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新型結(jié)構(gòu)體系亟待創(chuàng)新

作者：鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：2011-08-23 10:01:15 [收藏]

    關(guān)鍵詞：創(chuàng)新 亟待 體系 結(jié)構(gòu)
        造房子能否像搭積木一樣簡單快捷又節(jié)能環(huán)保呢？一項(xiàng)全新的新型全預(yù)制混凝土裝配技術(shù)(NPC)讓這成為可能。從國內(nèi)第一幢利用此技術(shù)建造的中南世紀(jì)城33號樓揭開面紗，至中南世紀(jì)城36號全預(yù)制裝配式小高層結(jié)構(gòu)封頂，中南集團(tuán)研發(fā)并實(shí)施的中國首批4幢全預(yù)制裝配式小高層住宅在江蘇海門建成，實(shí)現(xiàn)了真正像搭積木一樣蓋樓，為新的建筑結(jié)構(gòu)體系增添了新的工程案例。

        “搭”起來的房子

        中南集團(tuán)南通建筑總承包公司在兩年前開始引進(jìn)澳大利亞康諾克預(yù)制技術(shù)及日本的抗震技術(shù)，經(jīng)過消化、吸收、改進(jìn)和研發(fā)，形成了新型建筑結(jié)構(gòu)體系。這一技術(shù)采取工廠機(jī)械化生產(chǎn)、現(xiàn)場裝配的形式進(jìn)行建筑施工，與目前國內(nèi)的現(xiàn)場施工澆筑的施工工藝相比，具有節(jié)能環(huán)保、縮短施工期、縮減施工成本的特點(diǎn)。

        據(jù)中南集團(tuán)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，采用新型全預(yù)制混凝土裝配技術(shù)，一方面施工時不需要搭建專門的腳手架；另一方面，在工廠機(jī)械化生產(chǎn)部件可以大大減少水泥等原材料的流失，而且比現(xiàn)場澆筑出的部件更加規(guī)整、堅(jiān)固，表面光滑，無需粉刷，直接涂敷涂料就行。由于生產(chǎn)好的部件運(yùn)到工地就可拼裝，不需現(xiàn)場澆筑，只需在接縫和榫頭處進(jìn)行縫合施工，這樣可以保持工地的整潔有序，最大限度地降低建筑施工噪聲污染。

        據(jù)初步測算，采用這一技術(shù)建成的33號樓地上部分共9層，與常規(guī)施工相比，材料可以減少30%以上，工人可以減少30%~40%，工期可縮短1/3。而且，如果將這一技術(shù)在10層以上高樓全面推廣、成批建設(shè)，效益會進(jìn)一步得到提升。

        鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的遺憾

        建筑結(jié)構(gòu)體系是建筑的骨架。我國的結(jié)構(gòu)體系非常豐富，從較原始的土結(jié)構(gòu)、石結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)到以后的磚結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)，無所不有。它的取用決定于資源、價格成本、結(jié)構(gòu)形式、氣候條件、文化基礎(chǔ)等多種因素。

        長期以來，我國房屋建筑主要采用兩種結(jié)構(gòu)形式，即砌體結(jié)構(gòu)(普通實(shí)心磚、空心磚、砌塊)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(框架、框支、框剪、框筒、筒中筒)。

        改革開放前，房屋建筑以多層砌體結(jié)構(gòu)為主，約占80%～90%左右。黏土磚曾經(jīng)是我國千百年來的主要建筑材料。上世紀(jì)90年代初，黏土磚生產(chǎn)集中的地區(qū)窯坑遍布，生態(tài)環(huán)境惡化。為了避免毀田燒磚，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與社會的可持續(xù)發(fā)展，國家的墻改政策強(qiáng)制出臺，在170個城市禁止使用實(shí)心黏土磚，千百年沿用的“秦磚漢瓦”，從建筑施工中逐漸“退役”，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)遂成為我國新建工程中的主導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

        國外研究表明，鋼筋混凝土建筑的耗能量，為鋼結(jié)構(gòu)建筑的1.2倍，其耗能所產(chǎn)生的CO2排放量為鋼結(jié)構(gòu)建筑的1.4倍，可見鋼筋混凝土建筑對地球環(huán)保有很大的殺傷力。而且，鋼筋混凝土建筑構(gòu)件的斷面大，要消耗大量的砂石、水泥和水，導(dǎo)致國土流失；當(dāng)其壽終正寢，拆除解體時，其廢棄的渣塊屑又難以回收再利用，造成環(huán)境的大負(fù)荷，拆解中的揚(yáng)塵再次沖擊環(huán)保。

