——《輕型鋼結構住宅技術規(guī)程》JGJ209介紹
我國第一部關于鋼結構住宅的規(guī)范——《輕型鋼結構住宅技術規(guī)程》JGJ209于2010年4月17日由住房和城鄉(xiāng)建設部頒布了（以下簡稱“規(guī)程”），該“規(guī)程”是在總結和分析了我國多年來鋼結構住宅工程實踐、并做了大量的科學試驗和調查研究的基礎上，提出了一種復合中國國情的、與國家現行標準保持一致的“輕型鋼結構住宅”新體系：由輕型鋼框架結構體系和水泥基的輕質墻體、輕質樓面、輕質屋面建筑體系所組成的輕型節(jié)能房屋建筑，適用于抗震或非抗震地區(qū)的不超過6層的鋼結構住宅建筑的設計、施工及驗收。該規(guī)程全面系統(tǒng)地規(guī)定了輕型鋼結構住宅建筑的功能和性能，制定了輕型鋼結構住宅的材料標準、設計施工和驗收技術要求、以及使用和維護的規(guī)范管理原則。該“規(guī)程”的頒布，不僅用以規(guī)范我國輕型鋼結構住宅的工程實踐，而且對企業(yè)開發(fā)新型墻體材料和建筑節(jié)能新體系具有指導作用。鋼結構住宅建筑具有工廠化制造、現場裝配的產業(yè)化特點，該“規(guī)程”的頒布，對我國住宅產業(yè)化也起到了促進作用。
1、國外鋼結構住宅情況
國外利用鍍鋅輕鋼龍骨作為承重結構建造住宅已有近30年的歷史，由于這種結構自重輕，抗震、保溫、隔熱性能好，建造速度快，在美國、加拿大、澳大利亞等國得到廣泛利用。國外鋼結構住宅的圍護體系：在歐美主要采用OSB板和保溫巖棉，日本主要采用加氣混凝土板。
1）北美輕鋼結構住宅：
北美輕鋼結構住宅是在木結構住宅的基礎上派生出來的，在北美小住宅市場上約占20%的份額。房屋骨架用鍍鋅輕鋼龍骨制成，一般為二層左右的獨戶或聯排式住宅（圖1）。其中，美國各地已建成的住宅、旅館、公寓約300萬平方米，在俄亥俄、印地安那、伊利諾伊等非地震區(qū)，也有在加利福利亞、佛羅里達等地震區(qū)。既有鍍鋅輕鋼龍骨的，也有部分采用熱軋型鋼加強的，還有混凝土結構作為地下車庫的混合結構體系。北京居其美業(yè)西式房屋技術開發(fā)有限公司引進該項技術，在北京市昌平區(qū)小湯山鎮(zhèn)建成了20多萬平方米17個戶型的低層獨立住宅建筑，并為其制定了技術標準和施工驗收規(guī)程。現在，美國也用于建造四層甚至六層的公寓，如1999年建成的位于華盛頓州8層輕鋼結構的假日酒店，在西雅圖和加拿大不利顛哥倫比亞省的多層輕鋼結構公寓，每平米用鋼量在33～36kg。美國有專門的生產鍍鋅輕鋼龍骨房屋體的企業(yè)百余家，其中較著名的是華新頓（worthington）工業(yè)公司下屬的迪特瑞馳（Dietrich）公司，他們年生產鍍鋅輕鋼構件450萬噸，并開發(fā)了迪特瑞馳建筑體系（Dietrich Building System），簡稱DBS體系。DBS技術體系可以建造多層輕鋼結構住宅，墻體采用C型輕鋼龍骨兩面夾紙面石膏板，樓板采用C型輕鋼龍骨鋪20厚纖維水泥板，都用玻璃棉填充起到保溫隔音的作用。
2）日本的薄板鋼骨住宅建筑：
日本的薄板鋼骨建筑是使用鍍鋅冷彎型鋼的非焊接結合的新建筑工藝，也被稱作鋼結構2×4，是一種板肋結構的住宅工藝（圖2）。2×4是北美的傳統(tǒng)住宅工藝：用2×4英寸為基本尺寸的木材(lumber）制作框架，再用釘將膠合板等面材固定其上，構成墻板、樓板，進行箱形組裝的工藝。而薄板鋼骨建筑則是將框架材料由木材替換為鋼材厚度1.0㎜左右的鍍鋅冷彎型輕鋼龍骨的住宅，其墻體、樓板、屋架的型鋼兩側安裝膠合板、石膏板等各種材料，依此通過其復合截面結構的整體實現結構性能、防耐火性能、耐久性能、保溫性能、隔音性能和其他各種性能。