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北新多層輕鋼結構住宅課題研究總報告

作者：建筑鋼結構網    
時間：2011-02-16 15:16:45 [收藏]
內容提要：本報告以國家住宅產業化基地之一的北新建材擬引進國外多層輕鋼結構住宅體系技術為研究對象，通過組織專家團隊進行調研、考察、分析、研討，從技術、經濟...
    關鍵詞：
        內容提要：本報告以國家住宅產業化基地之一的北新建材擬引進國外多層輕鋼結構住宅體系技術為研究對象，通過組織專家團隊進行調研、考察、分析、研討，從技術、經濟、市場等不同層面探討了擬引進技術的可行性，并給出具體的供參考建議。

        關鍵詞：住宅產業化，冷成型鋼結構、冷彎薄壁型鋼結構，薄板鋼骨結構，新日鐵、多層住宅，結構、防火、熱工、建筑配套、CFSF

        所在行業：制造/建材/建筑/房地產

        一、課題研究說明

        1、課題背景

        北新是建設部最早建立的國家住宅產業化基地之一，基地的建立是立足于從新日本制鐵株式會社(下簡稱新日鐵)引進并自主國產化的薄板鋼骨建筑(三層以下)體系核心技術以及十大住宅部品系列的配套。近年來受國家宏觀調控影響，三層以下別墅、獨立式住宅以及低密度聯排住宅市場極大萎縮，北新面臨著尋求并開拓新市場的嚴峻局面。2006年北新高層在與其合資方新日鐵接洽后，開始關注新日鐵在多層薄板鋼骨方面的技術，同時力圖在原有三層以下產品的基礎上升級到多層建筑領域，以應對國內市場及政策方面的變化。2006年底，北新基地正式請求建設部住宅產業化促進中心對是否引進多層住宅技術給與指導和支持。作為建設部國家住宅產業化基地的歸口管理單位，住宅中心迅速組建了涉及各專業的專家團隊，著重從技術、經濟等方面對北新擬引進的技術進行分析研究。

        2、研究范圍與目標

        輕鋼結構是鋼結構的一個重要分支。以鋼材的輕重來區分，有輕鋼與重鋼兩類。輕鋼是對所有輕質鋼材的通稱，是一個更為市場化的名稱；研究輕鋼結構住宅從住宅產業化鏈條的角度看，北美的定義更值得借鑒：北美從型鋼制作工藝上的差異定義不同類型型鋼，總體上分為“冷鋼”和“熱鋼”，即冷成型和熱成型兩大類。這種定義方式之所以對產業化重要是因為：成型工藝的不同決定了產業鏈條上的各關鍵階段方式的不同。如，型鋼的生產，組裝，結構和體系的設計，安裝和施工等幾乎所有這條產業鏈上的環節都因為型鋼的制作工藝有冷與熱之分而表現出完全不同的狀態。在專業領域北美稱“冷鋼”為：CFS(COLD-FORMEDSTEEL)。在我國學術界稱之為“冷彎薄壁型鋼”，(國家標準也是以“冷彎薄壁型鋼”命名)，南京工業大學董軍博士將CFS直譯為“冷成型鋼”，盡管在學術領域這些名稱還存在爭議，但是概念卻是更清晰了。似乎“冷成型鋼”更利于我們對這一產業的理解，即在常溫下將鋼片、鋼帶、鋼板、或扁鋼條冷成型形成各種鋼構件，這種冷成型工藝包括輥式冷成型機組生產、壓力機模壓成型或者彎板機彎曲成型，甚至冷拔成型。由于產量、規格、品種少，我國甚至將某些熱彎型鋼(如采用高頻電流局部加熱成型和用紅外線預熱成型的型鋼)也歸入到冷彎型鋼范疇。

        北新基地的原有三層以下核心技術，正是采用的0.4mm~3.0mm之間的鍍鋅薄鋼板冷成型為各種建筑構件，與結構板材共同組裝成為建筑主體的技術。正因為如此，本課題研究的主要對象還是有別于國內通常所指的“輕鋼結構”，“冷彎薄壁型鋼結構”，準確地說，應該是“冷成型鋼結構”(COLD-FORMEDSTEELFRAMING以下簡稱CFSF)中的板式體系，是通過輥式冷成型機組生產型鋼，采用自攻螺栓、拉鉚等(無焊接)冷連接方式與結構板材共同組裝成結構構件的薄壁(0.4mm~3.0mm)冷鋼技術。研究范圍是多層住宅。(按照《民用建筑設計通則GB50352-2005》中3.1.2條的規定，住宅建筑4~6層為多層住宅)

        研究的主要目標是：1、分析評價擬引進的日本多層技術的水平；2、該技術進入中國有何障礙；3、如何應對的建議。

        3、研究方式與進展

        課題研究主要依靠建設部住宅產業化中心的專家平臺，采取調研與研討相結合并最終形成專業報告的方式進行。

        根據北新基地的現實情況，住宅中心有針對性的組織成立了由結構、防火、熱工、建筑、設備等各專業方面權威專家組成的專家組，考察了日本新日鐵的多層冷鋼技術，并按專業形成各專業小組，分別從結構、防火、熱工、建筑配套等各方面對日本技術進行評價，其間還重點調研考察了國內外相似類型的企業以及實施的示范項目，如美國的華星頓，中國的萊鋼，萬科等。在住宅中心的組織下，課題組還定期派專人檢查各專業小組的進展情況，及時溝通聯絡，做到信息共享，提高工作效率。根據課題實施計劃，集中召開了三次專家研討會議，截至2007年2月13日，先后收到已完成的各分組報告有結構、防火、熱工等若干篇。

        二、CFSF技術國內外發展概況

        自1838年起，在俄、美、英等國先后采用壓力機或冷拔機生產單件冷彎型鋼；1910年，美國首創輥式冷成型工藝，建設了第一套輥式冷成型機組，開始了批量生產冷彎型鋼，其后，英、德、法、捷等國相繼建成了專業化生產的冷成型機組，冷彎型鋼的生產和應用進入到一個新的階段。冷彎型鋼技術的研究自1939年起在美國康奈爾大學和其他大學陸續展開，康乃爾大學成為世界冷彎型鋼結構技術的中心，該校的喬治.溫特教授是冷成型鋼結構性能研究的鼻祖。隨著理論的不斷發展，從1940年起，冷彎型鋼開始廣泛應用于建筑領域，冷彎型鋼結構CFSF就是其中的最主要應用。直到今天CFSF技術已經被廣泛的應用在低層以及多層建筑中，尤其是在北美、日本、澳洲、歐洲等發達國家和地區，以環保節能、經濟性良好見長的CFSF技術有逐步取代木結構房屋的趨勢。

