装配式|现代建筑方法及趋势（六）

十、墙体改革的发展趋势

（一）历史包袱

距今6000多年前，黄河（仰韶文化）和长江流域（良诸文化）都进入了繁荣的原始农业时期，华夏民族的先祖们开始从旧石器时代的鱼猎、采集、逐水草而居的游牧生活，转向了以农耕为主的定居生活，开创了“梁柱式”建筑的“榫卯结构”，下图是在浙江余姚河姆渡新石器文化遗址中发掘出来的公元前5000～公元前3300年的木构榫卯。

由于“梁柱式建筑”在中国有着如此悠久的历史，所以在中文里，很多建筑词汇都反映了材料特性，例如“墙”和“砖”都是“土”建造的；“柱子”和“梁”都是“木材”建造的。这也是“秦砖汉瓦”建筑结构体系经久不衰的主要原因之一。

在英文里，很多建筑词汇都反映了它的用途、使用场合和力学特性。甚至还带有三维的方向特性。所以西方建筑的建筑材料就一直是在不断的变化之中。

（二）中国墙体改革的现有路径

中国的墙体改革路径基本是沿着下面这条路径在前行：

红砖——各种砌块——各种预制条板

美国只有超级富豪才能在建筑外墙上使用红砖来装饰。

一般的美国家庭如果能弄几块红砖装饰一下客厅、餐厅和书房，就显得很有档次了。

发达国家60多年前就基本杜绝了挖土烧砖这一严重破坏生态环境的建筑材料。

烧制红砖大量毁坏耕地，砖厂周围几乎都是大坑、人造沙漠。

此外，烧制红砖还耗费大量能源，造成环境污染。

虽然国家出于环保节能的角度，不提倡甚至在部分地区禁用了红砖。

从2005年开始，国家有关部门就发出《关于进一步推进墙体材料革新和推广节能建筑的通知》，提出了进一步推进墙体材料革新和推广节能建筑的工作目标和具体措施。

通知提出：到2010年底，所有城市都要禁止使用实心粘土砖，全国实心粘土砖年产量要控制在4000亿块以下，但任务相当艰巨。

但因为红砖是典型的高能耗、高污染、低技术、“高利润”产品，所以才会屡禁不止。

中国的红砖“富裕”的可以用来建造猪圈。

由于没有合适的建筑外围护墙体，中国的钢结构建筑只能用砌块作为维护墙体。这是与预制装配式建筑技术背道而驰的。

1953年，美国铝业公司开发出铝制幕墙系统，并首次应用于位于匹兹堡的美国铝公司大厦。

至此，在高层建筑外围护结构中幕墙（铝制品、玻璃，以及各种新型幕墙系统）正式替代砌块。

从严格意义上来讲，钢结构框架（包括混凝土预制框架）+砌块围护墙建筑与预制装配式建筑根本就挨不着边。

我经常和一些钢结构专家开玩笑说：钢结构就像汽车“底盘”，汽车“底盘”只能卖给汽车整车厂，普通消费者是不会买汽车“底盘”的。

同样，建筑“结构”只能卖给房地产商，普通消费者是不会买建筑“结构”的。

由于国内大部分（甚至是全部）钢结构建筑领域教学、研究、制造、施工企事业单位和个人，都把主要精力放在了“钢结构”上，而忽略了钢结构建筑最关键的要素——建筑围合。

由于钢结构企业只能提供“钢结构”，而无法提供“建筑围合”，因而他们就只能用各种“砌块”来糊弄政府和消费者，釆用“手工”方式来砌筑钢结构外围护墙。并声称这样的建筑为预制装配式建筑。

