無(wú)論是結(jié)構(gòu)性能、使用功能及經(jīng)濟(jì)效益上,鋼結(jié)構(gòu)都有一定優(yōu)越性。
鋼材的抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高,鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)構(gòu)斷面小、自重輕。一般情況下,高層鋼筋混凝土建筑物的自重在1.5~2.0t/m2左右,高層建筑鋼結(jié)構(gòu)自重大都在1.0t/m2以下,甚至有的辦公室只有0.5~0.6t/m2。結(jié)構(gòu)自重輕,可以減少運(yùn)輸和吊裝費(fèi)用,基礎(chǔ)的負(fù)載也相應(yīng)減少,可以降低基礎(chǔ)造價(jià),特別是在地質(zhì)條件較差地區(qū),例如上海、天津等地區(qū),其優(yōu)點(diǎn)就更為突出。
在高烈度地震區(qū),有設(shè)防要求的高層建筑,若自重減輕一半,相當(dāng)于降低抗震設(shè)防烈度一度。以北京8°抗震設(shè)防烈度為例,中等高度建筑采用鋼結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)自重減輕約1/3,地震作用可減少30~40%,地基上單位面積的負(fù)荷面積也可減少25%以上。
根據(jù)國(guó)外的資料,超高層建筑的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)下表:
鋼結(jié)構(gòu)
鋼混結(jié)構(gòu)
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)
自重
1
1.22
1.72
結(jié)構(gòu)面積
0.28
0.37
1
施工期
1
1.33
1.6
耗鋼量
1.45
1.23
1
鋼結(jié)構(gòu)具有良好的延性,抗震性能好,尤其是在高烈度地震區(qū),使用鋼結(jié)構(gòu)就更為有利。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)延性的保證在于結(jié)構(gòu)的應(yīng)力不太高,而鋼結(jié)構(gòu)的延性在于使部分構(gòu)件進(jìn)入塑性。
結(jié)構(gòu)占有面積(或稱(chēng)為結(jié)構(gòu)平面密度)較小,實(shí)際上是增加了使用面積。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)占有面積只是同類(lèi)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)面積的28%。采用鋼結(jié)構(gòu)可以增加使用面積4%左右,這實(shí)際上是增加建筑物的使用價(jià)值,增加經(jīng)濟(jì)效益。例如北京的長(zhǎng)富宮中心(26層純框架體系,采用鋼結(jié)構(gòu)),鋼柱的斷面僅為450×450mm,層數(shù)和柱網(wǎng)與其類(lèi)似的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),柱斷面約在900×900mm左右。如果按照增加使用面積4%來(lái)計(jì)算,對(duì)于一個(gè)5萬(wàn)平米的建筑來(lái)說(shuō),等于增加了2000m2左右的使用面積,其價(jià)值是相當(dāng)可觀的。
施工速度快。采用鋼結(jié)構(gòu)可為施工提供較大的空間和較為寬敞的施工作業(yè)面。鋼結(jié)構(gòu)工程的柱子一般取3~4層為一個(gè)施工段,在現(xiàn)場(chǎng)一次吊裝。而且柱子的吊裝、鋼框架的安裝、鋼筋混凝土核心筒的澆筑、組合樓蓋的施工等,可以實(shí)施平行立體交叉作業(yè)。有時(shí)在上部安裝柱、框架的同時(shí),下部可以進(jìn)行內(nèi)部裝飾、裝修工程。因此,在保證技術(shù)、供應(yīng)、管理等方面的條件下,可以提前投入使用。國(guó)內(nèi)部分高層建筑鋼結(jié)構(gòu)工程施工工期見(jiàn)附表??梢?jiàn)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比,30~50層的鋼結(jié)構(gòu)工程可以縮短施工工期8~12個(gè)月左右。隨著高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展、應(yīng)用、經(jīng)驗(yàn)的積累,施工速度還可以加快。
