住宅房屋的重量
本篇要集中探討住宅的重量,因此先來一些先遣概念,等不及的,先拉到後面看主題。
台灣滿街不論是高樓大廈、低層透天多是鋼筋混凝土建築,主要原因包括以下幾點:
1. 抗震需求,鋼筋混凝土結構相較於早期的「土埆厝」、「磚造房屋」,具有良好的抗震性能,能夠有效抵抗地震力,減少建築物倒塌的風險。
2. 氣候與耐久性,耐潮濕、耐腐蝕,適合長期使用。
3. 建築法規與標準,台灣的建築法規對結構安全要求嚴格,尤其是在耐震、防火等方面,鋼筋混凝土結構能較容易符合這些規範,成為主流結構形式。
4. 經濟與技術成熟,鋼筋混凝土技術成熟且施工相對方便,材料取得容易,成本相對合理,成為建築業的主流選擇。
特別注意上面的理由3與4,在我規劃老舊校舍改建時,上級訂下的辦法明確指出「必須採用鋼筋混凝土結構」,應該就是基於法規和經濟性的考量。
說完台灣的住宅主流結構,接著瞭解一下日本與美國。
日本因為地震頻繁且嚴重的特性,結構設計非常重視抗震性能。
日本住宅常用的建築結構類型
1.木造結構,日本傳統住宅多為木造,現代低層住宅仍大量使用木造結構。採用先進的耐震設計和接合技術,提高抗震性能。木材易取得且施工靈活,適合地震頻繁的環境,對颱風則抵抗力差。
2.輕鋼結構,也逐漸被用於住宅建築,結合鋼材的耐震強度與施工效率,但對颱風抵抗力稍差。
3.鋼筋混凝土結構,多用於中高層住宅公寓(集合住宅)。
美國住宅常用的建築結構類型:
1.木造結構,美國大多數住宅(尤其是獨棟住宅和郊區房屋)採用木造結構。木造結構成本較低、施工快速,且美國森林資源豐富。
2.鋼結構或鋼混結構,較少用於一般住宅,主要出現在高層住宅、公寓或特別設計的建築中。
綜合一下,日本低層住宅多為木造,公寓多鋼筋混凝土 ,木造耐震技術先進,公寓安全耐久 。| 美國以木造結構為主,成本低、施工快,適合郊區獨棟住宅。兩國都非常重視抗震設計。
回到住宅建築的重量,上面討論到三種主要結構,鋼筋混凝土、木構造、鋼構造,無疑的,鋼筋混凝土是最重的,鋼構造次之,木結構最輕。
拜AI之賜,以往要花很多時間計算的建築工程當中要做的各式報表,現在只要敲敲鍵盤就可以得到,我以下面的例子給AI去試算:
建築面積100平方公尺,三層樓,樓板厚度45公分,牆體厚度15公分,每層樓3個房間,四間浴室,每個房間都雙面開窗,窗戶大小117公分乘以67公分,房間門寬90公分,高220公分,樓梯寬度90公分,以鋼筋混凝土結構建造。試算這棟建築的重量。
然後AI會列出一長串的計算過程,我們忽略他,直接看結果:這棟建築面積100平方公尺,三層樓,樓板厚度45公分,牆體厚度15公分,含門窗與樓梯的鋼筋混凝土住宅結構重量約 693 噸。
鋼筋混凝土建築本身自重大,對地基承載力要求較高,因此不能使用「獨立基礎」,最好是採用「筏式基礎」,再不然也要採用「連續基礎」,後二者的施工成本比較高,許多建商在建造透天住宅時,如果沒有開挖地下室,則90%的比率是採「連續基礎」,這個設計在申請建築執照送件審查時,算是可以同時達成「法規能過」及「節省成本」的目標。我先前居住的透天社區,建商採全區開挖,筏式基礎,每一戶地下室都是自家的停車空間,這就是高標準的設計了,當然伴隨的就是高成本。
扯遠了,回到主題。同樣的建築設計,改用「鋼構造」,問AI這樣建築物的重量怎樣?答案是:以鋼構造建造此住宅,結構總重量約 277 噸,比純鋼筋混凝土住宅(約693噸)輕約60%。
集中討論鋼筋混凝土和鋼構造兩種建築,我個人的想法如下:
1.鋼筋混凝土自重大,對地基承載力要求較高,蓋在桃園地區,採用連續基礎即可,蓋在臺北盆地或是台南高雄地區,最好採用「筏式基礎」,當然,我是指獨棟透天建築,如果是大樓,當然別無選擇,一定要筏式基礎加鋼樁才是首選。
2.因為自重大,地震的搖晃使得鋼筋混凝土建築本身的拉扯力放大,因此要抗拉力就必須加強鋼筋的設計以及施工時箍筋的仔細程度,但是鋼筋密度與混凝土澆灌時的均勻、密實是「不可得兼」的,鋼筋密度高,混凝土流動性就容易受阻,導致空洞,營造廠為了讓混凝土流動性較佳,常會多灌水,這又會稀釋混凝土的強度。
3.鋼構造可以再細分為「輕鋼構」和「重鋼構」,輕鋼構通常用在搭建鐵皮屋,這種用獨立基礎就可以,不是本篇要討論的。重鋼構會採用「工字鋼」或者「H型鋼」,是用熱軋鋼材,蓋好的建築結構(柱子、梁、樓地板、樓梯、牆壁等)會比鋼筋混凝土輕,但是抗拉力更佳。比輕鋼構重,所以更能抵擋颱風侵襲。
4.鋼構造結構體完成,要再做外牆包覆,外牆包覆的建材有玻璃(商業大樓)、鐵皮(工廠)、石材(少見)、混凝土板材(去大賣場看看,有許多是用這種,像好市多、IKEA、南港展覽館)。這些材料的重量都遠遠低於鋼筋混凝土,而且施工快速、乾式工法較不會有污染。
再總結一次,鋼筋混凝土獨棟住宅693噸,鋼構造獨棟住宅277噸。兩個數字記住了嗎?
各位看到這邊,應該知道我心之所向了吧?我傾向採用鋼構造來建造我的房子。因為鋼構造對基礎要求不高、抗拉力佳、施工期快速、工地較清潔、外牆包覆材料選擇多樣、設計彈性較高(獨棟建築可以外觀繁複)、維護簡單(比如25年後可以把外牆板材拆掉,重新包覆,或者改動室內隔間)、資源消耗較低(離綠建築指標更近)
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