“手工”砌筑外围护墙的钢结构建筑与预制装配式建筑根本就挨不着边。

自从1953年，发明了铝制幕墙，高层建筑的外围护结构就已经用“幕墙”替代了“砌块。

十多年来，国内钢结构建筑领域教学，研究、制造、施工企事业单位和个人还是给“自己”选定了二个科研项目：

第一，减少用钢量；

第二，让室内看不见“梁柱”。

大约花了十年时间，钢结构行业基本攻克了这二个科研项目，“发明”了很多新颖的建筑结构体系。但这些新颖的建筑结构体系的基本力学模型没有大的改变，仍然和100多年前的钢结构建筑一样（甚至和5000多年前中国古人发明的梁柱式建筑结构），仍然是二根柱子支着一根梁。

十多年来，钢结构行业投入了大量的人、财、物和时间成本投入，期望通过节省钢材来降低成本。但是，在钢材价格低于“白菜价”的今天，十多年的努力基本“付诸东流”，并没有获得应有的投资回报。

另外，让室内看不见“梁柱”的想法也很奇怪，混凝土梁柱要比钢结构梁柱大多了，但他们却从来没有觉得是问题，应该问问他们是如何解决这个问题的。

采用轻质条板作为内隔墙，基本还能说得过去。

由于没有合适的建筑外围护墙体，中国的钢结构建筑有时也用轻质条板作为维护墙体。这不是严格意义上的预制装配式建筑。

这是目前中国建筑的现状，采用轻质条板建造钢结构建筑已经成为钢结构建筑的最高层次了。

日本早就开始制造ALC装饰大板，很少用普通ALC条板做外墙。

新加坡不允许ALC做外墙（主要是指“ALC条板”）。

（三）发达国家的墙体改革路径

发达国家根本就不存在墙体改革这一说法。至少200多年前，北美大陆就很少见到红砖作为维护墙和内隔墙的建筑物了。 大约150多年前，北美大陆就发明轻（木或钢）骨架建筑体系。

大约80多年前，发达国家就少烧，甚至禁止烧制红砖。

预制装配式建筑的最小板材模数是1200MM*2400MM大幅面板材。

为了提高生产效率，减少施工现场作业量，目前发达国家的建筑板材正向着整面墙的幅面发展。

轻骨架建筑最大优势就是安全、抗震！

红砖房或砌块房（不论是低层、多层和高层建筑）最大隐患就是不抗震！

（四）中国三年时间用掉美国一百年间使用的水泥

中国在2011年-2013年期间用掉的水泥，比美国在整个20世纪用掉的还要多。

微软创始人比尔·盖茨(Bill Gates)在博客中发布了关于中美水泥用量的对比图表，他称，这些数据让人惊讶。中国在 2011年-2013年期间用掉的水泥，比美国在整个20世纪用掉的还要多。2011年至2013年中国水泥用量达66亿吨，美国1901年至2000年水泥用量才45亿吨。

尽管中国的人口是美国的四倍多，经济增速也较高，但美国在整个20世纪都处于扩张的全盛期，绝大多数公路、桥梁和摩天大楼都是在当时修建的。中美国土面积差不多大，分别为全球第三和第四位。

盖茨的统计数据来自历史学家VaclavSmil，后者将水泥称为“装配式建筑文明社会中最重要的材料”。Vaclav Smil的资料来源于美国地质调查局。

尽管中国的人口是美国的四倍多，经济增速也较高，但美国在整个20世纪都处于扩张的全盛期，绝大多数公路、桥梁和摩天大楼都是在当时修建的。中美国土面积差不多大，分别为全球第三和第四位。

盖茨的统计数据来自历史学家VaclavSmil，后者将水泥称为“文明社会中最重要的材料”。Vaclav Smil的资料来源于美国地质调查局。

下图是美国20世纪的水泥消费量，数据由美国地质调查局提供：

在上图中，我们可以清晰地看到，在大萧条时期、二战和80年代早期的经济衰退时期，美国的水泥消费量出现明显下降。在20世纪的100年间，全美水泥消费量总共为44亿吨。 相比之下，依照伦敦《国际水泥评论》杂志的数据，中国在2011到2013年的短短三年间，就消耗了大约64亿吨的水泥。

