(南京林业大学 210000)
管雪松 (南京林业大学 210000)
高 磊 (南京国豪装饰安装工程股份有限公司 210000)
2016年,我国颁布《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》和《关于大力发展装配式建筑的指导意见》两项文件,明确提出了发展装配式建筑的总体要求、重点任务和保障措施,并提出力争用10年左右的时间,使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%的目标,当前,我国建筑领域都在贯彻落实该指示精神。
使用了标准的建筑部件规格,在工厂中预先加工建筑的各个部件,再运至施工现场组装的建筑,就是装配式建筑。目前,我国常用的装配式建筑形式有混凝土装配式、木结构装配式及钢结构装配式三种。其中,钢结构装配式已被视为推进装配式建筑发展、进一步加快住宅工业化、产业化发展进程的最重要的建筑形式,受到全国各级领导的高度重视。
钢结构建筑空间比传统的建筑结构有更多优点,如房间布局多样化,建筑自重轻、承载力高、抗震性能优越,绿色、环保、节能、符合当前国家对于环保和可持续发展的要求,建造周期短,产品质量高,更具经济效益。
与现场浇注的作业方式相比,装配式钢结构建筑在节能、节材和减排方面具有显著优势。首先,装配式钢结构建筑在建筑主体建造方面,以钢材代替木材,极大减少了木材的消耗,其次,装配式钢结构在建筑内装方面,采用预制内、外墙板干挂的模式,减少了现场工作量,也就减少了施工用水量和用电量,最后 ,装配式钢结构建筑的建筑部件基本在工厂内完成,现场排放建筑垃圾极少,可以有效减少扬尘和噪音污染。
此外,由于钢结构本身适宜用于建筑结构,且钢结构建筑已有多个先例,具备发展基础,同时,我国钢产量位居世界第一,粗钢产量大,产能高,在我国,全面推进装配式钢结构建筑的发展,是我国建筑发展的一条必经之路。
我国钢材年产量自1966年超过1亿t之后,至今为止一直稳居全球钢产量第一名。2017年,我国粗钢产量83170万吨,远超第二名日本的10270万吨。可是,日本及其他发达国家的钢结构建筑用钢量远高于我国。目前,我国钢结构建筑用钢量约仅占粗钢产量的5%~6%1,而钢材产能过剩的问题已十分严重。大力发展钢结构装配式建筑,是化解钢材产能过剩的重要方法之一。
目前,包含北京、上海、江苏、广东在内的23省已出台推动装配式钢结构发展的补助政策,推动传统建筑公司与钢结构企业向装配式建筑企业转型。但是,我国装配式钢结构建筑起步晚,仍存在着设计水平较低、施工技术不足、施工人员不够专业的问题。
装配式建筑在美、法、英、日等国发展的最快。上述国家已基本形成了针对装配式建筑的严格的行业规范,建筑部件可实现商品化供应。此外,政府通过与相关行业协会合作,推动了装配式建筑技术、装配式建筑人才体系的进一步发展。
装配式钢结构住宅的结构体系按照适用范围可分为三种:
(1)适用于低层住宅的单向钢框架结构体系;
(2)适用于多层住宅的异型柱钢框架结构体系;
(3)适用于高层住宅的成套结构体系。
其中,适用于低层住宅的单向钢框架结构体系,主要采用冷弯薄壁型钢结构组成,它通过在现场对钢梁、钢柱进行栓接,减少焊接施工,加快了施工速度,降低了施工难度,提高了建筑装配程度,减少了施工污染,是目前低层住宅较多使用的一种结构体系。
适用于多层住宅的异型钢柱结构体系,主要是以十字型、T型、L型截面的钢柱,代替了单向钢框架结构体系中的箱型、H型钢柱,提高了钢结构的结构强度。此外,这种异型钢柱结构还有利于减少室内空间柱脚的凸出问题,增加室内面积。
适用于高层住宅的成套结构体系主要有三种:钢框架-支撑体系,钢管剪力墙体系及混凝土核心筒-钢框架体系。
装配式钢结构住宅的结构系统还在完善与出新,在具体应用时,应根据项目需求,选择合适的结构体系。
装配式钢结构住宅的墙面系统以保温、隔热一体化的集成墙板为主,根据施工部位,可分为外墙墙板与内墙墙板。
外墙墙板由:内保温层、结构板层、外保温层、呼吸纸层、通气层及外墙装饰板等部分构成,外墙墙板直接装在建筑的轻钢结构上,起到保温、隔热、装饰等功能。内墙墙板主要由硅酸钙板及装饰面层组成,安装在住宅内部空间的轻钢龙骨上。
