建筑钢结构的经济性能分析

[摘要]钢结构以它独特的优点适应了建筑业发展的需要，被大量地运用在了住宅、高层、超高层等建筑中，钢结构的发展前景广阔。论述了建筑设计中的经济型结构，阐述了钢结构的优点和经济性。

[关键词]建筑结构 钢结构 经济性

建筑钢结构的经济性能一直是大家最为关注的一个问题。如何控制工程造价，充分发挥钢结构建筑技术经济上的综合优势，工程设计阶段是关键阶段。据权威资料统计分析，在初步设计阶段，影响工程造价的可能性为75%－95%；在技术设计阶段，影响工程造价的可能性为35%－75%；在施工图设计阶段，影响工程造价的可能性为5%－35%。以下就建筑结构体系等方面进行简要分析，探讨提高建筑经济性能的可行性的方法。

在建筑结构设计中，不同方案的选择及不同建筑材料的选用对工程造价会有较大影响， 像基础类型选用、进深与开间的确定、层高与层数的确定、结构形式选择等都存在着技术经济分析问题。下面就主要结构部分进行举例说明:

基础：基础结构的造价与工程所在地的地质条件密切相关，其工期约占整个建筑物主体工程的25%－30%，造价约占总造价的10％－20％，基础工程的重要性显而易见。所以设计时应重视地质勘察报告的交底工作，选择合理的基础型式，控制基础的截面尺寸与埋深。这对整座住宅楼工程造价的控制起到了积极作用。

柱网布局与柱子：柱网布局是确定柱子的行距(跨度)和间距(每行柱子相邻两柱间的距离)的依据。一般来讲，柱网尺寸在6－12m之间，柱距小则传力路线短，上部结构节省材料，但可能基础费用高，因而柱网布局是否合理，对工程的结构造价有很大的影响。此外，柱子截面形状及大小的选择也对工程造价有着直接的影响。

梁：矩形截面梁是最普通的受弯构件，在设计时常被使用，但材料利用率很低。一是因为靠近中和轴的材料应力较低;二是梁的弯矩沿梁长是变化的。由于等截面梁大部分区段应力低，材料得不到很好利用，只有在轴心受力时，材料利用率才可提高。因此，设计时可采用平面桁架代替矩形梁，平面桁架相当于掏空的梁，将梁中多余的材料掏去，这样既经济，自重又可减轻。它还可发展为空间网架，材料的利用率就能大幅提高。

多层民用建筑设计多采用钢筋砼结构和砖混结构，很少采用钢结构，钢结构在民用房屋的应用主要还集中在高层建筑上，近年随着经济建设的发展，钢结构在民用建筑上的应用越来越多，随着钢结构在实际工程的应用经验和设计理论研究的日益广泛，及钢结构生产厂家不断推出新的钢结构产品，钢结构在多层民用建筑上的应用日渐增长，例如组合楼盖在多层民用房屋楼盖中的应用，在不降低结构安全指标的基础上，即可降低梁高、板厚，减轻结构自重和地震作用，又可获得较大的建筑空间，满足建筑使用的要求，相对钢筋砼具有较高的经济价值。轧制H型钢的大量生产，楼承板的多样化，防腐涂料及防火涂料的成熟也为多层民用房屋钢结构的应用创造了广阔的空间，多层钢结构相对钢筋砼结构有如下特点：

质量易控制：钢结构构件工厂加工，节点螺栓连接，生产自动化程度高，精度有保证，干作业，质量易于控制，钢筋砼结构现场浇注，湿作业，质量与技工水平有很大关系。

施工工期短：钢结构工厂化生产，现场安装，工序简单，工作面大，施工速度快，钢筋砼结构要钢筋绑扎、支模、浇注、震捣、养护多道工序，耗费人力物力，施工周期长。

充分利用建筑空间：钢结构相对钢筋砼结构梁柱截面小，可以降低层高，增大有效使用面积，结构布置灵活，容易获得大空间，能够悬挑较大跨度。

基础工程量减少地震作用弱：钢结构结构自重轻，柔性好，抗震有利，基础受力减小，基础截面降低，基础工程量减少。

结构防腐、防火、建筑隔声、需做处理。

钢结构体系在降低造价方面也有特别之处，不同的结构体系和平、立面布置对工程造价的影响较明显。在设计阶段只有根据建筑物的使用功能要求，确定合理的平、立面布置和结构体系，才能有效控制工程造价，做到经济适用。列举如下：

根据有关资料测算分析，对于多层建筑，不同层数对土建工程造价的影响为10%－25%；不同层高对土建工程造价的影响为1.5%－12%。

门式刚架轻钢结构厂房设计，同样存在经济跨度和刚架最优间距。在工艺要求允许的情况下，尽量选择小跨度的门式刚架较为经济。一般情况下，门式刚架的最优间距为6m－9m，当设有大吨位吊车时，经济柱距一般为7m－9m，不宜超过9m，超过9m时，屋面檩条、吊车梁与墙架体系的用钢量也会相应增加，造价并不经济。

在多、高层钢结构中，楼板结构体系的工程量占有较大比重，对结构的工作性能、造价都有重要影响。在确定楼板结构方案时，主要考虑要保证楼板有足够的平面整体刚度，能减轻结构的自重及减小结构层的高度，有利于现场安装方便及快速施工，还要有较好的防火、隔音性能，并便于管线的敷设。常用楼板做法有：压型钢板组合楼板、预制楼板、叠合楼板和普通现浇钢筋混凝土楼板等。目前最常用的做法为压型钢板组合楼板和普通现浇钢筋混凝土板。当采用这两种做法时，考虑现浇板与钢梁组合成为共同受力的组合梁，能有效降低钢梁高度，较多地节约钢材。

在高层钢结构中，框架柱采用圆形钢管混凝土柱，梁、板采用钢-砼组合结构，总用钢量比普通钢结构用钢量有大幅度减小，能有效降低工程造价。

钢结构建筑所具有的优点决定其必将具有强大的生命力。钢结构体系，制造工场化，施工干作业，工期短，工业化程度高，无污染，无建筑垃圾，符合建筑市场发展趋势。可见随着钢结构的进一步发展，钢结构体系值得在多层民用建筑中推广使用。

[1]康珍珍，高层建筑结构体系分析及结构选型模糊决策研究[D]辽宁工程技术大学，2006.

[2]李英攀，我国钢结构住宅建筑及其产业化研究[D]武汉理工大学，2003.