        其次，由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自重大，對基礎(chǔ)提出了更高的要求。目前我國的高層建筑幾乎都采用鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)，視土質(zhì)地層情況，打入地下不同深度，用支承和摩擦兩種方式把上部結(jié)構(gòu)托起來。一般來講基礎(chǔ)工程占土建造價的1/3左右，它的最大弊端是在地下空間建立混凝土森林，給我們的城市地下空間開發(fā)設(shè)置了很大的障礙，破壞了地下空間環(huán)境。如上海市約有6000幢高層，樁大致有40余米和60余米兩種規(guī)格，在修建上海地鐵時，規(guī)劃線路遇到很大的麻煩，暴露了很大的負(fù)面效應(yīng)。

        最后，由于我國對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工方法還在沿用現(xiàn)澆施工法，伴隨而生的是建材浪費(fèi)、現(xiàn)場的噪聲及空氣污染、大量的廢棄物、模板周轉(zhuǎn)率低下、工程質(zhì)量問題時有發(fā)生等一系列與綠色建筑背道而馳的現(xiàn)象。

        結(jié)構(gòu)體系多元化

        國外學(xué)者已明確鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系為非綠色建筑，我國目前還是主導(dǎo)結(jié)構(gòu)。當(dāng)前，這是剖析我國綠色建筑中的首當(dāng)其沖的大問題，也是重新審視我國建筑結(jié)構(gòu)體系的大好機(jī)遇。

        砌塊建筑在我國已有幾十年的發(fā)展史，時興時落。這種體系的最大優(yōu)點(diǎn)是充分利用廢渣廢料(粉煤灰)及地方資源，制作方便，便于在砌體結(jié)構(gòu)中豎向配筋，不僅用來蓋多層，還可蓋高層，價格不高，施工簡單。不毀田，又利廢，還節(jié)能，且耐久，與其他建材相比，可歸類于綠色建筑。

        發(fā)達(dá)國家的輕鋼結(jié)構(gòu)(壁厚于小4mm)發(fā)展甚快，尤其近年來已從低層結(jié)構(gòu)發(fā)展到多層結(jié)構(gòu)，甚至于中高層結(jié)構(gòu)(7-9層)。這類結(jié)構(gòu)除了重量輕省料、所用的材料均屬再生材料外，大量的構(gòu)件系工廠化生產(chǎn)，能保證工程質(zhì)量，施工周期短，是典型的綠色建筑。

        木結(jié)構(gòu)理所當(dāng)然地屬綠色建筑。一方面我國的林業(yè)科學(xué)發(fā)展迅速，提供“速成林”的木材給建筑使用；另一方面，西方國家在我國加入世貿(mào)組織后，出于他們的生態(tài)平衡，急需伐樹出口到中國，價格合理的話，也可視作能接受的一種結(jié)構(gòu)體系。

        膜結(jié)構(gòu)僅局限于部分公共建筑的應(yīng)用。近年來膜結(jié)構(gòu)工程已經(jīng)在全國各地如雨后春筍般建立起來：1995年建造了第一個面積為3300平方米的典型膜結(jié)構(gòu)工程；從1996年至2001年，六年內(nèi)建造的膜結(jié)構(gòu)估計(jì)達(dá)37萬平方米。由于一些大型體育場的建成，及一些體育、休閑、展覽、航空港、機(jī)庫等大空間和超大空間建筑物的膜結(jié)構(gòu)工程日漸增多，膜結(jié)構(gòu)的建設(shè)正在以平均每年20%的速度增長。由于工程實(shí)踐的數(shù)量較多，我國的膜結(jié)構(gòu)行業(yè)也已步入了規(guī)范、有序的管理狀態(tài)。2004年8月1日《膜結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》正式頒布實(shí)施。至今，在我國建成的膜結(jié)構(gòu)工程已近千項(xiàng)，膜結(jié)構(gòu)企業(yè)也發(fā)展到近百家。

        綠色建筑提出了建筑結(jié)構(gòu)體系選擇的新問題。要創(chuàng)造出一種新的結(jié)構(gòu)體系絕非易事，在可持續(xù)發(fā)展的新形勢下，結(jié)構(gòu)工程師要做出新的抉擇。

        建筑工業(yè)化：建筑業(yè)的發(fā)展方向

        建筑工業(yè)化生產(chǎn)的口號時起時伏呼吁幾十年，始終沒落到實(shí)處。今天我們討論綠色建筑之際，還得反思工業(yè)化生產(chǎn)的老問題。以工業(yè)生產(chǎn)工藝的方式興建建筑物，也就是將建筑物的部品工業(yè)化、預(yù)制化、規(guī)格化，以及采用自動化機(jī)具來施工。