装配式钢结构住宅的墙面系统采用SI结构与填充分离体系,通过将建筑结构的支撑体(Skeleton)与填充体(Infill)相分离的做法,使建筑变得更为坚固、耐用。此外,还实现了室内隔墙、装修部品的场外加工与场内组装,使得住宅的装饰装修工程也可以用装配式的方式进行。此外,由于分离了建筑的支撑结构与填充结构,使得采用SI分离体系的住宅更便于后期改造,通过合理的后期改造,使住宅的生命周期得到延长。
这种墙面系统的缺点是与墙面抹灰的做法相比,集成墙板更厚,减少了住宅的使用面积。因此,“更薄”成为了当前集成墙板发展的一个方向。
装配式钢结构住宅的楼地面系统主要由:装配可拆式钢筋桁架楼承板(竹胶板底模)与装配式钢筋混凝土叠合楼板两种楼板组成。其中,装配可拆式钢筋桁架楼承板主要由:钢筋桁架、塑料扣件、竹胶板(镀锌板)组成,具有安装简单、更换方便、自重轻等优点,多用于低层住宅。装配式钢筋混凝土叠合楼板有着施工速度快、楼板负载强的特征,多用于中、高层住宅。
装配式钢结构住宅的顶面系统采用顶面保温、隔热一体化的集成屋面板,它主要由:结构板层、外保温层、呼吸纸层、防水层、顺水条、屋面瓦等部分组成,这种集成屋面板的优点是安装速度快、防水效果好,此外,该种屋面板包含了防水层,有利于住宅后期的维修与改造,与采用传统顶面做法的住宅相比,使用该种屋面板的住宅不必重做防水层,只需将漏水部位的屋面板更换即可。
装配式建筑与传统建筑相比,更着重于“建筑、结构、机电、装修一体化”的系统集成设计,装配式建筑的设计对象是完整的建筑产品,设计方法是系统、集成化方法。其中的关键环节是建筑形式、建筑结构、机电设备、室内装修的一体化,实现各专业紧密协同,从整个建筑系统考虑优化设计方案。这种将完整的建筑产品作为设计对象的设计方法,可以避免产生建筑主体结构与机电设备、内装系统不配套、协同度差的设计通病。
同时,为保证建筑部件的结构强度,防止二次加工破坏预制部件,装配式钢结构建筑的部件通常情况下禁止现场开槽,这就要求装配式建筑的机电设计应在保证绿色节能、使用安全、维修方便、布置美观的基础上,通过标准化设计、系列化设计,在工厂加工建筑构件时,预留机电安装孔洞,系统制造。
在传统的建筑住宅设计流程中,室内设计师通常在住宅毛坯阶段介入,在建筑形式、建筑结构已经完成的基础上,分项进行机电设备安装和室内装饰装修等工作,不同项目之间难以协同,导致返工率高、材料、人工资源的浪费,影响最终装饰效果。
在装配式钢结构建筑中,室内设计师应该更早参与设计,与建筑师、结构设计师、机电设计师相合作,以保证建筑的系统集成设计。
装配式装修与传统装修方法相比,具备显著优势,传统室内装饰施工周期较长,还有噪音、粉尘和有害物质等问题,而装配式装修现场作业量少,噪音、粉尘等问题都得到了有效控制。同时,装配式装修将大部分工作由现场施工转移到工厂预加工,这就减少了人为因素、环境因素等其他因素对装修质量的影响,整体而言提高了装修施工的质量。另外,通过标准化生产装修用材,可以摊低生产成本,节约工程费用。
其次,装配式装修施工周期更短,受外界因素干扰更小。以卫生间举例,传统装修中卫生间防水通常采用湿法作业,冬季由于气温较低,水泥砂浆难以干透,导致工期延误,成本增高。而整体卫浴应用了模压成型的底盘,现场无需二次作业即可实现防水功能。此外,整体卫浴安装方便,仅需在现场连接水管即可实现给排水功能。它的安装时间通常为6小时,较于传统模式,工作强度和技术难度均大幅降低,且极大缩短了施工周期。
最后,装配式住宅的机电、水暖等设备与建筑进行统一设计,采用工厂加工、预留孔洞的形式,与传统装修模式相比,大大降低了隐蔽工程的施工难度和施工工期。
随着精装房概念的普及,住宅建筑将以更整体的商品形象出现在市场上。室内设计应该积极的向建筑、结构、机电、装修一体化方向靠拢,推动住宅商品化。此外,结合已经进入设计领域的VR、AR技术,有可能实现住宅“先进房、后买房、再入住”的销售方式转变。虚拟现实技术与BIM系统可以让购房者参与到自己家的设计,更及时的与室内设计师交流,以使住宅商品化、工业化的同时,还能满足业主的个性化需求。住宅工业化不是千篇一律,而是多样化的解决方法。住宅工业化也不是要抛弃文化,室内设计师要在传承文化的基础上,用工业化的方法改造自己的工作,为业主提供既能满足其功能需求,也能满足其精神需求的住宅产品。
注释:
1.岳清瑞:《化解钢铁产能过剩 推进建筑工业化走钢结构道路》,《中国经济周刊》,2016(14):77-79.