我國(guó)幾幢高層建筑 施工工期比較
工程名稱(chēng)
上海瑞金大廈
上海瑞金大廈
上海靜安-希爾頓酒店
北京長(zhǎng)富宮中心
北京國(guó)際飯店
層數(shù)(地上/地下)
29/1
26/2
43/1
25/3
27/1
總建筑面積(m2)
36167
56710
52000
50516
97000
結(jié)構(gòu)形式
s
src
s
s
sr
施工周期(月)
20
24
30
30
43
(注:S-鋼結(jié)構(gòu),SRC-鋼骨混凝土結(jié)構(gòu),RC-鋼筋混凝土結(jié)構(gòu))
鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量容易保證。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件一般都在工廠里制造、加工,精度高。在工地只安裝就位,用工省,現(xiàn)場(chǎng)比較文明。減少了沙、石、水泥堆放場(chǎng)地,還減少了模板儲(chǔ)運(yùn)、現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件預(yù)制及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆時(shí)的濕作業(yè),在鬧市區(qū)或密集的居民區(qū)內(nèi),具有很大的優(yōu)點(diǎn)。
鋼結(jié)構(gòu)建筑在使用過(guò)程中易于改造,如加固、接高、擴(kuò)大樓面等內(nèi)部分割,變動(dòng)比較容易、靈活。一些發(fā)達(dá)國(guó)家認(rèn)為:鋼結(jié)構(gòu)建筑是環(huán)保型建筑,可以重復(fù)利用,減少礦產(chǎn)資源的開(kāi)采。
鋼結(jié)構(gòu)可以做成大跨度、大空間。開(kāi)敞式的大平面辦公室60年代后得到較大的發(fā)展,有的國(guó)家稱(chēng)之為"園林化辦公室"。這種辦公室要求較大尺寸的柱網(wǎng)布置,并且柱子斷面越小越合適。采用12~15m的柱網(wǎng)已經(jīng)很普遍。鋼結(jié)構(gòu)正適合于這種要求,因它可形成較寬敞的無(wú)柱空間,便于內(nèi)部靈活布置。
當(dāng)然,為了形成開(kāi)敞空間,采取桁架梁、格構(gòu)梁、吊掛結(jié)構(gòu)等都是常用的有效方法。
管線布置方便。在鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)空間中,有許多孔洞與空腔,而且鋼梁的腹板也允許穿越小于一定直徑的管線,這樣使管線的布置較為方便,也增加了建筑凈高,而且管線的更換、修理都較方便。
盡管高層建筑鋼結(jié)構(gòu)具有上述的優(yōu)越性,但是,也有一定的缺點(diǎn)。關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)較高的問(wèn)題,需全面、正確地用綜合效益來(lái)分析。鋼結(jié)構(gòu)的防火性能比較差,必須做防火及防銹處理,增加了造價(jià)。
鋼結(jié)構(gòu)的造價(jià)與許多因素有關(guān),如鋼鐵的生產(chǎn)量、加工水平、鋼材品種、規(guī)格、設(shè)計(jì)技術(shù)水平、計(jì)算造價(jià)的方法等,所以要具體分析。
基本建設(shè)投資=建筑工程費(fèi)+設(shè)備購(gòu)置安裝費(fèi)+動(dòng)遷費(fèi)+土地購(gòu)置費(fèi)+其它
土建工程費(fèi)=上部結(jié)構(gòu)費(fèi)+裝飾裝修費(fèi)+基礎(chǔ)(地下部分)
從表中可以看出上部結(jié)構(gòu)僅占土建造價(jià)的30%左右,占總投資的7~10%。據(jù)分析,采用鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的差異只占總投資4%以下,而且目前各種雜費(fèi)所占比例越來(lái)越大,例如征地費(fèi)、動(dòng)遷費(fèi),越繁華的地段越高;而裝飾裝修費(fèi)和設(shè)備費(fèi)在某些工程中經(jīng)常超過(guò)結(jié)構(gòu)費(fèi)用。隨著技術(shù)的發(fā)展,輕質(zhì)材料的應(yīng)用,設(shè)計(jì)方法的改進(jìn),鋼結(jié)構(gòu)的造價(jià)也會(huì)降低,比鋼筋混凝土造價(jià)高的問(wèn)題,也就不明顯了。
