装配式建筑两次战后发展及钢结构住宅的优点
{一}、装配式建筑两次战后发展
一战后,为解决城市住宅的尖锐矛盾,人们开始重视工业化的预制。在二十世纪初,美国的一家建筑公司研制出全装配建筑体系,包含了钢筋混凝土骨架及各类板材,并建造了300多幢住宅。受经济技术因素的影响,这种钢结构工程的建造方式应用于建造比较分散的小型住宅项目中时,建造成本很高,无法和传统建造的住宅竞争,因此未能推广。法国在二十世纪三十年代,创建了不同的多层混凝土构建体系,其中Mopin多层公寓体系在法国、英国等地进行了实践,取得了一定进展。20世纪初在美国和北欧一些国家中的胶合木预制独立住宅是比较成功的,但这种低层独立式住宅在使用上有一定局限性,建造数量有限,不能解决普遍存在的住宅缺乏问题。
第二次世界大战后,建筑工业化取得进一步发展。40年代至50年代,首先是轻质薄壁幕墙,特别是玻璃幕墙的应用受到极大的追捧。联合国大厦的秘书处大楼是最早的幕墙实例,同时期的利华大厦被认为是大面积玻璃幕墙的代表作。60年代中期,预制混凝土外墙板被广泛采用。勒·柯布西耶设计的马赛公寓的外墙部分,也是由预制混凝土装配而成。在五十年代后,不少国家开始研发工业化装配建造体系,从而便于建造大型项目。人们渴望建造全过程的工业化,即把整个房屋的建造就像生产其他工业品一样能大批量成套地生产,运到现场装配即成。60年代上半期,许多用以建造住宅、学校、办公楼等大量性建筑的全装配建造体系在英、法、北欧、苏联等国家先后出现,这是建造史上一场深刻的革命。
当时的建造体系分预制大板、骨架轻板,匣子三大类。按所有材料的比重分重体系(材料比重>1000kg/m³,如混凝土、砖)和轻体系(材料比重<1000kg/m³,如木制品、石膏、石棉水泥、铝、塑料等,骨架材料则为钢和木)。
英国的CLASP学校建筑体系是当代首个成功的工业化体系,该体系当是由轻钢结构、钢筋混凝土楼板以及墙板组成的。在二战后,各国经济遭受巨大打击,传统建筑材料匾乏,劳动力紧缺,各国为尽快恢复经济发展和社会稳定,同时又需要新建大量学校,由此产生该体系。1948年建立了CLASP建筑联合企业,1957年后正式供应,在英国12个州的学校采用。该体系在外墙版、窗型、内隔墙方面组成的灵活性大。
60年代美国的SCSD学校建造体系是CLASP的发展,具有较高的工业化水平。该体系除主体采用轻钢结构,此外还有五个次体系:1、采暖、通风和冷气体系(设备、管道和控制装置);2、照明、天花包括空调扩音器体系;3、室内隔断体系;4、家具体系;5、学生橱柜。另外,美国在学习西欧的经验后,也出现了Techcrete住宅体系等。
{二}、钢结构住宅的优点
1、钢材的强度高、塑性、韧性好
传统建材的强度比钢材的强度要低很多。相同的断面面积下,钢结构构件的强度却是混凝土的两倍。
因此钢材适用于高耸建筑、大柱距厂房等。
钢材塑性好,是指固体金属在外力作用下能稳定地产生永久变形而不破坏其完整性(不断裂、不破损)的能力。钢材韧性好,能承受更多的活动承载力。所以,钢结构比混凝土工程更适合做抗震的建筑材料。在众多的地震灾害中,钢结构建筑始终是破坏最小的建筑形式。
由于钢材强度高,构件轻巧也便于运输和安装。
2、材质均匀
是结构验算的理想目标,钢材材质经过锻压,物质均应,受到挤压时,内应力基本保持一致。因此,钢结构使用过程中的荷载与结构模拟演算最为接近。
钢材在经过锻轧和加工的程序中,严格控制尺寸精度和质量,保证材质的稳定性、均匀性。
3、施工工期短
钢材质地均匀,易于加工,钢结构所用材料大多数为型钢,可直接生产,局部构件也可以在钢材加工厂直接制作。既能保证产品的尺寸大小、还可以保证产品的品质,有利于批量生产,为实现标准化、工业化奠基基础。
钢构件运至工地现场。可按图纸设计连接点大样施工。对大一点的构件,可以在地面完成拼装后,在进行吊装,缩短施工周期。此外,对已竣工验收的钢结构住宅也方便调整空间布局,加快钢结构安装施工速度。
4、钢构件占地面积小、增加使用空间
以相同的柱荷载为例,混凝土柱的尺寸通常为400*400,而钢材强度高,截面尺寸为200*200,是混凝土柱的占地面积的一半,增加了空间的使用面积。梁的截面尺寸也类似,避免了“柱粗笨梁”现象,室内视觉开阔,美观大方。
另外,居民住宅的线管布置错综复杂。混凝土结构住宅一般采用暗敷形式,直接预埋在楼板或墙体中,但是现实生活中,大部分住户在装修时二次更改水、电管线,直接绕梁、凿墙过线管,不仅影响了美观,还降低安全性。而采用钢结构住宅时可以直接在腹板布置线管,不影响结构安全。
5、节能、环保
与传统的砌体结构和混凝土结构相比,钢结构属于绿色建筑结构体系。所谓绿色建筑,就是指有利于环境保护、节约资源的建筑。例如德国的法兰克福商业银行大厦,它是第一座采用自然通风的内部环境和可开启的幕墙形成一体的建筑,整个空间环境由大楼的管理系统或该大楼本身的气象中心去调节,把能源消耗到了最低。
目前钢结构房屋的墙体多采用新型轻质复合墙板或轻质砌块,如高性能NALC板(即配筋加气混凝土板)、复合夹心墙板、幕墙等;楼屋面多采用复合楼板,如压型钢板-混凝土组合板、轻钢龙骨楼盖等,符合建筑节能和环保的要求。
另外,钢结构施工方式比传统的混凝土施工要方便很多,现场施工粉尘小、噪音小,不用浇水养护,节约水资源。现场施工对砂石的需求量很小。减轻了资源浪费,对环境保护起到积极的作用。
6、钢结构质量轻
钢材的抗压、抗拉强度比混凝土强很多。但是它的质量却混凝土轻。以同样的梁荷载举例,钢梁的重量只有混凝土的1/4。建筑的质量低,与之相伴的基础处理费用也随之降低,钢结构的基础处理费用只有混凝土基础费用的1/6左右。质量的降低,也为运输提供不少便利。
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