1994年11月，日本通商省產業(yè)制鐵課主辦的城市鋼鐵（Urban Steel）研究會上，薄板鋼骨建筑成為主題之一，以社團法人鋼材俱樂部為事務局，由6家鋼鐵生產商（新日鐵、NKK、川崎制鐵、住友金屬工業(yè)、神戶制鐵所、日新制鋼）參加著手研發(fā)。1996年1月，6家公司在鋼鐵俱樂部設置薄板鋼骨建筑委員會，正式開展關于結構性能、防耐火性能、耐久性能、保溫性能、隔音性能等多方面的共同研究和開發(fā)活動，其研發(fā)的成果就是“KC型薄板鋼骨建筑”。薄板鋼骨建筑是將鋼鐵的優(yōu)勢和板肋工藝的優(yōu)勢組合起來的結構，采用“通氣層+外保溫”的標準保溫方法。通過進行建筑物實體等大小實驗、剪力墻的抗剪耐力實驗、地震模擬（振動實驗），科學地證明了抗震性能、抗風性能以及抗雪載性能，并且實現了能夠保證達到建筑基準法所定各基準值的1.5倍、1.2倍及1.2倍性能的設計方法。結果在2000年日本制定的《住宅品質確保促進法》性能評價制度評估中，抗震性能等結構強度、耐久性能、節(jié)能性能等所有項目上都獲得了最高等級。日本的城鎮(zhèn)，住宅密集，建筑物間隔狹窄，這樣各個建筑物都需要具有防耐火性能。為此，進行主體結構主要材料薄板輕鋼龍骨的火災模擬高溫失穩(wěn)實驗，明確了耐火特性，同時也明確了墻板、樓板、屋架的性能，并且實現了可保證60分鐘準耐火性能（可耐受60分鐘火熱的性能）的規(guī)格配置。已通過實驗證明，采用外保溫方式，將基礎到屋面的外側用足夠厚度的保溫材料嚴實地包裹起來，即使是冬季的早晨也會感覺溫暖，而且北側的儲物間也無需擔心結露。實際已證明還可比現在減少50%（東京地區(qū)可節(jié)能約40%）的采暖制冷能耗，實現了健康舒適的生活空間。在此基礎上，通過對鍍鋅鋼板和自攻螺絲結合部的復合循環(huán)實驗以及實際房屋中的腐蝕環(huán)境測定，證實了耐久性能，并且實現了可保證3代（約75年~90年）的耐久性能（性能評價制度的最高等級）規(guī)格配置。2001年11月，日本國土交通省制定了關于薄板輕鋼龍骨結構的技術標準通告第1641號，由此，包括薄板鋼骨建筑的薄板輕鋼龍骨結構建筑物作為一般工藝被“正式地”納入到建筑基準法體系當中，可適用范圍也隨之得到迅速擴大。以此為契機，6家鋼鐵制造商結束了共同研發(fā)，從2002年開始，依據通告內容，各公司面向超越KC型的極限而更加發(fā)展，分別致力于各自技術、工藝的開發(fā)。
日本積水化學工業(yè)株式會社設在崎玉縣的工廠擁有兩條每48分鐘即可制造出 1 幢住宅的生產線，運到現場后、進行裝配（圖3）。北京北新建材集團與日方合作開發(fā)輕鋼住宅體系，外墻板采用北新集團自產的15mm厚“金邦板”作為防護、裝飾面層。
3）澳大利亞的博思格輕鋼住宅技術：
澳大利亞的博思格從1970年開始用薄壁型鋼代替木結構建造住宅，到90年代就形成了“博思格建筑系統(tǒng)”。博思格的薄壁鋼是1到2毫米厚的高強鍍鋁鋅鋼板（屈服強度550MPa），外墻采用符合夾心墻：外側為增強纖維水泥板或加氣混泥土板（GRC或ALC）、內側采用石膏板或埃特板、中間采用玻璃棉纖維保溫，樓板采用定向刨花板(OSB板)，屋面采用彩瓦。還有鋼桁架體系、封檐體系、天溝和落水管體系等。其住宅建筑技術于2005年初引入中國，有建筑系統(tǒng)生成軟件完成構件和節(jié)點詳圖，可直接輸送到加工設備進行自動加工，所有節(jié)點用螺釘連接，沒有焊接。2005年9月在北京第五屆國際建筑鋼結構展覽會上，博思格展示了其輕鋼住宅建筑技術，并在上海建造了一幢連體別墅建筑，據說其所有的產品和材料都是在中國生產的。博思格鋼鐵公司在澳大利亞坎布拉港擁有年產510萬噸的鋼鐵生產基地，在新西蘭有62.5萬噸鋼鐵生產基地，在美國和亞太地區(qū)都有鋼鐵產品生產或加工廠。