        1、CFSF技術國外發展的歷史與現狀

        A、技術層面

        ·北美

        北美是冷成型鋼結構技術研究的發源地，無論是理論研究還是市場應用方面始終處于領先地位。

        1939年康乃爾大學在喬治.溫特教授領導下開始對CFSF技術的研究。研究工作得到了美國鋼鐵協會(AISI)的資助。短短幾年中，溫特教授獲得了一系列的研究成果。1946年，基于溫特教授的研究成果，AISI發行了容許應力設計(ASD)規范《冷成型鋼結構構件設計規范》，這也是世界上最早的CFSF技術規范和準則。正是這個規范的出臺，大大加速了薄壁冷成型鋼結構在美國的應用和發展。AISI于1956、1960、1962、1968、1980、1986年對該規范進行了修訂，以反映該技術的發展以及不斷研究獲得的結果。AISI還于1991年發行了第一版荷載抗力系數設計(LRFD)規范，并在1996年將ASD和LRFD規范合并成一本規范。1999年，AISI又發布了1996年版的補充。2005年AISI又發布修訂版。美國將AISI相關冷成型鋼設計標準上升為國標，其中包括：《冷成型鋼結構總則》，《低層輕鋼住宅指定性建造方法標準》，《冷成型鋼桁架設計標準》，《冷成型鋼過梁設計標準》，《冷成型鋼抗側力體系設計標準》。作為美國在經濟貿易方面的主要伙伴，加拿大在冷成型鋼結構領域也積極向美國看齊。加拿大標準協會CSA于1967年也發布了《冷成型鋼結構設計規程》，在CFSF低層住宅方面加拿大有著比美國更為細致的技術規范與手冊，如加拿大薄壁鋼建筑結構協會CSSBI發布的《輕鋼住宅結構施工細則》，《輕鋼住宅構件選樣標準表》《輕鋼住宅結構設計指南》，《低層輕鋼結構施工細則》等。更為重要的是，加、美兩國成立了北美鋼構聯盟(NASFA)最終實現了北美冷成型鋼結構設計標準的統一。

        ·歐洲

        20世紀70年代起，歐洲許多機構和私人公司對冷成型鋼構件、連接及結構體系進行了積極研究和開發。在奧地利、捷克、法國、瑞典、英國、德國等都是最早形成冷成型鋼設計規范的國家。同時，歐洲鋼結構協會(ECCS)，通過其TC7委員會，完成了一些用于建筑冷成型鋼結構測試及設計的文件。20世紀末，歐洲標準化委員會發行了用于冷成型鋼構件和鋼板的歐洲規范3中的1-3部分(Eurocode3:Part1-3)。這項工作是由歐共體委員會發起，與ECCS的一個工作組協作完成。這標志著：歐洲在冷成型鋼結構方面也有了統一標準。

        ·澳洲

        冷成型鋼結構技術在澳洲的發展主要是以澳大利亞和新西蘭兩國為代表。在當今冷成型鋼結構技術領域澳大利亞的Hancock教授是繼美國的溫特教授之后又一位杰出的大師級人物。在他的主持領導下，澳洲于1996年統一了冷成型鋼結構技術標準：(“Australian/NewZealandStandardonCold-FormedSteelStructure”，AS/NZS4600，1996)，由于澳洲處于非地震地區，所以澳洲的冷成型鋼結構設計基本不考慮地震作用，建筑產品也僅限于低層住宅。

        ·亞洲

        亞洲冷成型鋼結構的發展開始于20世紀80年代，最早出現相關技術規程的國家有印度、日本等國。進入90年代，日本加大了在冷成型鋼結構領域的研究與開發，始終走在亞洲各國前列。1995年日本鋼材俱樂部成員以新日鐵為首的六大鋼鐵企業聯合開始研發冷成型鋼結構技術(后稱為KC技術體系)，并于2002年發布《薄板輕量型鋼造建筑物設計手冊》，此后上升為國家標準。日本目前正利用自身研發優勢，積極擴大在亞洲各國的影響，他們不斷將冷成型鋼結構新技術推廣到中國、韓國、泰國等東南亞地區以及臺灣地區，試圖在冷成型鋼結構領域制定統一的亞洲標準。為此中、日、韓三方的鋼結構協會已達成默契，每年輪流在三國間召開一次集中研討會議，力圖完成標準的統一。

        總體看來，CFSF技術的發展是在向區域整合，全球一體化的方向發展；北美已走過了該領域技術發展的高峰期，目前以日本、澳洲為代表的發達國家在該領域研發的投入較大。

        B、市場層面

        冷成型鋼構件的用途非常廣泛，在許多不同行業和市場中都有運用，如汽車車體、鐵路客車、各種類型的設備、貨架、谷倉、公路產品、傳輸塔、傳輸桿、電纜橋架、排水設備以及橋梁結構等，其中建筑業一直是冷成型鋼的最大用戶。如日本，在1980年，其冷成型鋼產品的70%以上是用于建筑業，而機械制造、交通運輸和造船業等方面的用量還不足10%，歐美等發達國家的情況大多如此。而冷成型鋼結構CFSF的應用主要集中在房屋建筑范圍。冷成型鋼是一種高效經濟型材，具有質輕，構件強度高、剛度大、質量均勻、建造安裝便捷，產業化程度高、防白蟻及腐蝕均好，材料可回收，等諸多優點，因此在低層房屋建筑中被廣泛使用。在北美，傳統木結構住宅由于日益受到材質不穩定，以及資源方面的限制，正日益被冷成型鋼結構CFSF所取代：美國1993年建造了15000幢冷成型鋼住宅，1996年75000幢，2002年后將占住宅市場份額的25%。在北美，這種結構還被越來越多地運用到多層建筑領域，據建設部住宅中心考察報告稱北美CFSF多層住宅已實施將近300萬平方米。在日本住宅市場，冷成型鋼結構住宅(日本成為薄板鋼骨住宅)份額也呈逐年上升趨勢，現在年建造數量都在10000棟以上，并被國家大力推廣使用。在產品形態方面，這種結構不光被用在獨立式住宅、別墅中，學生公寓、汽車旅館、超市、兒童活動室、老人福利院、醫務所等不同類型建筑均有廣泛使用。除了整體房屋產品，以冷成型鋼構件組裝成的墻體、樓板、屋面、屋架、桁架、網架、平臺、樓梯、門窗乃至管道、容器、圍堰、鋼板樁等部品也被大量使用在公共建筑之中。在日本，冷成型鋼和H型鋼已成為建筑業主材；加拿大用于建筑業的冷成型鋼量已超過普通熱軋型鋼；瑞典在上世紀90年代末，金屬壓型板已在工業建筑中占屋面用材的90%，墻面用材的70%以上。亞洲的韓國、中國臺灣地區以及東南亞一些國家都在廣泛使用冷成型鋼結構產品。從全球市場看，CFSF住宅主要以低層為主，多層僅在北美有建成項目，北美以外地區還沒CFSF多層住宅項目出現。