造成这种情况的主要原因是

美国在整个20世纪新建建筑不是钢结构建筑，就是木结构建筑，很少见到混凝土建筑！

中国在2011年-2013年期间新建建筑几乎全部都是混凝土建筑！

（五）中国建筑界迎来了三个史无前例的“第一次”

目前，绿色装配式建筑及钢结构建筑正迎来前所未有的黄金发展期，并在中央政策层面出现了史无前例的三个“第一次”：

■第一次在国务院常务会议层面提出要发展绿色建材和钢结构建筑；

2015年11月4日，国务院总理李克强主持召开国务院常务会议，部署贯彻党的十八届五中全会精神，提出要结合棚改和抗震安居工程等，开展钢结构建筑试点。扩大绿色建材等使用。

■第一次在中共中央层面提出要发展绿色装配式建筑和钢结构建筑。

2016年2月6日，《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》提出：发展新型建造方式。大力推广装配式建筑，减少建筑垃圾和扬尘污染，缩短建造工期，提升工程质量。制定装配式建筑设计、施工和验收规范。完善部品部件标准，实现建筑部品部件工厂化生产。鼓励建筑企业装配式施工，现场装配。建设国家级装配式建筑生产基地。加大政策支持力度，力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%。积极稳妥推广钢结构建筑。在具备条件的地方，倡导发展现代木结构建筑。

■第一次在政府工作报告中提出要发展绿色装配式建筑

2016年3月5日，李克强总理在全国两会上做的政府工作报告中明确提出：要推进绿色建筑和装配式建筑的发展。

我在很多场合说过，发展钢结构建筑，光靠技术专家是不行的，一定要政治家出手才能最终解决问题。这次果然政治家出手了，而且是密集的同时出手。n

从正面来看，这是党中央、国务院、全国人大对建设行业的关心；n从反面来看，一定是建设行业自身出现了重大问题，而且是出现了建设行业自身已经无法解决的重大问题。

建筑行业出现的重大问题就是目前中国的建筑材料、建筑结构、建造方式过于单一，钢筋混凝土建筑一统天下。

过去20多年来建设行业也确实在进行自救，希望能够依靠行业自身力量来解决混凝土建筑一统天下这个问题，但收效甚微。

没有办法，党中央、国务院、全国人大不得不出手来帮助建设行业来解决混凝土建筑一统天下的问题。

那么，混凝土建筑一统天下有问题吗？肯定有。我已经在前面回答过这个问题，我就不重复了。那么从反面来看，为什么发明混凝土建筑的发达国家没有出现混凝土建筑一统天下的局面？因为混凝土现浇建筑一统天下会对环境、资源造成重大破坏。目前除了中国大陆，全球很少有混凝土建筑一统天下的地方。

（六）多高层钢结构建筑起源

19世纪上半叶，英格兰和美国出现了产业化建筑物；在美国苏必利尔地区发现铁矿后，使得美国在钢材产品上成为世界领袖。

公元1883年，美国发明家和建筑师，詹尼，威廉·勒巴隆（William LeBaron Jenney）在芝加哥设计了家庭保险公司大厦（图1）。该大厦是用铸铁和钢材建造的框架结构，它首次采用框架代替承重墙，因而被认为是一次革命，开创了现代高层建筑的历史，是里程碑式的建筑物。