4）歐洲的節(jié)能住宅建筑：
德國從2002年開始實行新的建筑節(jié)能規(guī)范（EnEV2002），其核心是從控制單項建筑維護結構（如外墻、外窗、屋頂）的最低保溫隔熱指標，轉化為對建筑物真正的能量消耗量的控制。具體管理是：建筑能耗定量化，即新建住宅必須出具能耗證書。就像汽車百公里油耗是多少一樣，這套房子每年的能耗是多少要定量化。建筑能耗計算書須提供給主管部門，并作為售房、出租過程的必要文件。這一規(guī)定對德國的住宅開發(fā)以及建筑材料市場產生了很大影響。
瑞典在面向可持續(xù)發(fā)展的住宅建筑技術開發(fā)過程中，并不追求特別先進的技術和產品，而是把重點放在對成熟、實用的住宅技術與產品的集成。例如在節(jié)能方面盡量應用可再生能源，包括風能、太陽能、地熱和生物能（垃圾處理余熱），而且也只是對這些當地已經廣泛應用的風能、太陽能、地熱和生物能等成熟的技術加以集成。
2、 我國的鋼結構住宅現狀
我國鋼結構住宅起步較晚，上世紀還處于限制建筑用鋼年代，到了本世紀初，鋼產量的增加，為了拉動內需，鼓勵建筑用鋼，制定了國家建筑鋼結構產業(yè)“十五”計劃和2015年發(fā)展規(guī)劃綱要，提出了鋼結構住宅的概念。原建設部科研立項支持研發(fā)鋼結構住宅技術，并頒發(fā)了《鋼結構住宅建筑產業(yè)化導則》，用以指導各地的鋼結構住宅研發(fā)。從此以后，陸續(xù)出現了以國產H型鋼結構體系的多層和高層鋼結構住宅（圖4），還有用國產H型鋼建造低層的鋼結構住宅，現澆鋼筋混凝土樓板，用砌塊填充墻體（圖6）或墻板（圖7）作為圍護體系，采用現行的鋼結構技術規(guī)范。也有引進國外C型鋼龍骨結構體系的低層鋼結構住宅（圖8），采用OSB板、石膏板、水泥板作為圍護體系（圖9）。
存在的主要問題是：
1）沒有形成產業(yè)鏈。“產、學、研”脫節(jié)，搞技術研究的與企業(yè)脫節(jié)，在市場中找不到工程實踐，拿著“金飯碗”討飯，使技術得不到市場檢驗和完善，沒有經濟效益搞不下去；搞生產和工程實踐的企業(yè)技術缺乏，人才缺乏，產品質量不高，有的甚至是粗制濫造，給鋼結構住宅建筑質量帶來了不良影響。根本原因是鋼結構住宅是新技術新材料新體系，企業(yè)力量單一且薄弱，社會上的設計、施工和監(jiān)理人員感到陌生。歷史表明，一種新的建筑體系的產生和完善是要經歷相當漫長的發(fā)展過程的。相信“規(guī)程”的頒布，會向好的方向發(fā)展。
2）產品（或部品）不配套。片面地理解鋼結構住宅就是鋼結構，忽視了住宅建筑功能和建筑產品，解決不好與鋼結構配套的、滿足住宅功能的、具有安全性耐久性和實用性的墻體材料、屋面材料和樓面材料及其應用技術，其結果還是搞不好。表現在房屋體系不健全或不配套，工程質量不合格。尤其是從國外引進的輕鋼龍骨體系，沒有設計依據，圍護板材質量差、制作安裝技術不過關，房屋工程質量存在諸多隱患。
3）我國經濟基礎薄弱，建筑行業(yè)勞動密集型的生產方式還未改變，工業(yè)化建筑材料品種少、科技含量不高，僅鋼結構能達到工業(yè)化生產、社會化供應，墻體建材幾乎空白，對具有產業(yè)化特點的鋼結構住宅建筑開發(fā)還有一個發(fā)展過程。
3、 我國的鋼結構住宅發(fā)展方向