        2、CFSF技術國內發展概況

        與西方發達國家相比，我國的冷成型鋼結構技術的發展起步較晚，上世紀80年代初期，國內以西安冶金建筑科技大學(現西安建筑科技大學)的何保康教授、哈爾濱建筑工程學院(現哈工大)的張耀春教授為代表的一批鋼結構領域的學者赴美國康乃爾大學師從喬治.溫特教授，這是我國冷成型鋼結構領域研究的開端。自此，北美先進的冷彎型鋼結構技術被引入我國。結合我國鋼結構技術的實際，1987年我國發布了第一部冷成型鋼結構設計標準《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》(GBJ18-87)，1998年開始全面修訂，并于2002年9月27日發布修訂的《冷彎薄壁型鋼結構技術規程》GB50018—2002，新修訂的規范為國家強制性標準。在新規范中還增加了單層房屋設計中考慮蒙皮作用的設計原則。這是我國冷成型鋼結構技術領域最權威的標準，業內稱為輕鋼結構的“母規”。近幾年，隨著國外冷成型鋼結構技術的不斷引入，標準滯后嚴重阻礙了冷成型鋼結構新技術與市場的發展。例如在國標《冷彎薄壁型鋼結構技術規程》GB50018—2002中，還沒有涉及鋼板厚度2.0mm以下范圍，也就是說在中國對國外新引入的一些薄鋼板(0.4mm～2.0mm)冷成型鋼結構技術還沒有國家和行業標準可遵循。一些企業如北新從自身經營的考慮編寫了自己的企業標準《薄板鋼骨建筑體系技術規程》(屬體系類標準，2003年完成)，并通過在國內各地備案的方式實施CFSF住宅建設項目；上海綠筑公司編制了企業標準《低層冷彎薄壁型鋼結構施工質量驗收規程》(2005年)；在行業標準方面，2004年建設部開始組織編寫《低層輕型鋼結構裝配式住宅技術要求》(屬產品類標準)并于2005年發布；中國工程建設標準化協會(CECS)正在組織編制冷成型鋼結構房屋體系的設計標準《低層冷彎薄壁型鋼建筑技術規程》(屬工程類標準)(在編)。總體看，對于2.0mm以下薄鋼板冷成型結構設計到目前為止還沒有可直接依據的國家標準和行業標準。最近，據悉母規會得到補充，將擴大構件壁厚的適用范圍。由于近年來冷成型鋼結構試驗方面不斷取得進展，原規范主要承重構件壁厚適用范圍2.0mm～6.0mm將可能擴展至0.4mm～6.0mm，這將是對“母規”的一個重大突破。

        市場方面的發展落后于技術領域。上世紀80年代中后期盡管一批學者從美國學成回國，又出臺了冷彎薄壁型鋼結構的國家標準，但市場并無大的發展，在沉寂近十年后的90年代中期才率先在工業廠房，倉庫等工業建筑中開始使用門式剛架等冷成型鋼結構技術。這是一次遍及全國的門式剛架廠房熱，包括門式剛架、冷彎型鋼檁條、支撐、壓型鋼板屋面和墻面等冷成型鋼構件大量的被使用在這種新型結構廠房中。上世紀末本世紀初，一批國外成熟的低層冷成型鋼結構住宅技術進入中國，如日本的新日鐵、澳洲的博思格、美國的華星頓等企業都開始涉足中國建筑市場。截止到現在冷成型鋼結構主要還是應用在三層以下建筑，據不完全統計，我國近年已建成的這類薄板輕鋼房屋體系約有一千余幢。總體上，我國低層冷成型鋼結構住宅市場方面尚處于起步、發展階段。多層、高層住宅更是空白。

        三、對擬引進的多層CFSF住宅技術的分析

        針對北新擬引進的多層CFSF住宅體系技術專家組親赴日本做了實地考察。以下將概要列出專家組對該技術的評價以及對引進該技術可能存在的問題、解決方法的說明。

        1、日本CFSF技術的現狀

        新日鐵的CFSF技術在日本處于領先地位。1995年，新日鐵聯合另外五大鋼鐵企業共同開發CFSF低層住宅體系技術(KC)，新日鐵在KC之上還擁有企業專有技術，在建筑跨度、適用范圍等方面都大大超出了KC范圍。2002年，新日鐵與北新合資進入中國市場后，同時啟動了多層CFSF技術的研發，以應對中國市場的變化。經過近五年的研究，新日鐵在設計、生產、施工等三個方面有所創新。