（七）高层钢结构建筑技术现状

高层商业楼宇钢结构技术体系是成熟的，从美国芝加哥高层钢结构建筑群算起，已经有100多年历史积淀。

但是，这些钢结构建筑都是建造在寸土寸金的商业中心，和土地成本相比，建造成本只占很少一块。

最关键的是在城市中心搞商业建筑，当然是希望越快愈好，所以预制钢结构建筑是首选。

但是，如果在城市4~5环之外建造高层住宅楼，价廉物美就成为首要任务了。

100多年来，高层钢结构建筑体系没有太大的技术进步，仍然继承了1883年，美国发明家和建筑师，詹尼，威廉·勒巴隆在设计芝加哥家庭保险公司大厦所采用的框架结构。

目前全世界都缺少物廉价美的，适合高层住宅使用的预制装配式外墙。

（八）欧美预制装配式外墙n 美国预制装配式外墙技术

在工厂车间内部完成外墙装饰面。

在施工现场安装发泡混凝土外墙板。

在施工现场安装抗裂网，抹防水腻子。

在施工现场起吊安装了发泡混凝土外墙板和防水腻子的外墙组件。

在施工现场做外墙装修。

完成施工的外墙装修。

■英国预制装配式外墙技术

在工厂车间内部完成外墙装饰面，现场吊装。

■美国国预制装配式外墙技术

在工厂车间内部完成外墙装饰面，现场吊装。

（九）日本预制装配式外墙

日本从上个世纪60~70年代就开始研发预制装配式建筑外墙体系，目前有几十家企业可以提供各种不同类型的预制装配式建筑外墙产品。

日本ALC预制墙板做到了大幅面、浅浮雕造型、装饰色彩，是真正意义上的预制装配式建筑外墙产品。

（十）国内现有钢结构住宅墙板分类

(十一) 国外高层钢结构住宅外墙体系

国际上需求高层住宅的国家和地区有：

■传统计划经济国家：前苏联、中国、北朝鲜；

■城市型国家和地区：新加坡、中国香港；

■超大型城市中心区：美国纽约曼哈顿，日本东京银座。

需求产生市场，市场催生技术（积淀）。

由于发达国家没有高层住宅需求，因而就没有产生出高层住宅市场，当然也就催生（或积淀）不了高层住宅技术。

因此我们在发展高层住宅时，就会面临没有可供借鉴的成熟的高层住宅外墙体系的问题。

（十二）国内预制装配式住宅发展现状

1、高层预制钢结构住宅技术难点

国内大部分建筑官员、企业家、学者、研究人员、技术人员、设计人员，在研发高层钢结构住宅预制建筑时，都把主要精力放在了建筑结构上。

实际上，高层商业楼宇钢结构技术体系是成熟的，从美国芝加哥高层钢结构建筑群算起，已经有100多年历史积淀。

普通高层钢结构住宅可以借用高层商业楼宇钢结构技术体系。

目前国内各个企业研发的高层钢结构住宅体系目的都在于降低用钢量，在钢材价格低于“白菜价”的今天，从经济角度考虑，这些研究确实没有带来太大的实际意义。

我们不可能把高层商业楼宇的玻璃幕墙或铝幕墙用于普通住宅上。

影响高层钢结构住宅推广和发展的真正技术难度并不在于钢结构本身，而在于能否研发出一套“物廉价美”的，适合高层钢结构住宅应用的建筑外墙体系。

由于国外没有高层住宅需求和市场，所以国外也没有人去研发高层钢结构住宅预制外墙技术体系。

国内高层预制装配式住宅推广起来举步艰难，其主要原因就是没有成熟的预制装配式外墙技术。

（十三）国内钢结构住宅研发出现了方向性错误 由于国内搞钢结构住宅研究和开发的企事业单位和个人都把大部分精力和资源放在了建筑钢结构本身上，没有把有限的精力和资源放在开发适合钢结构住宅使用的建筑围护体系上，因此国内目前开发和实施的钢结构住宅体系主要还是采用混凝土砌块或混凝土板材作为建筑围护材料，建筑围护作业大多数还是需要在现场进行“手工”湿作业。因而还不能正真称之为“预制建筑”。这也是钢结构住宅推广举步艰难的重要原因之一。

（十四）多高层住宅预制外墙技术现状

1、国内预制装配式住宅相关标准

从上表也可以清晰的看出来，中国高层钢结构住宅预制外墙技术储备几乎为“零”。

①工程标准有：

■《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001；

■《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003；

■《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ139-2001;

