低層工業(yè)化住宅結(jié)構(gòu)體系調(diào)研分析

趙雪峰 李 晶 范 悅

(1.沈陽大學(xué)建筑學(xué)系，遼寧 沈陽 110044； 2.大連理工大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116024)

隨著我國工業(yè)化住宅技術(shù)的快速、深入發(fā)展，國內(nèi)部分建筑企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)積極開展了低層住宅建造技術(shù)的研發(fā)與實踐工作。以預(yù)制裝配式和裝配整體式為代表的多種類型低層工業(yè)化住宅體系逐漸被研發(fā)成功并獲得一定程度的市場認(rèn)可。

雖然低層工業(yè)化住宅結(jié)構(gòu)體系研發(fā)工作進(jìn)展迅速，但整體而言仍然處于較為混亂的初級階段，同發(fā)達(dá)國家和地區(qū)相比還有一定差距。由于工業(yè)化住宅是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，低層工業(yè)化住宅由目前的起步階段過渡到成熟階段，必然需要分步驟、有次序的進(jìn)行規(guī)劃，因此需要我們及時地對當(dāng)前低層工業(yè)化住宅體系發(fā)展情況進(jìn)行調(diào)研，從設(shè)計、技術(shù)、適用范圍等多個視角認(rèn)真思考低層工業(yè)化住宅體系的現(xiàn)實問題和發(fā)展途徑。

1 低層工業(yè)化住宅體系調(diào)研分析

1.1 現(xiàn)狀調(diào)研

我國低層工業(yè)化住宅經(jīng)過多年研發(fā)與實踐，積累了相當(dāng)多的經(jīng)驗，工業(yè)化技術(shù)水平有了較大提升。目前，低層住宅結(jié)構(gòu)體系呈現(xiàn)出多種體系并存的局面。每一類型低層工業(yè)化住宅結(jié)構(gòu)體系的差異性較大。當(dāng)前國內(nèi)主要的五種新型工業(yè)化低層住宅結(jié)構(gòu)體系是：整體箱式結(jié)構(gòu)、PCF板式結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)、CLT木結(jié)構(gòu)、輕型板式結(jié)構(gòu)(見表1)。

1.2 結(jié)構(gòu)體系特征分析

1)整體箱式結(jié)構(gòu)體系。

整體箱式結(jié)構(gòu)體系低層住宅是仿照集裝箱結(jié)構(gòu)的選材與建造方式，以集裝箱鋼材底盤為基礎(chǔ)的體系。其構(gòu)件模塊化，墻體采用一體化墻體，采用外墻保溫系統(tǒng)，保溫系統(tǒng)顯著，無冷橋，保護(hù)墻體；窗戶采用斷橋鋁合金雙層中空玻璃，具有優(yōu)良的絕熱性能；幕墻采用開發(fā)式幕墻，能隨時拉開[1]；屋面采用通風(fēng)隔熱式屋面系統(tǒng)。在尺寸上，它不再局限于傳統(tǒng)集裝箱的尺寸了，使用者可以根據(jù)自己的需求定制其具體尺寸。除此之外，設(shè)計師可以通過將幾個集裝箱拼接在一起，靈活組合，從而連接出使用者理想的空間。整體箱式結(jié)構(gòu)體系因為其可移動性強(qiáng)，不對地表產(chǎn)生破壞等優(yōu)點，可應(yīng)用在臨時建筑。

表1 低層工業(yè)化住宅體系調(diào)研

2)PCF板式結(jié)構(gòu)體系。

PCF板式結(jié)構(gòu)體系低層住宅是仿照全預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，使用疊合式夾芯樓板建造。該住宅體系是一種低能耗集成房屋體系，其在傳統(tǒng)剪力墻的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對墻體進(jìn)行了改進(jìn)，其墻體在制作時將保溫板夾在墻體內(nèi)部，墻體自重和保溫性能大大加強(qiáng)了。其與傳統(tǒng)剪力墻結(jié)構(gòu)的區(qū)別是PCF板式結(jié)構(gòu)體系分別在住宅墻體和屋面上進(jìn)行改進(jìn)。墻體采用鍍鋅鋼絲，以合理的結(jié)構(gòu)設(shè)置和專有的焊接技術(shù)在工廠制成三維空間網(wǎng)架，中間填充阻燃型EPS芯板構(gòu)成一種新型的夾芯墻板。以夾芯板為主體，在芯板底部配置預(yù)應(yīng)力鋼筋形成半預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土夾芯樓板，運往現(xiàn)場安裝成型后在其面層整體澆筑細(xì)石混凝土形成預(yù)應(yīng)力疊合樓板。同時用于屋面就形成預(yù)應(yīng)力疊合屋面板。