        A、設計方面

        新日鐵在原有低層技術的基礎上重點在剪力墻板連接構造、結構用板材選用、防火構造、隔熱構造等方面進行研發并取得一系列成果。

        ·剪力墻板連接：新日鐵的CFSF技術屬于冷成型結構中的蒙皮結構板肋體系，強調的是冷型鋼與結構用板材共同形成抵抗橫向荷載的整體墻板，類似于鋼筋混凝土結構中的剪力墻。新日鐵技術中每層樓板都擱置安裝在該層的墻板之上，墻板在豎向都被各層樓板隔開，豎向墻體在結構上無法構成連續的墻體。因此技術上就要通過貫通樓板的抗拔錨栓將上下層墻板連成整體，同時靠抗剪螺栓將墻板與樓板連接在一起。這樣的技術措施在日本通過了試驗檢測，對于三層以下建筑是完全可靠的。進入多層住宅建筑，豎向及水平荷載作用更大，對于抵抗水平荷載的主要構件“剪力墻”來說，如何通過技術措施使“剪力墻體”的整體連續性更好，能充分抵抗風、地震等水平荷載作用是新日鐵研究的重點。從考察現場的結果看，新日鐵在這方面有所改進，主要具體措施是：增大原有抗拔螺栓直徑由16mm增加為24mm，并在抗拔螺栓外增設鋼套管以進一步增加強度，這種套管式抗拔螺栓也是新日鐵的一大創新。新技術體系的抗震能力大大提高，是原有KC技術抗震能力的1.5倍。

        ·結構用板材：結構用板材是蒙皮結構中的重要組成部分，新日鐵三層以下CFSF住宅技術中一般采用OSB(定向刨花板)或者結構用合板；在新的技術開發中，新日鐵找到了一種替代板材----水泥纖維質板材。這種板材的替代，解決了原來木質板材在防火、防水、以及結構整體強度方面的不足。(類似技術在北美，結構用板材的選用和日本不同：北美低層住宅一般采用OSB板材，多層中采用水泥質板材或者鋼板較多；日本的OSB板材一般為進口，所以用結構合板較多。)

        ·防火：日本的防火要求在全世界都是偏高的，而且防火規范的制定更為科學、細致。日本根據城市不同地段建筑物的密集程度及地域功能等的實際情況不同，防火要求相應也有所不同：如日本將城市分為四種不同防火要求地區：防火地域、準防火地域、22條地域、無指定地域等。根據不同地域的防火要求再分別考慮設計不同耐火等級的建筑物。《建筑基本法》規定所有的建筑結構按照耐火性能由高到低依次分成四大防火類別：耐火結構、準耐火結構、防火結構、準防火結構，其中準耐火結構又分為45分鐘準耐火結構和1小時準耐火結構。(詳細規定可另參見防火組報告)。日本的KC技術和新日鐵原專有低層CFSF住宅技術在防火性能方面都只能達到45分鐘準耐火性能和1小時準耐火性能的要求，所以根據日本標準KC和新日鐵技術在防火地域均不能做到三層住宅(包括獨立式住宅和集合住宅)，甚至在1～2層住宅都受到建筑面積規模方面的限制，如在防火地域獨立式住宅面積不能超過100平方米。為了進一步擴展CFSF住宅市場領域，新日鐵在近幾年里開發出耐火結構建筑，這使得CFSF住宅突破了三層防火要求，也就是說：按照日本標準，可以用新日鐵開發的CFSF住宅技術建設所有3000平方米以下三層住宅(含獨立式和集合式住宅)。

        新日鐵在防火方面開發出1小時耐火建筑主要從以下三方面著手：

        1)采用耐火性能較高的板材，如不燃水泥基結構用板材(見上文說明)、耐火石膏板等作為基本材料。以延長墻體耐火時間，增強耐火完整性，比原有構造還降低了成本。構造示意如圖1(由內至外依次為防火石膏板雙層，墻體柱，水泥質結構板，保溫材，空氣間層，外墻板)。

        2)隔墻采用采用斷熱橋的方式，不但解決了隔聲問題，而且有利于隔墻受火時延緩背火面溫度由于龍骨的導熱而升溫過快。

        3)墻系統中板接縫處增加止火帶，以阻止板與板接縫處可能的竄火、漏火情況的發生，提高了耐火性能。

        ·隔熱

        新日鐵原CFSF住宅體系技術中以整體外保溫方式見長，徹底解決了鋼結構建筑的冷熱橋問題以及結構內部結露等難題，節能效果良好。在寒冷地區住宅的節能效果及其突出，但CFSF住宅體系屬于輕質體系，輕質體系的一大特點就是建筑外圍護結構熱惰性指標較低，熱穩定性較差，因此在炎熱地區，隔熱成為一大課題。新日鐵近年來在建筑的隔熱方面有所改進，其途徑是從解決熱輻射入手，重點是通過在復合外墻中增設反射層，提高墻體對輻射熱的反射作用，大大降低了輻射熱對建筑室內的熱環境的影響，經測試比較比未采取反射措施的建筑在夏季的用電量降低30%，節能效果明顯。熱穩定性也有所提高。

        B、生產方面

        生產方面的創新在于將結構設計與板塊生產自動化連為了一體。新日鐵新開發出一種稱之為“NS—CAD”的軟件，該軟件大大地提高了設計速度并能實現設計數據與生產設備的完全接口，在設計階段就能配備齊板塊組裝所需要的所有連接件。數據輸入生產設備的CAM系統，就能實現自動化生產板塊和屋架，極大的提高了生產效率，減少了出錯率，確保板塊的品質。

        C、施工方面

        由于開發出NS—CAD軟件，使得住宅工廠化生產的程度更高。原來的技術是在工廠生產好結構墻板，樓板，以及屋架，其他像保溫工程等都是需要到現場人工完成。新技術由于設計的完備，完全實現了保溫在工廠里一次性制作完成，這就使現場施工的速度大大加快，在一些規模較大的建筑施工中，這種優勢就更能體現出來。

        2、將日本多層CFSF技術引入中國可能存在的主要問題及應對策略

        依據課題組各分組的報告結論，以下表格1將歸納總結從日本引入多層CFSF技術可能存在的主要問題以及應對策略，并在表后分別簡要說明。其中主要從技術與市場兩大方面可能面臨的主要困難展開，技術障礙包括技術層面和經濟層面的；市場障礙則主要在目標市場的選擇與定位上。本節涉及的是存在的主要障礙與核心問題，其他需要完善和改進但并不直接構成障礙的方面將在第3節中說明。

        表1：日本多層CFSF技術進入中國面臨的主要問題及應對策略

        A、主要技術障礙(技術層面、經濟層面)

        日本CFSF技術進入中國的多層住宅市場，在技術層面可能面臨的核心障礙在于結構和防火兩方面。這兩方面問題都是決定建筑安全性的主要內容，日本技術能否進入中國就需要首先在這兩個方面做出回答，否則根本談不上其他問題。回答這個問題主要從日本技術是否能滿足中國現行技術標準規范要求這個角度出發。中日兩國技術標準的差異也就成為課題研究的重要組成部分(詳見各分組報告)。

