铝结构装配式穹顶屋面房体系的论述

1 装配式穹顶房屋体系
　　1.1 装配式穹顶房屋体系在日本的发展概述
　　装配式房屋的研究与生产，国际上由来已久。尤其是日本，现在日本住宅有30%是快速装配式住宅，其中约有四分之一是生产基地在海外的输入住宅。日本著名的快速装配式房屋的不动产巨商，比如，积水住宅、旭化成住宅等都是有几十年经验的装配式住宅的老手，他们的装配式房屋可以覆盖混凝土结构、钢结构以及木结构传统三大材的所有材料产品。

　　随着地球绿色经济的崛起，现在社会有了新的环境的要求。由于传统的三大材被常年酷用造成了资源不足，对环境的破坏甚为巨大，建筑业已经成为绿色环境制造的众矢之的。而自然界资源最多的铝类的使用，特别是适合于装配式房屋生产和运输的在轻质高强耐火隔热方面有绝对优势的纤维复合材料的使用，开始进入对三大材的代用阶段。

　　以前，对于木穹顶屋面房体系，我们在日本于1998年12月16日取得了“小三角形集合体板块制穹顶”的准专利“实用新案”（登录号3056964号）。开始了在日本本土的装配式穹顶房屋的生产于销售。当时在鹿儿岛地区使用这个实用新案，我们竣工了12栋木头穹顶建筑，以价格便宜和施工简单而大受欢迎。

　　我们的发明虽然在日本全国掀起了一股装配式穹顶房热，但是，在建筑申请中，我们遇到了麻烦。因为木穹顶房的材料均为木头，不能满足防火规范的要求，所以很多审查严格的地区不能给予项目的批准。这使我们的木穹顶房屋全国推行计划收到了严重阻碍，我们只能在农村等偏僻地区推行这个项目。

　 　1.2 铝材、不锈钢穹顶房屋发展的必然性
　　但是，之后有了转机。2000年6月日本对建筑基准法进行了修改，以前不能作为结构材料的铝材被允许在结构材料中使用了。建筑物的结构材料从此再也不仅是钢铁、水泥和木头三大材了。从2000年后半期开始，以铝材及不锈钢为主要结构的房屋开始被允许，而且这几年来，日本国土交通部在告示第409、第410的“基本强度”、“结构计算方法”等处，与一般钢材同样地也对铝合金等做了规定，这样，以铝合金为建筑结构主体房屋的研究就开始盛行起来，日本各地包括著名的筑波大学的生产技术研究所都开始了对铝合金房屋的研究。

　　当今，日本欧美等海外建筑中，木结构房屋的数量很多，而无论采用怎样的防火技术，木结构房屋的火灾频率还是完全高于地震和其他一些灾难，成为各国城市防灾最为头痛的难题。而纤维及复合材料的先端研究的不断突破，使得以耐火防火、轻质高强的复合材料来代替木材等传统建筑主材的做法将是未来建筑材料的主流。

　　我们也一样对既已开发的装配式木穹顶房屋找到了一个新的防火办法和一条新生之路。即：使用和木材重量相近而强度更高、更能防火的屋面材料，从而发展为“铝结构装配式穹顶屋面房体系”的构想。这样的话，因为不再会有防火申请上的阻碍，铝结构装配式穹顶屋面房体系将会在日本再次掀起热潮。另外，因为这次我们还要借助国际上房屋生产的手段来控制价格，准备建筑房屋的材料及费用80%以上将取之于中国，所以，装配式房子的价格将更加便宜，在市场上也将更具有竞争力。

　 　2 穹顶式结构房屋特性和发展前景分析
　　2.1 穹顶式结构房屋技术原理
　　现阶段我们的设计主要要依循日本建筑基准法要求以及相关设计规范等参考书类来进行的。铝制穹顶形状屋面就像是用20张正三角形板围成正20面体后、再将其12个顶点切掉而成的32面体作为基本形状的。这非常像普通足球的形状，构成面为5角形和6角形的拼图。而这些拼图其实都不是平面，它们的中心其实是突起的，近似为5角锥体和6角锥体。这形成了我们的穹顶。穹顶属于拱形构造，就像中国古代的赵州桥的桥拱，无论受铅直力还是水平力都只是轴力传递，不会形成弯矩，工作效率极好。所以无论对承重还是地震都有非常强的抵御能力，设计也非常简单。另外，构成穹顶构造5角锥和6角锥的基本面，其实是两种3角形铝板，这就是结构板了，无论造成的空间多大，不再需要其他梁或柱的构造材料。这使得整体建筑物的构造非常简洁轻盈，视觉效果非常舒适，同时，耗材不仅非常之少，造价也非常低廉，还是再生可利用的资源，“百年之后”也无建筑物环境污染。

