冷轧轻钢骨架建筑的前世今生(一)
一、冷轧轻钢骨架建筑的起源
早在1928年,在纽约就已经建造了冷轧轻钢骨架住宅。在第二次世界大战之后,凭借战争成果,有了丰富的钢材,很多钢材公司都指望把住宅建筑当作利用制造能力获利的手段。
在1930年的时候,有很多公司都开发出了新的焊接技术,首先开始的就是建造冷轧轻钢骨架住宅,努力为这些新技术创造巨大的新市场。
1932年芝加哥世界展览会就已经展示了冷轧轻钢骨架住宅。
在1940年末,1950年初,许多公司就开始用冷轧轻钢建造住宅。这些公司中做著名的就是Lustron住宅公司了。他们在靠近美国钢材生产中心的俄亥俄州和宾夕法尼亚州建造了100套,或许是1000套住宅。
1946年,康奈尔大学的乔治·温特尔博士首次为冷轧钢材制定了规范。
二战后,镀锌钢板问世。
Lustron住宅公司和其它的公司发现无法和低成本的木材竞争。他们也遇到了热力和生锈问题。从当时的(技术和成本)情况来看,这些住宅可能都没有使用镀锌材料。
到了1950年后期,轻规格钢材骨架在美国高层建筑里变得很普通。早在1970年,期待优质住宅的高端住宅买家就已经开始在他们的建筑中使用轻规格钢材替代木材。
在1980年,轻规格钢材定制住宅市场开始兴旺起来,并且许多公司都活跃起来,例如亚特兰大的Advanced Framing公司、德克萨斯州的Tri-Steel公司和洛杉矶的California Homes都开始供货(图1)。
图1
第二次世界大战结束后,大量美国军人从世界各地回到美国,没有工作,没有住房。
美国战后为了解决二战士兵的住房问题,全国上下一致推进住宅产业化。
这可能是世界建筑史上第一次“供给侧改革”成功案例。为了打赢第二次世界大战,美国人在战争期间建造来了大量钢铁厂。战争一结束,这些钢厂的产品就积压、库存,找不到销路。
美国钢铁行业没有“坐、等、靠”,而是通过“供给侧改革”,研发适销对路的新产品——冷轧轻钢骨架住宅。
70年前,没有镀铝锌卷板,没有OSB,没有保温棉、没有石膏板,没有自攻自钻螺丝,没有电动(或气动)工具,,但整个轻钢(冷轧钢)房屋结构体系已基本定型,并延续至今,发扬光大。
2008年,国际钢结构协会预计未来30年,中国、印度、南非这几个“金砖”大国会出现严重的住房危急。因此希望中国钢结构协会勇挑重担,担负起研发适销对路的钢结构住宅体系重任。
但是8年过去了,中国钢铁业虽然作出了很大努力,但成效不大。没有为世界建筑市场提供适销对路的钢结构住宅体系。
8年来,中央政府提供的四万亿刺激投资基本都浇筑进了钢筋混凝土中。
如今只能再次依靠中央政府来解决钢铁行业产能过剩问题了。在钢铁行业无法提供有效供给的情况下,唯一的办法就是关、停、并、转钢铁厂。
二战老兵回家的温馨画面。
70多年前的冷轧轻钢墙柱和楼面梁。
70多年前美国也没有自攻螺钉。
70多年前用普通螺钉来装配冷轧轻钢构件。
70多年前美国简陋的冷轧轻钢轧制设备。
大约30多年前,中国深圳蛇口码头从美国进口了一批废旧钢材(设备),绍兴精工集团就是从这些废旧钢材中找到来了商机,研发出中国第一台用于冷轧轻钢建筑的龙骨机。
70多年前的没有也没有镀锌卷板,只能采取喷涂的方式来防锈。
打地摊作业,组装冷轧轻钢骨架建筑一直延续至今。
70多年前吊装屋顶桁架,与今天的施工并无两样。
在冷轧轻钢骨架上挂网抹灰的技术太古老了,一直到今天还在使用。
但是,70年前,美国在冷轧轻钢建筑上使用的喷浆技术至今还没有进入中国建筑市场。
70多年前,美国建成的冷轧轻钢骨架住宅现在看起来还是那么新潮。
多么温馨的家居状态,完全没有战争的阴影。
战后的生活多么美好。
在1980年后期,由于伐木工业首先结束了采伐原始森林,建造商开始全面经历木材产品的质量下降。木材产业开始用工程木材产品应对昂贵的实心的锯木木材。
生产建造商开始寻找可以替代的产品。在1991年末和1992初,在4个月里木材的价格增加了80%,并且许多的建造商立即开始使用轻规格钢材,迫使转包商在全然不了解轻规格钢材之前就开始使用轻规格钢材。
这个突然的变化对于轻规格钢材既有好的一面,也有坏的一面。好消息是许多人开始认识轻规格钢材,坏消息是许多分包商还没有摆脱过去失败的阴影,还未准备好购买并与轻规格钢材打交道。
即使你可能听到过和轻规格钢材打交道是多么困难的故事,但好的消息也不绝于耳,在1990年初,钢材、工具和紧固件制造商就开始关注轻规格钢材了。在过去的十多年里,由于产业自身的发展,和轻规格钢材打交道已经变得200%容易。