        ·結構(技術層面)

        如上文第二章介紹，CFSF技術用于三層以下建筑在發達國家都是非常成熟的技術，在我國也開始了實踐并進入到市場。但是多層目前僅在北美有具體實施的項目，日本由于規范的限制(主要是防火方面)，目前只能建設到三層(據最新的消息：日本的規范可能要調整，將允許CFSF住宅建到四層)，所以，此次專家組日本考察看到的CFSF住宅均沒有三層以上的項目。根據結構組的報告：多層薄板輕鋼房屋CFSF體系最主要的問題是墻體結構。而墻體中最為關鍵的是如何解決受力與傳遞荷載的問題，其中分為垂直荷載和水平荷載。專家組認為：考察的CFSF房屋體系墻體對承受和傳遞垂直荷載而言，由3層改作5~6層是可行的，但底部三層墻體立柱應適當加大截面尺寸；對承受和傳遞3層以下的住宅或公寓等房屋的水平荷載而言是可行的。但對3層改作5~6層后是否可行，顯然是不足的。因此，由低層改為多層薄板輕鋼CFSF房屋體系，墻體抗側力構造必須作適當的改進和增強。由此看出，日本的CFSF住宅技術用于中國的多層市場結構方面的關鍵是：墻體抗側力構造能否承受和傳遞由于層數增加而增大的水平荷載。

        結構組報告總結指出結構方面存在的問題是：(1)單根C型鋼墻體立柱尺寸不能滿足5~6層豎向荷載下的強度和穩定性要求；(2)抗側力結構體系不能滿足5~6層水平荷載下墻體抗剪和抗傾覆要求。墻體設置的抗拔錨栓及抗剪螺栓尺寸、數量及構造等均有待改進。

        解決方案：問題(1)不難解決：只需加大在房屋底部幾層的墻體立柱截面，如立柱可由二根或多根C型截面組合而成或采用新的壓型截面以增加強度。問題(2)的解決是關鍵：首先，需改進并增強墻體抗剪、抗傾覆承載能力，如底層抗拔錨栓可改為雙錨栓構造或連接錨栓的懸壁連接件直接落地等措施，以減輕立柱局部受力過大而被拉斷或壓屈破壞現象。在二層以上層間立柱設置的抗拔錨栓亦可采用新日鐵研制的帶套管的抗拔錨栓，必要時也可采用雙錨栓構造等。其次，在剪力墻體中可設置水平及交叉支撐等措施，以增強墻體抗側能力。

        總之，將低層CFSF房屋體系用于多層房屋體系時，加強墻體抗水平荷載的構造，是有措施可循的；研發多層CFSF結構體系，從結構安全可靠角度論證是有可能的，也是可行的。

        具體建議是：(1)在充分調研的基礎上做試設計(可以選擇北京上海等不同抗震設防烈度地區)，并進一步作經濟分析。(2)重點對多層CFSF體系墻體抗側能力作必要的試驗研究。(3)建設試點項目并總結推廣。

        除上述問題以外，由于截止到目前，國標《冷彎薄壁型鋼結構技術規程》GB50018—2002還未修訂，多層CFSF結構設計還無法完全依據此標準，在編標準均為三層以下建筑范圍，因此“無標準可依”可能也是一段時期內企業向市場推廣產品的主要障礙。這個問題的解決可以依托建設部住宅中心，結合示范項目與試驗研究，盡快組織實施標準的編制。

        ·防火(技術層面)

        新日鐵新開發的CFSF住宅防火性能可以達到日本標準的1小時耐火建筑，這種耐火性能意味著：承重外墻、承重內墻、樓板的耐火時間均為1小時(60分鐘帶荷載燃燒，撤火后180分鐘觀察)；屋面的耐火時間為30分鐘(30分鐘加熱，撤火后90分鐘觀察)。由于日本試驗方法嚴于我國試驗方法，因此日本1小時耐火極限的構件，其耐火性能要高于我國的構件。日本的這種1小時耐火建筑能否滿足我國多層住宅的防火規范的要求呢？

        我國住宅的防火要求主要遵循兩本國標《建筑設計防火規范》GB50016-2006和《住宅建筑規范》GB50368-2005。《住宅建筑規范》GB50368-2005是建設部于2005年組織編寫的我國第一部全文強制性標準，也是第一部以住宅功能和性能要求為基礎的標準(2006年3月實施)。而《建筑設計防火規范》GB50016-2006(2006年12月實施)是對原《建筑設計防火規范》GBJ16-87的一次全面修訂。兩本規范對住宅防火要求的規定有所不同，為了協調統一，《建筑設計防火規范》GB50016-2006特別在第5.1.1條的注5中規定：住宅建筑構件的耐火極限和燃燒性能可按照現行國家標準《住宅建筑規范》GB50368的規定執行。

        根據防火組的報告：在下表2中可以看出防火問題的關鍵所在：日本現有CFSF住宅的耐火性能在樓板和屋頂承重結構兩項上都能滿足我國現行防火規范的要求，但承重外墻、承重隔墻、疏散樓梯三項的耐火性能卻不能滿足我國規范要求。在國內標準的執行問題上，由于GB50368和GB50016均為國標，我們以針對住宅防火要求相對較寬的GB50368為依據(可建至9層住宅)，本課題防火方面的重點就是如何提高承重墻以及疏散樓梯的耐火性能，具體指標是將日本承重墻1小時耐火提高為1.5小時耐火；將疏散樓梯0.5小時耐火提高為0.75小時。防火組的報告指出：提高承重墻體的耐火性能主要通過“增加石膏板的厚度或敷設層數，改變填充材料等方式來實現。同時，建議CFSF體系住宅內外墻及屋面至少應為難燃燒體。