3)輕鋼結(jié)構(gòu)。

輕鋼結(jié)構(gòu)體系的低層住宅由于自重較輕，因此基礎(chǔ)采用的是淺基礎(chǔ)。將住宅底邊梁與基礎(chǔ)連接，然后將墻邊梁與底邊梁連接，依次內(nèi)外墻、桁架和屋架，直到主體輕鋼龍骨完成。在墻體部位采用玻璃棉、歐松板、木龍骨、保溫層、掛網(wǎng)抹灰等完成墻體[2]。整體來說，這種輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系屬于框架結(jié)構(gòu)，在完成主體框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行墻體填充。結(jié)構(gòu)構(gòu)件是在工廠進(jìn)行加工，現(xiàn)場只需要進(jìn)行裝配，在工期方面有了極大的改進(jìn)。輕鋼結(jié)構(gòu)體系的施工技術(shù)較容易掌握，但是前期的結(jié)構(gòu)計算較為復(fù)雜。

4)CLT木結(jié)構(gòu)。

CLT木結(jié)構(gòu)體系是我國積極引進(jìn)意大利ROTHOBLAAS公司的一種木結(jié)構(gòu)低層住宅專用體系。這種建筑體系所選用的木材是將橫紋和豎紋正交排布的規(guī)格木材膠合成實木板材，這樣能夠達(dá)到最佳強(qiáng)度。木板材的面積和厚度可以定制，但其長度受到受壓機(jī)的限制。目前全國已經(jīng)有4家工廠開始進(jìn)行此種板材的生產(chǎn)。CLT木結(jié)構(gòu)體系的板材必須通過壓制使其強(qiáng)度增加，但同時其重量也大大增加了，因此在運輸和吊裝方面有較大的難度。采用這種板材作為墻體時，板材之間一般通過鉸接進(jìn)行連接。

5)輕型板式結(jié)構(gòu)。

“插件家”系統(tǒng)是一種新型的輕型板式結(jié)構(gòu)體系。其最出名的作品便是“小樊的插件家”。該設(shè)計作品拿到了倫敦設(shè)計博物館比茲利年度最佳設(shè)計獎?！安寮摇毕到y(tǒng)的墻體采用預(yù)制的“插件板”系統(tǒng)，具有很好的防水性能，可直接用在室外；建造無需其他結(jié)構(gòu)，板材自身就是結(jié)構(gòu)。預(yù)制模塊板集結(jié)構(gòu)、防潮、保溫、設(shè)備、室內(nèi)外飾面于一體，整體厚度只有50 mm[3]。除此外，輕型板材能根據(jù)設(shè)計的需求進(jìn)行切割，可現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)整?！安寮摇毕到y(tǒng)的工業(yè)化程度高，輕型板材全部在工廠進(jìn)行預(yù)制，現(xiàn)場只進(jìn)行裝配，工期大大縮短，并且裝配方式簡單便于掌握；對于現(xiàn)場尺寸要求小，適用于老城區(qū)的改造。

2 發(fā)展建議

通過對五種新型工業(yè)化低層住宅結(jié)構(gòu)體系的調(diào)研分析，項目組對于低層住宅結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展建議如下：1)目前的五種結(jié)構(gòu)體系對于地形局限性考慮不足，將來在對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行優(yōu)化的時候應(yīng)考慮到地域因素，避免受到地域的限制；2)每一種結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該更加突出其技術(shù)特點，根據(jù)其特點選定優(yōu)先發(fā)展方向，如“插件家”體系更加適合老城區(qū)的改造，整體箱式結(jié)構(gòu)體系適合臨時建筑等；3)PCF板式結(jié)構(gòu)體系和輕鋼結(jié)構(gòu)較為適合農(nóng)村住宅的建設(shè)。根據(jù)我國農(nóng)村住宅的政策和建設(shè)現(xiàn)狀，這兩種結(jié)構(gòu)體系在用于農(nóng)村住宅建設(shè)時應(yīng)該多從提升建筑結(jié)構(gòu)的安全性、適應(yīng)性、耐久性方面進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)；4)隨著低層住宅結(jié)構(gòu)體系日趨工業(yè)化，建筑材料應(yīng)選擇性能穩(wěn)定易于規(guī)范化、模塊化的材料，以便為住宅工業(yè)化提供便捷。

3 結(jié)語

工業(yè)化住宅建造技術(shù)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，本質(zhì)上是住宅生產(chǎn)方式的變革；低層工業(yè)化住宅體系適用范圍特殊，受地域性特征影響較大；低層工業(yè)化住宅體系從技術(shù)的起步階段到成熟階段需要分步實施、計劃明確，同時應(yīng)結(jié)合國家的宏觀發(fā)展政策，充分考慮各地區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)情況和居民生活需求。