無論是結構性能、使用功能及經(jīng)濟效益上,鋼結構都有一定優(yōu)越性。
鋼材的抗拉、抗壓、抗剪強度相對來說比較高,鋼結構構件結構斷面小、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,高層建筑鋼結構自重大都在1.0t/m2以下,甚至有的辦公室只有0.5~0.6t/m2。結構自重輕,可以減少運輸和吊裝費用,基礎的負載也相應減少,可以降低基礎造價,特別是在地質條件較差地區(qū),例如上海、天津等地區(qū),其優(yōu)點就更為突出。
在高烈度地震區(qū),有設防要求的高層建筑,若自重減輕一半,相當于降低抗震設防烈度一度。以北京8°抗震設防烈度為例,中等高度建筑采用鋼結構,結構自重減輕約1/3,地震作用可減少30~40%,地基上單位面積的負荷面積也可減少25%以上。
根據(jù)國外的資料,超高層建筑的技術經(jīng)濟指標見下表:
鋼結構
鋼混結構
鋼筋混凝土結構
自重
1
1.22
1.72
結構面積
0.28
0.37
1
施工期
1
1.33
1.6
耗鋼量
1.45
1.23
1
鋼結構具有良好的延性,抗震性能好,尤其是在高烈度地震區(qū),使用鋼結構就更為有利。鋼筋混凝土結構延性的保證在于結構的應力不太高,而鋼結構的延性在于使部分構件進入塑性。
結構占有面積(或稱為結構平面密度)較小,實際上是增加了使用面積。高層建筑鋼結構的結構占有面積只是同類鋼筋混凝土結構面積的28%。采用鋼結構可以增加使用面積4%左右,這實際上是增加建筑物的使用價值,增加經(jīng)濟效益。例如北京的長富宮中心(26層純框架體系,采用鋼結構),鋼柱的斷面僅為450×450mm,層數(shù)和柱網(wǎng)與其類似的鋼筋混凝土結構,柱斷面約在900×900mm左右。如果按照增加使用面積4%來計算,對于一個5萬平米的建筑來說,等于增加了2000m2左右的使用面積,其價值是相當可觀的。
施工速度快。采用鋼結構可為施工提供較大的空間和較為寬敞的施工作業(yè)面。鋼結構工程的柱子一般取3~4層為一個施工段,在現(xiàn)場一次吊裝。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,可以實施平行立體交叉作業(yè)。有時在上部安裝柱、框架的同時,下部可以進行內(nèi)部裝飾、裝修工程。因此,在保證技術、供應、管理等方面的條件下,可以提前投入使用。國內(nèi)部分高層建筑鋼結構工程施工工期見附表??梢娕c鋼筋混凝土結構相比,30~50層的鋼結構工程可以縮短施工工期8~12個月左右。隨著高層建筑鋼結構的發(fā)展、應用、經(jīng)驗的積累,施工速度還可以加快。
我國幾幢高層建筑 施工工期比較
工程名稱
上海瑞金大廈
上海瑞金大廈
上海靜安-希爾頓酒店
北京長富宮中心
北京國際飯店
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
結構形式
s
src
s
s
sr
施工周期(月)
20
24
30
30
43
(注:S-鋼結構,SRC-鋼骨混凝土結構,RC-鋼筋混凝土結構)
鋼結構的質量容易保證。鋼結構構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)場比較文明。減少了沙、石、水泥堆放場地,還減少了模板儲運、現(xiàn)場構件預制及鋼筋混凝土結構現(xiàn)澆時的濕作業(yè),在鬧市區(qū)或密集的居民區(qū)內(nèi),具有很大的優(yōu)點。
鋼結構建筑在使用過程中易于改造,如加固、接高、擴大樓面等內(nèi)部分割,變動比較容易、靈活。一些發(fā)達國家認為:鋼結構建筑是環(huán)保型建筑,可以重復利用,減少礦產(chǎn)資源的開采。
鋼結構可以做成大跨度、大空間。開敞式的大平面辦公室60年代后得到較大的發(fā)展,有的國家稱之為"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。鋼結構正適合于這種要求,因它可形成較寬敞的無柱空間,便于內(nèi)部靈活布置。
當然,為了形成開敞空間,采取桁架梁、格構梁、吊掛結構等都是常用的有效方法。
管線布置方便。在鋼結構的結構空間中,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。
盡管高層建筑鋼結構具有上述的優(yōu)越性,但是,也有一定的缺點。關于鋼結構造價較高的問題,需全面、正確地用綜合效益來分析。鋼結構的防火性能比較差,必須做防火及防銹處理,增加了造價。
鋼結構的造價與許多因素有關,如鋼鐵的生產(chǎn)量、加工水平、鋼材品種、規(guī)格、設計技術水平、計算造價的方法等,所以要具體分析。
基本建設投資=建筑工程費+設備購置安裝費+動遷費+土地購置費+其它
土建工程費=上部結構費+裝飾裝修費+基礎(地下部分)
從表中可以看出上部結構僅占土建造價的30%左右,占總投資的7~10%。據(jù)分析,采用鋼結構和混凝土結構的差異只占總投資4%以下,而且目前各種雜費所占比例越來越大,例如征地費、動遷費,越繁華的地段越高;而裝飾裝修費和設備費在某些工程中經(jīng)常超過結構費用。隨著技術的發(fā)展,輕質材料的應用,設計方法的改進,鋼結構的造價也會降低,比鋼筋混凝土造價高的問題,也就不明顯了。