        表2中日多層住宅防火規范要求的對比

        除了構件的耐火時間外，防火方面另一個值得注意的方面是：防火分區的問題，因為這將直接影響到CFSF多層住宅的戶型設計，實際上也就直接關系到CFSF多層住宅產品的形式和規格。盡管GB50368在防火分區上未作具體規定(該規范的9.2.2條文解釋為“考慮到住宅分隔特點及其火災特點，本規范強調住宅建筑戶與戶之間、單元與單元之間的防火分隔要求，不再對防火分區做出規定)。這實際上給標準執行帶來了一定的難度。因為根據GB50016-2006特別在第5.1.1條的注5中只是明確了住宅建筑構件的耐火極限和燃燒性能可按照現行國家標準《住宅建筑規范》GB50368的規定執行。是否可以理解為：此外的相關內容如防火分區等還是要執行GB50016。如果這樣，GB50016第5.1.7條的規定三—五層民用建筑防火分區最大允許建筑面積為1200m2。如果建到六層，防火分區的要求如何執行標準就有問題了。如果建五層住宅，防火分區1200m2，就會要求各單元面積不能超過1200m2,這需要產品策劃和設計充分考慮，同時對單元分隔墻體可能要求達到防火墻的耐火性能，防火墻的耐火時間是3小時等等這些都會直接影響到產品的構造與成本，是值得企業充分考慮認證的。

        ·成本經濟指標(經濟層面)

        按照課題組的分工，成本經濟指標主要由北新相關人員組成的成本小組完成。北新成本小組按照多層(以六層住宅為例)的防火要求做出墻體的試設計構造做法，在此基礎上作初步核算，建筑單方造價約為2000元/m2左右。目前的試算屬于靜態分析，沒有考慮產業化程度、規模效應、以及對資金周轉的動態影響因素等等。從咨詢公司的市場調研報告看：由于目前我國市場還沒有多層CFSF住宅，因此沒有相關的可比性數據供參考，但多層的重鋼結構、熱鋼結構體系住宅是存在的，如萊鋼建設公司的熱軋H型鋼結構住宅，賽博思金屬結構公司的鋼框架住宅體系等其造價都在1100—1500元/m2之間。鋼結構以外住宅市場如磚混一般造價為800—1000元/m2；鋼筋混凝土結構住宅為1000—1200元/m2。以上數據均為北京、上海等一線城市數據，二線城市相對造價更低。因此，在經濟層面可能面臨的最大問題是CFSF多層住宅的成本如何更具有競爭力，如果直接與其他傳統結構體系的多層住宅產品直接競爭，在成本上目前還不具備優勢。

        成本問題從某種角度看仍然是技術層面的問題。解決途徑是：一方面優化CFSF住宅構造，對建筑整體配套進行國產化研究，從技術層面上挖掘潛力，在這方面作為建材行業的國家住宅產業化基地北新是有優勢的。另一方面，動態的研究成本問題。隨著中國勞動力市場越來越緊缺，廣東等沿海發達地區今年甚至出現“民工荒”。近年來我國經濟高速發展，“三農”問題的解決，農業稅的取消等等都將使得勞動力成本不斷上升將成為必然趨勢。對于產業化程度高的CFSF住宅來說，成本的競爭力反而呈現增強的趨勢，加上該技術大大縮短建設工期，這又將大大降低項目的整體運行成本。因此動態的測算項目建設的總體成本(而這又反過來關系到企業的運營模式)，跳出傳統建設模式的框框，是成本分析的關鍵。

        B、一般技術問題

        除了以上技術層面的主要障礙外課題組還對日本CFSF住宅技術的熱工、建筑配套等“非進入障礙性問題”作了考察，并給出相關建議。

        ·熱工

        熱工組的報告指出：日本的CFSF住宅外保溫方式有良好的保溫節能效果，能滿足現行標準規范要求。但CFSF住宅屬于輕形結構體系，其熱惰性指標D值較小，一般小于2.5，絕大多數甚至小于1.5。能否滿足《熱工規范》規定的夏季隔熱要求，以及圍護結構構造內部能否避免冬季冷凝受潮(簡稱防潮)是熱工方面問題的關鍵。經過計算，日本現有CFSF住宅外墻外側帶通風間層的構造形式，能夠滿足夏季隔熱要求，但內側須至少采用雙層石膏板且總厚度必須達到27.5毫米，以保證圍護結構的內表面的衰減倍數不致過低。如果采用封閉間層，無論有無鋁箔，都不能滿足夏季隔熱要求。由于外保溫方式保證了墻體型鋼空間中的溫度始終高于露點，不會產生冬季結露。

        給出的建議是：(1)從簡化構造，降低造價出發，其圍護結構仍可適當改進。但改進仍應以外保溫層外側帶通風間層這種構造形式為基礎來進行。例如可考慮采用具有一定支承和抗彎能力的夾芯保溫板材作為外保溫層，層板鋼骨框架適當簡化；(2)外保溫層外側帶通風間層的構造形式已能滿足夏季隔熱要求，保溫層外側可不做鋁箔，因鋁箔層妨礙水蒸汽散發，而且其長期效果也令人懷疑。(3)盡管日本的CFSF住宅熱工性能良好，但是輕質建筑熱惰性低的客觀現實不容忽視。我國分為五大熱工分區，各區域氣候條件差異較大，相應的CFSF住宅一定存在最適宜地區。這也需要與目標市場定位結合起來考慮。

        ·隔聲

        隔聲問題一直是鋼結構建筑的弱項，尤其是CFSF住宅這種輕質鋼結構建筑。其中固體傳聲是隔聲問題的主要方面。如何解決樓板、墻板的隔聲問題成為CFSF住宅應面對的重要課題。新日鐵CFSF住宅隔聲技術的原理是：阻斷固體傳聲通道。具體的是將樓板結構層與吊頂層完全分開設置，避免結構層接收到的固體傳聲直接傳送到吊頂層，而影響到樓板下的室內聲環境。這有別于一般鋼結構住宅中樓板吊頂直接安裝于樓板結構層之上的做法；同時，又在復合樓板中填充吸聲材料如玻璃棉等材料，使得樓板的隔聲性能大大優于一般鋼結構建筑。據日本測試數據表明：新日鐵的CFSF住宅的分戶墻結構,在特定的條件下可確保滿足日本工業規格Rr-50等級(即相當于鋼筋混凝土厚度18cm以上墻體)的隔聲(空氣傳播音)并已取得國土交通大臣認定；住宅樓板的隔聲(對沖擊音)性能,可確保達到相當于厚度為11cm以上混凝土墻的隔聲效果。現已測試評估完畢,正在申請國土交通大臣認定。這些指標，都能滿足GB50368-2005中7.1.2條和7.1.3條關于住宅隔聲方面的要求。