退回到1994年,当木材销售价格是178美元/m3时,用轻规格钢材生产骨架项目就可以和木材竞争了。今天当木材销售价格是148美元/m3时,就必须要激烈竞争了。
在1992年初,木材销售价格是212美元/m3。今天的木材销售价格大概是121美元/m3。带有许多重复设计的汽车旅馆和疗养院可以和木材竞争,如今采用轻规格钢材刚好和低成本木材处于平手。
钢材骨架从来就没有过像20世纪90年代那样的大范围的用在住宅建筑上。在20世纪90年代初期,美国大约有55000套住宅是采用镀锌钢材建造的。
1996年,由美国钢铁协会(AISI)开发,由美国钢铁协会住宅咨询组的说明性方法小组委员会领导。由美国钢铁协会(AISI)、美国住宅和城市发展部(HUD)和美国全国住宅建造商协会(NAHB)提供资助,由美国全国住宅建造商协会研究中心(NAHBRC)执行,历时4年,完成了《住宅冷轧钢骨架说明性方法96版》。这项研究和开发程序得到了指导、咨询和工程委员会的帮助和指导。这些委员会分别代表钢材制造商、钢材生产商、规范官员、学术团体、研究人员、专业工程师和有冷轧钢骨架经验的建造商的利益。
紧接着于1997年又推出了《住宅冷轧钢骨架说明性方法97版》。
二、冷轧轻钢骨架建筑在中国
1997年(图2),中国深圳从美国引进了的冷轧钢材骨架住宅。
图2
2000年左右,加拿大BPA集团采用冷轧轻钢骨架在中国大连建造了120栋联排别墅(图3~11)。
图3
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从当时的情况来看,如果没有外籍专家指导,还真没有办法完成冷轧轻钢骨架建筑的设计、制造和安装。
图·8
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图11
在1998年,美国钢铁协会(AISI)的成员公司成立了住宅钢材合作企业(RSP)。这个组织的使命是创造一个能够和鼓励在住宅建筑里应用、节约和普遍使用钢材的环境。住宅钢材合作企业(RSP)的活动将包括创造标准、培训骨架施工人员和其它的商业伙伴、定义有效的分销渠道和在新住宅买家市场里促进消费钢材骨架。
2000年,在早先的二个版本(即96版和97版)基础上,根据《冷轧钢材结构构件设计规范》(AISI,1986),由Nader R. Elhajj专业工程师和Kevin Bielat为北美钢材骨架联盟(NASFA)开发出了《住宅冷轧钢材骨架说明性方法2000版》。
到2000年左右,美国就激增到325000套镀锌钢材新住宅。
2001年,根据美国钢铁协会《冷轧钢材结构构件设计规范》(AISI,1999),编著推出了《住宅冷轧钢骨架说明性方法2001版》。
三、我在中国冷轧轻钢骨架建筑中的位置
2002年,笔者根据美国钢铁协会《冷轧钢材结构构件设计规范》(AISI,1986)编著了《低层轻钢骨架住宅设计——工程计算》一书、并在此书的理论基础上编著了《低层轻钢骨架住宅设计、制造与装配》和《轻(钢或木)骨架住宅》这二本书,这二本书详细介绍了2000年颁布的《住宅冷轧钢骨架说明性方法》
2004年,又根据美国钢铁协会《冷轧钢材结构构件设计规范》(AISI,1999),编著推出了2001年颁布,2004年勘误的《冷轧钢骨架标准——一和二个家庭住所说明性方法》。
笔者还将根据美国钢铁协会《冷轧钢材结构构件设计规范》(AISI,1999),编著《钢结构计算》和《钢结构住宅选型设计》这二本书。
当前是什么力量在驱使着住宅建筑里大量使用钢材骨架?大部分都归结于木材市场上的二个变化对它的它的影响。首先,木材价格正在上升,并且非常的不稳定。第二,木材质量下降,因为木材公司只有较小的树木可砍伐(大部分老树都已经砍伐光,并且在公众土地上的树木受到了保护)。
钢材作为建筑材料,提供了极其稳定的价格,也提供了出众的性能特性。钢材的尺寸稳定,质量始终如一。钢材不会腐烂、翘曲、劈开、破裂或蠕动。白蚁不会吃它,并且不会燃烧。所有这些优点,加上木材的难题长期存在,所以世界各国的钢材产业和建筑产业都在加紧参与这个新市场。澳大利亚、新西兰、美国、加拿大、日本和欧洲,都在加紧推广冷轧钢材骨架住宅。最近几年来,冷轧钢材骨架住宅的新技术、新材料、新工艺和新体系正在不断的推陈出新,日新月异,让人有点目不暇接。
关于冷轧钢材骨架技术的详细资料,笔者出版了一系列(共8本)的书籍介绍。