        荷蘭建筑大師尼古拉斯・約翰・哈布瑞肯于1964年就住宅的工業(yè)化體系提出大眾(集合)住宅的設(shè)計(jì)理論：住宅體系=支撐體(共性)+可拆合單元(個性)。支撐體是屬于大眾共同決定的實(shí)體部分，實(shí)現(xiàn)途徑是采用標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)化手段獲得高質(zhì)量、高效率、高經(jīng)濟(jì)效益；可拆合單元則是屬于個人所控制的空間領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)途徑是部件化、模數(shù)化、多品種。

        工業(yè)化生產(chǎn)與現(xiàn)澆施工相比較，減少了許多不必要的建材浪費(fèi)，同時可減少施工的粉塵、噪音及光污染。臺灣學(xué)者的研究數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)場施工鋼筋混凝土每平方米樓板面積會產(chǎn)生1.8公斤的粉塵和0.14公斤的固體廢棄物，在日后拆除階段則產(chǎn)生1.23公斤的固體廢棄物。有人統(tǒng)計(jì)正常的工業(yè)化生產(chǎn)可減少工地現(xiàn)場廢棄物三成，減少施工空氣污染一成，減少5%的建材使用量，對環(huán)境保護(hù)意義重大。

        工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)劃入綠色建筑涵義范疇。隨著我國房地產(chǎn)市場的迅猛發(fā)展，近期工業(yè)化生產(chǎn)有上升的趨勢。有發(fā)展眼光的開發(fā)商在做大做強(qiáng)的同時，嘗試模式創(chuàng)新，他們在圖謀部品化→工廠化→產(chǎn)業(yè)化的建房模式，這的確是綠色建筑的發(fā)展途徑。

        建筑工業(yè)化，首先應(yīng)從設(shè)計(jì)開始，從結(jié)構(gòu)入手，建立新型結(jié)構(gòu)體系，包括鋼結(jié)構(gòu)體系、預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系，要讓大部分的建筑構(gòu)件，包括成品、半成品，實(shí)行工廠化作業(yè)，減少施工現(xiàn)場作業(yè)。多層建筑應(yīng)由傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)向預(yù)制框架結(jié)構(gòu)發(fā)展；高層及小高層建筑應(yīng)由框架向剪力墻或鋼結(jié)構(gòu)方向發(fā)展；施工上應(yīng)從現(xiàn)場澆筑向預(yù)制構(gòu)件、裝配式方向發(fā)展；建筑構(gòu)件、成品、半成品以后場化、工廠化生產(chǎn)制作為主。

        節(jié)能型建筑結(jié)構(gòu)體系是近年來快速發(fā)展起來的新技術(shù)群體，這些技術(shù)的共同特點(diǎn)包括可以取代磚混結(jié)構(gòu)及黏土制品，可以保護(hù)耕地、節(jié)約能源；在建筑物全生命周期內(nèi)不需要對保溫層進(jìn)行維護(hù)、維修；有很好的抗震性能；實(shí)現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)，有70%的構(gòu)件可以在工廠生產(chǎn)，施工方便快捷；適用于各種氣候帶，可以抗颶風(fēng)；實(shí)現(xiàn)了空間靈活分割。

        在新型結(jié)構(gòu)體系中，應(yīng)盡快推廣建設(shè)鋼結(jié)構(gòu)建筑，應(yīng)用預(yù)制混凝土裝配式結(jié)構(gòu)建筑，研發(fā)復(fù)合木結(jié)構(gòu)建筑。

        我國新型建筑結(jié)構(gòu)還處于成長時期，超大跨度復(fù)雜結(jié)構(gòu)的工程實(shí)踐還不多；一些代表國際發(fā)展方向的新型體系在我國則還處于空白或?qū)W習(xí)階段。主要表現(xiàn)在建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)技術(shù)嚴(yán)重脫節(jié)、結(jié)構(gòu)形式還比較拘謹(jǐn)單一，較少大膽創(chuàng)新之作，說明新穎的建筑構(gòu)思與先進(jìn)的結(jié)構(gòu)創(chuàng)造之間尚缺乏理想的有機(jī)結(jié)合;一些有巨大前景的新穎結(jié)構(gòu)形式如索網(wǎng)、索穹頂、整體張拉體系、可開合結(jié)構(gòu)等在國外已有不少成功的工程實(shí)踐，在我國則還處于空白或起步階段。

        經(jīng)過十年來的迅速發(fā)展，我國新型建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展急需努力躍上新臺階，需要大膽創(chuàng)新，擯棄簡單抄襲和模仿，注重建筑與結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合，努力創(chuàng)造精品。這一新臺階包含材料和生產(chǎn)條件等技術(shù)問題，也包含尚未很好解決的一些理論問題。我國新型建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)一步的發(fā)展，還有待科技工作者和建筑產(chǎn)業(yè)鏈上的所有企業(yè)加倍努力。
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