        因此隔聲方面的建議是：采用新日鐵現有隔聲樓板、墻板技術。材料可以完全國產化，成本并不增加太多，室內聲環境會遠優于一般鋼結構住宅。

        ·建筑配套

        日本住宅產業化程度非常高，各種建筑部品配套設施完善，因此建筑結構體系很容易與部品體系相結合，構成性能良好的住宅產品。而我國住宅產業化環境還不夠完善，還沒有建立起完整的部品體系。因此，如何用國產化的部品集成填充新型結構體系，成為建筑配套組的主要課題。配套組具體提出室內八大配套系統和五大支撐技術以解決CFSF住宅建筑配套國產化的問題。(另詳見配套組報告)。

        C、市場障礙(市場層面)

        CFSF技術進入中國市場在市場層面可能面臨的主要問題在于：目標市場的確定。前文已經概要的說明了世界各國尤其是發達國家CFSF技術的發展與應用情況，同時也指出CFSF多層住宅進入中國可能面臨的技術層面與經濟層面的主要障礙。我們發現目標市場的定位不同，可能會得到完全不同的結果。比如：如果CFSF技術直接運用于中國的多層住宅市場，將直接面對著磚混、鋼筋混凝土、普通鋼結構、熱軋輕型鋼結構等多種產品的競爭，按照目前靜態的成本分析，還存在較大的弱勢(CFSF住宅比傳統結構造價高約30%--50%)。發達國家由于人工成本其高，CFSF住宅工廠化程度高，成本反而具有優勢，中國則正好相反，勞動力成本低廉(盡管勞動力成本呈現上升趨勢，但畢竟需要時間)，CFSF住宅的成本優勢缺失了，對于中國住宅房地產開發商這個價格敏感度極高的客戶，市場的障礙是可想而知的了。另外，由于宏觀調控，土地資源正日益稀缺等因素，多層住宅正在逐漸從一線城市消失，僅在城鄉結合地區或者二線城市出現，且趨勢是在逐漸減少。二線城市的經濟水平低于一線城市，因此對造價、成本的要求會更高，這也有可能對CFSF多層住宅形成沖擊。

        解決途徑：重新審視CFSF技術，細分市場，結合企業自身特點找到生存和發展的最佳目標市場。我們可以看到：同樣是運用CFSF技術，國外發達國家的成熟企業經營的模式各有特色，專注的也是適合各自發展的細分市場。如：美國的華星頓，他們的產品涉及住宅、公寓、旅館、辦公樓等不同的細分市場；日本新日鐵的CFSF技術也不只是運用于住宅，還廣泛的使用到學生公寓、老年人福利院、兒童活動室、醫療所甚至工業建筑的屋面系統、墻體系統等等。澳洲博思格除了住宅市場、公共建筑市場甚至還向上延伸到建筑屋面體系、復合墻體體系等(這些企業的典型模式將在第四章中簡要說明和介紹)。北新的目標市場如何定位，的確可能是能否成功的關鍵。

        3、結論

        綜上所述，日本CFSF住宅技術引入到中國存在的最主要的技術障礙在于結構和防火以及成本造價三方面(其中，結構的核心問題是解決抗側力體系的墻體構造以及現行標準的制定出臺；防火的核心是解決承重墻體耐火極限的提高；成本問題是如何將日本技術國產化降低成本)而市場方面的障礙主要在于目標市場的定位。這些障礙在經過深入地研究，充分的國產化后都是能得到解決的。

        四、國內外典型相關企業的運營模式(調研成果)

        國內外從事鋼結構住宅產業化的成功企業不少，且各有不同的運營模式，他們經營有何異同？對北新引入新技術有何啟示？課題組為此還調研了部分企業，以下簡要介紹代表企業的情況，供北新參考。

        1、華星頓(WORTHINGTON)

        華星頓公司(WORTHINGTON)是美國一家大型的鋼結構加工制造公司，納斯達克100工業指數股之一。公司成立于1955年，主要產品為：鋼材加工、鋼結構、壓力容器、金屬連接件(配合建筑鋼結構)四大類。鋼材加工涉及到的行業有汽車、金屬器具、航空、建筑等十多個領域。在美國，鋼鐵產業競爭非常有序，上游的鋼鐵企業主要以生產鋼材為主，絕對不會涉足鋼材加工等中游產品，鋼鐵的使用者又不可能使用直接由鋼鐵公司生產出來的原鋼，因此鋼鐵加工制造企業就應運而生。華星頓的創始人JohnH.McConnell就是靠抵押自己的汽車借來的600美元起家購買了第一卷鋼帶從而創立了華星頓。可以說，哪個領域需要鋼材，華星頓就會關注哪個領域。在近40年的發展中，華星頓在鋼材加工、壓力容器等領域成為北美最大的生產商。華星頓涉足鋼結構建筑領域是1996年開始的，由于對鋼結構建筑市場非常看好，華星頓又具備加工各類鋼材的能力，于是1996年華星頓收購了美國Dietrich公司，Dietrich是美國的一家優秀的鋼結構公司，盡管規模不大，但在鋼結構設計、建筑鋼結構技術專利、施工、建筑鋼結構市場方面都有很大的優勢，尤其是這些方面正是華星頓所不具備的。自此，華星頓成為北美最大的鋼結構建筑商，占據美國鋼結構建筑市場40%份額，運營上以總承包的方式承接項目，其中設計、構件的加工制作自行掌握，安裝施工采取外包。華星頓也因此不斷擴張，現已發展成為擁有8000名員工，遍及全球10個國家的63家工廠的大型企業。2005年，華星頓鋼結構籌劃進軍中國市場，目前已在常熟建設完成一棟6層住宅樣板樓(可以參看北新楊朋飛出差考察報告)。

        2、新日鐵(NSC)

        新日鐵(NSC)始建于1901年，是日本最大的鋼鐵企業，也是世界級鋼鐵巨頭之一。公司業務涉及：鋼鐵冶煉、制造、環境與水務、化學、能源、建筑、新材料、城市開發等諸多領域。薄板鋼結構技術的開發實際上是為公司的鋼材產品服務的。新日鐵在CFSF技術產業鏈上重點抓住的是技術的研發、型鋼的制造、連接件的制造；其他業務如建筑單體的設計、板塊的制作、建筑安裝、房屋的銷售都分別由社會上的設計所、板塊制作工廠、公務店完成，新日鐵在CFSF業務上的盈利主要來自于技術的專利使用費、技術轉讓、技術指導與支持、型鋼制作、連接件的制作等環節。