　　 2.2 产品技术分析
　　目前我们在穹顶房屋的技术上，在国际上处于处于领先地步。对于大跨度大空间的解析，一般都必须要采取膜结构的分析，但是使用小三角形集合体板块，将大面积化为许多有限的小单元体，能使用非常简洁的手法计算和设计，化难为易，这就是我们的特色。另外，在施工方面，对于大空间结构，一般是梁网构造，需要动用很多的脚手架，既不经济又很危险。而我们的构造是装配式的，可以全部在地面组装拼接，然后起吊一次建成，既经济又安全，技术水平明显优越。在材料使用上，大胆直接使用结构材料，大量地节约不必要的装饰赘材。除了使用铝合金外，我们还在开发世界最先端的碳素陶瓷（氧化铝）复合纤维结构材料体系，追求结构材料的轻质高强耐火隔热耐久。

　　 2.3 产品新颖性和独特性
　　在日本做装配式穹顶式结构的厂家并不太多。即使是外表相像的穹顶式房屋，其实结构和我们完全不一样。一般现代的做法是梁柱结构，靠空间大梁的密布做出外形，然后在梁间布上非结构的不传力的板建成建筑物。这种做法不仅没有充分利用穹顶拱形受力的良好效率的工作机制，而且耗材巨大，施工危险。而我们的铝板式装配结构，既能充分体现穹顶拱形受力的良好效率的工作机制，又能经济节约，施工安全。而装配式的模式可以在远途运输上、跨国家地区的使用上更有优势。

　 　2.4 主要用途和应用范围分析
　　铝结构装配式穹顶屋面房体系目前主要用于住宅和特色商用店铺以及一些景观建筑。比如，民居、别墅、牧场、系列加油站、系列烤肉店、公园休息处、零售店、街角书店等。也可以用在合适工艺的工厂建筑以及一些特使领域的建筑中。比如，完全可以使用在这次的日本大地震、大海啸以及核辐射等灾难后的难民生活支援中。

　　 2.5 经济寿命和所处阶段分析
　　铝结构装配式穹顶屋面房体系研发生产及海外销售，是一种和传统房地产业互相依存的长期的工作。从大的方面上来说，人类社会将永远需要工业及民用建筑物的工程，永远需要房屋。但是就个例而言，就比如我们现在开发的装配式铝板穹顶房，因为铝合金的耐腐及结构的抗震机能，产品的寿命一般可达100年以上。而碳素陶瓷（氧化铝）复合纤维结构材料板制成的穹顶房体系，因其卓越的轻质高强耐火隔热耐久性能，其寿命将可以超越数百年以上。

　 　2.6 未来发展预测
　　据“REFORM”杂志社预测，2009年日本的民间旧房改造将有6兆2000亿日元的规模，即4万亿元人民币的市场。新建建筑市场规模如果是旧房改造的10分之1的话，也有4000亿元的市场。那么就可以简单地估算一下，装配式房屋的市场，就算只占传统不动产市场的四分之一的话，也会有1000亿元的规模。加上旧房改造的话，至少也超过1500亿元的规模。如果我们扩展到公用、景观及工业用房上的话，其规模肯定还要庞大得多了。估计约有5000亿元以上的规模。而除日本之外的国际大范围这块如果能够做好销售，至少也能和日本的市场持平。比如中国在2003年也开始对装配式住宅进行了研究。万科不动产和日本的大成建设合作，准备于2010年后，在预应力混凝土装配式住宅分野上有实际的作品。两者相加就有1兆元规模以上的市场。另外我们可以跟多地开拓装配式建筑的种类，争取在国内外获得更大的市场。