然时期，一个原因是中国的劳动力人口红利已近尾声，未来人力成本会使传统建筑行业成本大幅上升，使其与新型绿色房屋的成本剪刀差消失甚至逆转。二是传统建筑的立体生产方式效率低，建筑质量对工人的技能要求高，无法比拟新型绿色房屋的工厂化、标准化、模数化的效率和质量控制。三是冷弯薄壁型住宅施工速度快，可在短时间内提升人民居住水平，改善人居环境，优势明显。