        3、博思格(BLUESCOPE)

        博思格鋼鐵是2002年從BHP-Billiton公司分離出來的。而BHP是澳洲最大、歷史最悠久的鋼鐵公司。博思格鋼鐵將自己定義為：全球性鋼鐵/建筑解決方案供應商。從傳統的鋼鐵生產企業轉為專注于建筑領域，博思格在誕生兩年后于2004年收購了美國的巴特勒公司，巴特勒也是一家有上百年歷史的建筑鋼結構公司。博思格鋼鐵大舉進軍中國市場，投資5億澳元，在蘇州建設了大型的鍍鋅、彩涂鋼板生產線為博思格建筑系統供應原材料。博思格建筑涉及的范圍較廣，包括工業建筑、公共建筑、住宅等，從單層廠房到高層建筑都有涉及。公司在中國設立了住宅研發中心，能獨立設計并提供個性化的解決方案。緊緊圍繞公司基礎產品如鍍鋅鋼板、彩涂鋼板、金屬構件、落水系統等來開發新部品，創造出新的細分市場。比如，博思格的住宅屋面系統，復合墻體系統等部品的開發，都能廣泛地運用到各類建筑之中，大大擴展了市場領域。同時，注重研發和服務，為不同客戶量身訂制方案。公司自行完成銷售(開始嘗試銷售代理)、設計、研發、構件的加工制作，施工外包。

        4、萊鋼(LAIGANGCONSTRUCTION)

        萊鋼集團始建于1970年，年產鋼超過1000萬噸，居國內同行業第六位。主產品有熱軋帶鋼、螺紋鋼、特殊鋼、熱軋H型鋼系列。萊鋼建設是萊鋼集團的控股子公司，圍繞公司的主打產品熱軋H型鋼，萊鋼建設主要向其下游延伸從事：鋼結構建筑、房地產等業務。多年來萊鋼建設一直獨立開發鋼結構綠色節能住宅建筑體系，并取得了一系列成果：包括結構體系、墻板體系、建筑節能體系等。萊鋼是我國在熱鋼結構住宅領域實施項目最多的企業，共建設約100萬平方米。盡管與CFSF體系不同，但是從我們調研中也看到萊鋼在住宅產業化進程中的不易，這與北新面臨的問題有著相似性。據萊鋼方面介紹：萊鋼的鋼結構體系成本要高出傳統結構20%--30%，為了推廣自行開發的產品，公司進入房地產開發領域，在自己開發的樓盤上采用自己的鋼結構住宅產品，將企業利潤在內部分配，總體上是微利經營。萊鋼認為鋼結構住宅面臨的最大難題是：老百姓的認可程度和成本兩方面。因此公司不斷加大研發投入，開發出一批配合鋼結構使用的墻板產品，并通過不斷優化設計等措施進一步降低成本。公司在運營上實施項目總承包，自行設計研發(擁有一個甲級設計院，一個乙級設計院)，鋼結構加工制作來自集團內，擁有固定的30多家外包施工隊伍，對安裝施工實施項目管理。

        5、萬科(VANKE)

        萬科是我國最大的房地產企業，也是新近被建設部批準的國家住宅產業化基地之一。在調研中我們了解到：萬科從1999年就開始提出“走住宅產業化的道路”，2003年標準化項目啟動，2004年成立工廠化研究中心立志發展工業化住宅。作為房地產行業的領頭羊，萬科對于住宅質量問題是有著切膚之痛的，因此認為不走住宅產業化道路，企業已經無法繼續發展壯大了。萬科每年在住宅研發方面的投入都在數千萬元以上，這在房地產企業中是不多見的。和前面介紹的企業不同，萬科是處在產業鏈條的下端，其特點在于距離終端客戶近，市場的把握上有絕對的優勢；劣勢在于沒有自己的核心產品，業務鏈條過長，資金的占用量極大。基于這種情況，萬科發揮自身優勢，靠集成的方式，選擇最適合的技術和產品集成到萬科的住宅之中，當然這是建立在對住宅產品的充分研究基礎之上的。萬科早在1999年就成立了建筑研究中心，由集團總部負責把關各一線公司的產品設計，并在幾年中形成了一批萬科專利戶型產品，如城市花園系列、四季花城系列等。在工業化住宅的研究中也經歷了結構體系的選擇階段，據萬科介紹：由于萬科產品的市場定位主要集中在小高層和高層，因此最終選擇了混凝土全預制PC住宅體系。從公司運營上可以看出：萬科主要是抓住市場、資金、研發、設計幾大塊，施工等方面主要采用項目管理的方式外包，關鍵在于通過研發建立標準指導集成。據最新的消息：萬科也有意逐漸將設計等業務外包，而將精力集中在市場、資金、研發、甚至管理模式的輸出。

        可以看出，盡管都做產業化住宅，但上述企業分別處于產業鏈條的不同位置，這是企業根據自身基礎和對市場的定位做出的選擇，事實證明他們都是成功的。北新應處于產業鏈條的什么位置最有利于企業的發展，是值得深思的問題。

        五、結語

        在近四個月的時間里，課題組根據確立的目標有組織的開展工作，全體成員充分發揮各自的特長，為課題研究獻計獻策,辛勤工作。盡管專家們來自全國各地，但在課題研究階段都能協同作戰，資源共享，提高工作效率，使得在較短時間里取得了一系列的研究成果，對北新擬引入的CFSF新技術給予了客觀的評價，對引進過程中可能遇到的障礙和問題做出了分析，并一一提出了解決的建議，基本達成了課題目標。CFSF多層住宅技術在全世界范圍也是較為領先的課題，三個月的時間不可能做出絕對透徹、全面的研究，各報告中一定還存在因調研不充分造成的觀點片面和認識不足。如果課題的研究成果能夠在北新的決策中起到一定的作用，我們也就感到無比欣慰了。我們也將一如既往的支持北新住宅產業基地的發展，并關注課題的后續進程，為我國住宅產業化事業做出貢獻。

        在此感謝課題組全體成員的辛勤勞動，感謝北新對住宅產業化事業的支持與投入!
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