鋼材的抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高,鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)構(gòu)斷面小、自重輕。一般情況下,高層鋼筋混凝土建筑物的自重在1.5~2.0t/m2左右,高層建筑鋼結(jié)構(gòu)自重大都在1.0t/m2以下,甚至有的辦公室只有0.5~0.6t/m2。結(jié)構(gòu)自重輕,可以減少運(yùn)輸和吊裝費(fèi)用,基礎(chǔ)的負(fù)載也相應(yīng)減少,可以降低基礎(chǔ)造價(jià),特別是在地質(zhì)條件較差地區(qū),例如上海、天津等地區(qū),其優(yōu)點(diǎn)就更為突出。
在高烈度地震區(qū),有設(shè)防要求的高層建筑,若自重減輕一半,相當(dāng)于降低抗震設(shè)防烈度一度。以北京8°抗震設(shè)防烈度為例,中等高度建筑采用鋼結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)自重減輕約1/3,地震作用可減少30~40%,地基上單位面積的負(fù)荷面積也可減少25%以上。
根據(jù)國(guó)外的資料,超高層建筑的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)下表:
鋼結(jié)構(gòu)
鋼混結(jié)構(gòu)
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)
自重
1
1.22
1.72
結(jié)構(gòu)面積
0.28
0.37
1
施工期
1
1.33
1.6
耗鋼量
1.45
1.23
1
鋼結(jié)構(gòu)具有良好的延性,抗震性能好,尤其是在高烈度地震區(qū),使用鋼結(jié)構(gòu)就更為有利。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)延性的保證在于結(jié)構(gòu)的應(yīng)力不太高,而鋼結(jié)構(gòu)的延性在于使部分構(gòu)件進(jìn)入塑性。
結(jié)構(gòu)占有面積(或稱(chēng)為結(jié)構(gòu)平面密度)較小,實(shí)際上是增加了使用面積。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)占有面積只是同類(lèi)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)面積的28%。采用鋼結(jié)構(gòu)可以增加使用面積4%左右,這實(shí)際上是增加建筑物的使用價(jià)值,增加經(jīng)濟(jì)效益。例如北京的長(zhǎng)富宮中心(26層純框架體系,采用鋼結(jié)構(gòu)),鋼柱的斷面僅為450×450mm,層數(shù)和柱網(wǎng)與其類(lèi)似的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),柱斷面約在900×900mm左右。如果按照增加使用面積4%來(lái)計(jì)算,對(duì)于一個(gè)5萬(wàn)平米的建筑來(lái)說(shuō),等于增加了2000m2左右的使用面積,其價(jià)值是相當(dāng)可觀的。
施工速度快。采用鋼結(jié)構(gòu)可為施工提供較大的空間和較為寬敞的施工作業(yè)面。鋼結(jié)構(gòu)工程的柱子一般取3~4層為一個(gè)施工段,在現(xiàn)場(chǎng)一次吊裝。而且柱子的吊裝、鋼框架的安裝、鋼筋混凝土核心筒的澆筑、組合樓蓋的施工等,可以實(shí)施平行立體交叉作業(yè)。有時(shí)在上部安裝柱、框架的同時(shí),下部可以進(jìn)行內(nèi)部裝飾、裝修工程。因此,在保證技術(shù)、供應(yīng)、管理等方面的條件下,可以提前投入使用。國(guó)內(nèi)部分高層建筑鋼結(jié)構(gòu)工程施工工期見(jiàn)附表??梢?jiàn)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比,30~50層的鋼結(jié)構(gòu)工程可以縮短施工工期8~12個(gè)月左右。隨著高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展、應(yīng)用、經(jīng)驗(yàn)的積累,施工速度還可以加快。