首先，我們談談鋼結構住宅的意義，為什么要搞鋼結構住宅。簡單地說，這是住宅產業(yè)化或住宅工業(yè)的一種表現。住宅建設走工業(yè)化發(fā)展的道路是各國永恒追求的目標，也是我國現代化、工業(yè)化的組成部分。我國住宅建筑飛速發(fā)展，強勁地拉動了國民經濟的增長。但是，我國住宅建筑技術處于粗放型生產階段，勞動生產率僅為發(fā)達國家的四分之一；建筑材料仍以傳統(tǒng)的材料為主，新型墻體材料所占比例很低；住宅使用的多種設備、制品的模數協調體系尚未形成，各種產品的標準化、通用化水平差；建筑成本高、質量差、生產周期長、住宅能耗大、生態(tài)環(huán)境質量惡化。為加速住宅建設從粗放型向集約型轉變，國務院發(fā)布了《關于推進住宅產業(yè)現代化，提高住宅質量的若干意見》（國辦發(fā)[1999]72號），從指導思想、主要目標、產業(yè)框架體系、組織實施等方面逐一闡明，勾畫出實現住宅產業(yè)化系統(tǒng)工程遠大目標的工作思路和方法途徑。明確提出要開發(fā)和引進先進的住宅建筑體系和成套的工程技術，提高住宅建設的工業(yè)化水平和標準化水平、節(jié)能高效，全面提高住宅質量，從而以此形成產業(yè)鏈，帶動相關行業(yè)的發(fā)展，形成國民經濟可持續(xù)的增長點。為貫徹實施72號文件，建設部等四個部委局于1999年12月6日聯合發(fā)出了《關于在住宅建設中淘汰落后產品的通知》，其中實心粘土磚被列為禁用的產品之一，人們開始尋求新的建筑替代材料。我們知道，鋼結構完全能做到工廠化生產、社會化供應、現場裝配，且可回收再利用，我們要做的事是開發(fā)新型墻體材料。所謂新型墻體材料就是“不以消耗耕地、破壞生態(tài)和污染環(huán)境為代價，可廢舊利用，適應建筑部品工業(yè)化、施工機械化、減少施工現場濕作業(yè)、改善建筑功能等現代建筑業(yè)發(fā)展要求所生產的輕質砌塊或輕質復合板材”，要求它具有質量輕、強度高、保溫隔熱性能好，技術先進、經濟合理。近年來，我國各的政府都在因地制宜地推廣新型建筑材料。隨著建筑工業(yè)化的發(fā)展，發(fā)達國家早在四五十年代便開始了墻體建筑材料的轉變：即小塊墻材向大塊墻材轉變，塊體墻材向各種輕質板材和復合板材方向轉變。我國建筑輕板產品有纖維增強水泥空心條板(GRC)、陶粒及廢渣混凝土空心條板、石膏空心條板、加氣混凝土條板(ALC)等輕質條板，但產品質量參差不齊、執(zhí)行產品標準不統(tǒng)一，生產工藝和配套技術跟不上建設工程需求等問題，與鋼結構配套的建筑板材更是缺乏，制約了鋼結構住宅的發(fā)展。我國住宅建設量大且持續(xù)時間較長，建筑資源可持續(xù)發(fā)展是當今的重要課題，在積極開發(fā)新的建筑節(jié)能體系和新型墻體材料、積極探索工業(yè)化建筑道路的進程中，鋼結構住宅建筑體系被提出并成為住宅產業(yè)化道路的先驅。
開展鋼結構住宅的現實意義還在于我國積極鼓勵建筑用鋼、拉動內需的經濟政策，我國每年生產5億多噸鋼，大多數屬于建筑類鋼材，積極探索鋼結構在建筑領域的應用，也是我們長期追求的目標。促進住宅建筑用鋼，對建筑行業(yè)中新技術、新材料、新體系的開發(fā)及行業(yè)整體水平提高能起到重要推動作用，同時對冶金行業(yè)的發(fā)展也能起到促進作用。
現在，我們再來談談如何開展鋼結構住宅技術研發(fā)。