②协会标准有：

■《装配式玻纤增强无机材料复合保温墙板应用技术规程》CECS 396:2015是卓达新材集团参与并主持编制的；

■《现浇泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙体应用技术规程》CECS 406：2015是杭萧钢构参与并主持编制的。

■《铝塑复合板幕墙工程施工即验收规程》CECS231:2007;

■《合成树脂幕墙装饰工程施工即验收规程》 CECS157： 2004;

其中玻纤增强复合板指的就是卓达集团参与编制的《装配式玻纤增强无机材料复合保温墙板应用技术规程》CECS 396:2015。

目前卓达集团多层住宅外墙板采用轻钢龙骨复合墙体，执行标准为《轻型钢结构住宅技术规程》JGJ209-2010。

目前卓达集团高层钢结构住宅外墙板采用ALC板。执行标准为《增压加气混凝土建筑应用技术规程》JGJ/T17-2008。

（十五）国内现有钢结构住宅墙板面临的困境

1、建筑保温材料

市场上的保温材料如图10所示。其中：

■玻璃纤维棉和岩棉属于柔性有机保温材料，主要用于轻钢、轻木建筑墙体屋顶、楼层保温；

■模塑聚笨乙烯泡沫（EPS）、挤塑聚笨乙烯泡沫（XPS）、聚氨甲基酸脂（PU）属于刚性有机保温材料，主要用于SIP，即《装配式玻纤增强无机材料复合保温墙板应用技术规程》CECS 396:2015所说的“三明治”墙板使用。

■发泡水泥、发泡陶瓷属于刚性无机保温材料，一般直接用作外墙体，或外墙外保温。

2、防火规范的约束

自从2015年5月，《建筑防火技术规范》GB50016-2015发布实施后，基本就把有机保温材料（EPS、XPS、PU等）判了“死刑”。

例如：第6.7.3规定：建筑外墙采用保温材料与二侧墙体构成无空腔复合保温结构体时，该结构体的耐火极限应符合本规范的有关规定；当保温材料的燃烧性能为B1、B2级时，保温材料的二侧墙体应采用不燃材料且厚度均不应小于50mm。

也就是说，采用EPS、XPS、PU等刚性有机保温材料的SIP （或“三明治”）墙板，就无法使用了。

（十六）多高层住宅预制外墙技术现状

由于多高层建筑防火要求极高，所以使用模塑聚笨乙烯泡沫（EPS）、挤塑聚笨乙烯泡沫（XPS）、聚氨甲基酸脂（PU）等刚性有机保温材料（B1级）的SIP（或“三明治”）墙板被判了“死刑”。

现在国内多高层建筑可以使用的预制外墙就只剩下：nALC板（加气混凝土板）；n陶粒混凝土夹芯板（基本很少见到了 ）。

1、可以使用的外墙板

a)ALC板（加气混凝土板）

ALC板（加气混凝土板）是一个成熟又陈旧的技术。

ALC板目前是国内钢结构住宅预制板材市场中占有率最高的一种。

ALC板大受欢迎的理由是干法施工（不需要模板工、钢筋工、抹灰工），在成本上变成了钢筋混凝土的有力竞争对手。

不过，ALC板建筑也有缺点，即：

■ALC板不防水，所以，当装饰面材料的防水性能不高时，就会漏水；

■ALC板之间的接缝采用湿法施工时，地震时会开裂，也会漏水；

■ALC板面上贴瓷砖时，经常有剥落的情况发生。

ALC板的安装方式如下图。

国内采用的是“钩头螺栓法”安装方式。

在国际上，ALC板广受开裂、漏水、装饰层脱落的困扰。目前正在向着大块、浅浮雕，整体式外墙板方向发展。

在国内，采用ALC板的钢结构建筑几乎都受到了开裂、漏水、装饰层脱落的困扰。

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