我國(guó)幾幢高層建筑 施工工期比較
工程名稱(chēng)
上海瑞金大廈
上海瑞金大廈
上海靜安-希爾頓酒店
北京長(zhǎng)富宮中心
北京國(guó)際飯店
層數(shù)(地上/地下)
29/1
26/2
43/1
25/3
27/1
總建筑面積(m2)
36167
56710
52000
50516
97000
結(jié)構(gòu)形式
s
src
s
s
sr
施工周期(月)
20
24
30
30
43
(注:S-鋼結(jié)構(gòu),SRC-鋼骨混凝土結(jié)構(gòu),RC-鋼筋混凝土結(jié)構(gòu))
鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量容易保證。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件一般都在工廠里制造、加工,精度高。在工地只安裝就位,用工省,現(xiàn)場(chǎng)比較文明。減少了沙、石、水泥堆放場(chǎng)地,還減少了模板儲(chǔ)運(yùn)、現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件預(yù)制及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆時(shí)的濕作業(yè),在鬧市區(qū)或密集的居民區(qū)內(nèi),具有很大的優(yōu)點(diǎn)。
鋼結(jié)構(gòu)建筑在使用過(guò)程中易于改造,如加固、接高、擴(kuò)大樓面等內(nèi)部分割,變動(dòng)比較容易、靈活。一些發(fā)達(dá)國(guó)家認(rèn)為:鋼結(jié)構(gòu)建筑是環(huán)保型建筑,可以重復(fù)利用,減少礦產(chǎn)資源的開(kāi)采。
鋼結(jié)構(gòu)可以做成大跨度、大空間。開(kāi)敞式的大平面辦公室60年代后得到較大的發(fā)展,有的國(guó)家稱(chēng)之為"園林化辦公室"。這種辦公室要求較大尺寸的柱網(wǎng)布置,并且柱子斷面越小越合適。采用12~15m的柱網(wǎng)已經(jīng)很普遍。鋼結(jié)構(gòu)正適合于這種要求,因它可形成較寬敞的無(wú)柱空間,便于內(nèi)部靈活布置。
當(dāng)然,為了形成開(kāi)敞空間,采取桁架梁、格構(gòu)梁、吊掛結(jié)構(gòu)等都是常用的有效方法。
管線布置方便。在鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)空間中,有許多孔洞與空腔,而且鋼梁的腹板也允許穿越小于一定直徑的管線,這樣使管線的布置較為方便,也增加了建筑凈高,而且管線的更換、修理都較方便。
盡管高層建筑鋼結(jié)構(gòu)具有上述的優(yōu)越性,但是,也有一定的缺點(diǎn)。關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)較高的問(wèn)題,需全面、正確地用綜合效益來(lái)分析。鋼結(jié)構(gòu)的防火性能比較差,必須做防火及防銹處理,增加了造價(jià)。
鋼結(jié)構(gòu)的造價(jià)與許多因素有關(guān),如鋼鐵的生產(chǎn)量、加工水平、鋼材品種、規(guī)格、設(shè)計(jì)技術(shù)水平、計(jì)算造價(jià)的方法等,所以要具體分析。
基本建設(shè)投資=建筑工程費(fèi)+設(shè)備購(gòu)置安裝費(fèi)+動(dòng)遷費(fèi)+土地購(gòu)置費(fèi)+其它
土建工程費(fèi)=上部結(jié)構(gòu)費(fèi)+裝飾裝修費(fèi)+基礎(chǔ)(地下部分)
從表中可以看出上部結(jié)構(gòu)僅占土建造價(jià)的30%左右,占總投資的7~10%。據(jù)分析,采用鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的差異只占總投資4%以下,而且目前各種雜費(fèi)所占比例越來(lái)越大,例如征地費(fèi)、動(dòng)遷費(fèi),越繁華的地段越高;而裝飾裝修費(fèi)和設(shè)備費(fèi)在某些工程中經(jīng)常超過(guò)結(jié)構(gòu)費(fèi)用。隨著技術(shù)的發(fā)展,輕質(zhì)材料的應(yīng)用,設(shè)計(jì)方法的改進(jìn),鋼結(jié)構(gòu)的造價(jià)也會(huì)降低,比鋼筋混凝土造價(jià)高的問(wèn)題,也就不明顯了。