1）從開發(fā)建筑圍護材料入手，包括輕質墻板、輕質樓板和輕質屋面板，簡稱“三板”，這三塊板要因地制宜、經濟適用、耐久可靠。鋼結構只占鋼結構住宅的２０－３０％的造價，鋼結構住宅的關鍵技術是圍護體系，主要是墻體建材及其建筑技術，應注重與鋼結構“配套”成體系。研制單塊墻板材料容易滿足要求，但拼裝成墻體后的建筑功能滿足是關鍵。要求它質量輕、強度高、保溫隔熱性能好、安裝可靠、經久耐用、經濟合理，這是有一定難度的集“建材、生產、應用”于一體的綜合技術。另外，開發(fā)鋼結構住宅要以鋼結構為載體，應用節(jié)能、節(jié)電、節(jié)水新技術充實，建造節(jié)能環(huán)保住宅建筑，尤其是要應用新型節(jié)能墻體和屋面的保溫隔熱技術和產品、節(jié)能門窗的保溫隔熱和密閉技術、熱電暖聯產聯供技術、供熱采暖系統(tǒng)溫度調控和分戶計量技術、太陽能或地熱等可再生能源應用技術及設備。
2）走“開發(fā)、設計、施工”一體化道路，形成企業(yè)品牌。輕型鋼結構住宅是一種新的建筑體系，涉及的材料是新型建筑材料，設計方法是“建筑、結構、設備與施工和裝修一體化”的新方法，是一種專業(yè)性很強的綜合建筑體系，是房屋公司企業(yè)的專業(yè)技術和產品。我國十幾年來的鋼結構住宅工程實踐表明，采用“鋼框架結構體系、水泥基的輕質板材圍護體系”既符合我國居民消費習慣，也能與我國的現行標準規(guī)范保持一致，更易于產業(yè)化的實現，是具有中國特色的鋼結構結住宅體系。
為了貫徹執(zhí)行《輕型鋼結構住宅技術規(guī)程》（JGJ209），引導企業(yè)科學發(fā)展鋼結構住宅成套技術，規(guī)范我國鋼結構住宅建筑市場，確保鋼結構住宅工程質量，建議：
1）設立“輕型鋼結構住宅設計施工一體化”資質。輕型鋼結構住宅是在企業(yè)開發(fā)的專用體系基礎上，按本《規(guī)程》的規(guī)定進行具體工程的設計、施工和驗收，是一種新的建筑體系，涉及的材料是新型建筑材料，設計方法是“建筑、結構、設備與裝修一體化”，強調“配套”：材料要配套、技術要配套、設計要配套，遵照《規(guī)程》第4.1.2條的規(guī)定：輕型鋼結構住宅應按照建筑、結構、設備和裝修一體化設計原則，并應按配套的建筑體系和產品為基礎進行綜合設計。建議設立企業(yè)“一體化”資質有利于輕型鋼結構住宅的科學發(fā)展。
2）成立“鋼結構住宅企業(yè)聯盟”。把科研單位和企業(yè)都組織起來，“產、學、研”相結合，任務是牽線搭橋、信息共享、聯合攻關、共同發(fā)展。目標是：以鋼結構住宅為載體，開發(fā)新型節(jié)能墻體和環(huán)保低碳的建筑體系，推行住宅產業(yè)化，促進建筑行業(yè)技術革新。具體實施細則另議。
3）成立“鋼結構住宅技術專家組”。對鋼結構住宅工程進行技術把關，確保選材合理、設計和施工質量合格；對鋼結構住宅技術開發(fā)進行技術咨詢服務，指導企業(yè)的鋼結構住宅或產品“安全適用、經濟合理、技術選進、確保質量”；對企業(yè)申請“輕型鋼結構住宅設計施工一體化資質”進行評審，為政府有關部門提供參考意見。
我國建筑幕墻發(fā)展的又好又快，幕墻工程的設計施工都是幕墻企業(yè)而且基本上是民營企業(yè)“一體化”實施的，政府制定了幕墻標準規(guī)范和企業(yè)資質等級，企業(yè)發(fā)揮了各自的創(chuàng)新能力，把石材掛到了幾百米高的建筑外墻上，經受住了時間、地震和強臺風的考驗，它們的成功做法是可以借鑒的。
4 結束語
開展鋼結構住宅技術開發(fā)，將促進我國住宅建筑材料創(chuàng)新和建筑技術科技含量以及建筑方式的轉變，盡管它在市場中占有量少，但標志著國家建筑科學技術的進步，標志著建筑從工地走向工廠，是我國實現工業(yè)化乃至現代化的組成部分。在鋼結構住宅起步階段，行業(yè)協會應給予企業(yè)支持和幫助，使輕型鋼結構住宅技術健康發(fā)展。