鋼材的抗拉、抗壓、抗剪強度相對來說比較高,鋼結構構件結構斷面小、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,高層建筑鋼結構自重大都在1.0t/m2以下,甚至有的辦公室只有0.5~0.6t/m2。結構自重輕,可以減少運輸和吊裝費用,基礎的負載也相應減少,可以降低基礎造價,特別是在地質條件較差地區(qū),例如上海、天津等地區(qū),其優(yōu)點就更為突出。
在高烈度地震區(qū),有設防要求的高層建筑,若自重減輕一半,相當于降低抗震設防烈度一度。以北京8°抗震設防烈度為例,中等高度建筑采用鋼結構,結構自重減輕約1/3,地震作用可減少30~40%,地基上單位面積的負荷面積也可減少25%以上。
根據(jù)國外的資料,超高層建筑的技術經(jīng)濟指標見下表:
鋼結構
鋼混結構
鋼筋混凝土結構
自重
1
1.22
1.72
結構面積
0.28
0.37
1
施工期
1
1.33
1.6
耗鋼量
1.45
1.23
1
鋼結構具有良好的延性,抗震性能好,尤其是在高烈度地震區(qū),使用鋼結構就更為有利。鋼筋混凝土結構延性的保證在于結構的應力不太高,而鋼結構的延性在于使部分構件進入塑性。
結構占有面積(或稱為結構平面密度)較小,實際上是增加了使用面積。高層建筑鋼結構的結構占有面積只是同類鋼筋混凝土結構面積的28%。采用鋼結構可以增加使用面積4%左右,這實際上是增加建筑物的使用價值,增加經(jīng)濟效益。例如北京的長富宮中心(26層純框架體系,采用鋼結構),鋼柱的斷面僅為450×450mm,層數(shù)和柱網(wǎng)與其類似的鋼筋混凝土結構,柱斷面約在900×900mm左右。如果按照增加使用面積4%來計算,對于一個5萬平米的建筑來說,等于增加了2000m2左右的使用面積,其價值是相當可觀的。
施工速度快。采用鋼結構可為施工提供較大的空間和較為寬敞的施工作業(yè)面。鋼結構工程的柱子一般取3~4層為一個施工段,在現(xiàn)場一次吊裝。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,可以實施平行立體交叉作業(yè)。有時在上部安裝柱、框架的同時,下部可以進行內(nèi)部裝飾、裝修工程。因此,在保證技術、供應、管理等方面的條件下,可以提前投入使用。國內(nèi)部分高層建筑鋼結構工程施工工期見附表??梢娕c鋼筋混凝土結構相比,30~50層的鋼結構工程可以縮短施工工期8~12個月左右。隨著高層建筑鋼結構的發(fā)展、應用、經(jīng)驗的積累,施工速度還可以加快。
我國幾幢高層建筑 施工工期比較
工程名稱
上海瑞金大廈
上海瑞金大廈
上海靜安-希爾頓酒店
北京長富宮中心
北京國際飯店
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
結構形式
s
src
s
s
sr
施工周期(月)
20
24
30
30
43
(注:S-鋼結構,SRC-鋼骨混凝土結構,RC-鋼筋混凝土結構)
鋼結構的質量容易保證。鋼結構構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)場比較文明。減少了沙、石、水泥堆放場地,還減少了模板儲運、現(xiàn)場構件預制及鋼筋混凝土結構現(xiàn)澆時的濕作業(yè),在鬧市區(qū)或密集的居民區(qū)內(nèi),具有很大的優(yōu)點。
鋼結構建筑在使用過程中易于改造,如加固、接高、擴大樓面等內(nèi)部分割,變動比較容易、靈活。一些發(fā)達國家認為:鋼結構建筑是環(huán)保型建筑,可以重復利用,減少礦產(chǎn)資源的開采。
鋼結構可以做成大跨度、大空間。開敞式的大平面辦公室60年代后得到較大的發(fā)展,有的國家稱之為"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。鋼結構正適合于這種要求,因它可形成較寬敞的無柱空間,便于內(nèi)部靈活布置。
當然,為了形成開敞空間,采取桁架梁、格構梁、吊掛結構等都是常用的有效方法。
管線布置方便。在鋼結構的結構空間中,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。
盡管高層建筑鋼結構具有上述的優(yōu)越性,但是,也有一定的缺點。關于鋼結構造價較高的問題,需全面、正確地用綜合效益來分析。鋼結構的防火性能比較差,必須做防火及防銹處理,增加了造價。
鋼結構的造價與許多因素有關,如鋼鐵的生產(chǎn)量、加工水平、鋼材品種、規(guī)格、設計技術水平、計算造價的方法等,所以要具體分析。
基本建設投資=建筑工程費+設備購置安裝費+動遷費+土地購置費+其它
土建工程費=上部結構費+裝飾裝修費+基礎(地下部分)
從表中可以看出上部結構僅占土建造價的30%左右,占總投資的7~10%。據(jù)分析,采用鋼結構和混凝土結構的差異只占總投資4%以下,而且目前各種雜費所占比例越來越大,例如征地費、動遷費,越繁華的地段越高;而裝飾裝修費和設備費在某些工程中經(jīng)常超過結構費用。隨著技術的發(fā)展,輕質材料的應用,設計方法的改進,鋼結構的造價也會降低,比鋼筋混凝土造價高的問題,也就不明顯了。