民用建筑鋼結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計及經(jīng)濟比較

1、<p>　　民用建筑鋼結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計及經(jīng)濟比較</p><p>　　[摘要] 針對日漸增多的新型輕鋼民用建筑的設(shè)計進行分析，探討了鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)計算分析及板材應(yīng)用，措施，及控制成本的方法；并與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行全方位的對比，經(jīng)濟成本分析，可供設(shè)計人員及地產(chǎn)公司研究人員參考。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]鋼結(jié)構(gòu)；用鋼量；成本控制；經(jīng)濟分析 </p><p>

2、;　　中圖分類號： TU319文獻標識碼： A </p><p><b>　　0引言 </b></p><p>　　近年來，我國鋼產(chǎn)量得到大幅提高，國家的用鋼政策從20世紀50～60年代的限制用鋼,到70～80年代的節(jié)約用鋼,到二十一世紀已調(diào)整為鼓勵用鋼。鋼結(jié)構(gòu)的環(huán)保，節(jié)能，低碳，易回收，高安全，好控制，施工周期短，經(jīng)濟性合理的特性，越來越受到開發(fā)商的青睞，本文對鋼結(jié)

3、構(gòu)在多層民用建筑當中的特點進行了初步的探索，并對其經(jīng)濟性進行了比較，以供參考。 </p><p><b>　　結(jié)構(gòu)特點分析 </b></p><p>　　1.1主體受力構(gòu)件結(jié)構(gòu)體系 </p><p>　　國內(nèi)主體結(jié)構(gòu)的鋼材材料主要還是以Q235和Q345等低強度鋼材為主，品種主要有焊接H形鋼、焊接箱型鋼材、輕型熱軋H型鋼等。結(jié)構(gòu)體系多為框架、框

4、架-支撐體系、框架-內(nèi)筒體系、帶伸臂桁架的框架-內(nèi)筒體系、筒中筒及成束筒等。單層結(jié)構(gòu)的話還有輕型門式鋼架體系。在一些高層結(jié)構(gòu)中，鋼管混凝土柱、型鋼混凝土梁柱結(jié)構(gòu)也使用比較多。另外，大跨度、空間結(jié)構(gòu)也得到非常廣泛的應(yīng)用，如網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、空間桁架結(jié)構(gòu)、索膜結(jié)構(gòu)等等。 </p><p>　　1.2屋面、樓面結(jié)構(gòu)特點 </p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)建筑樓板必須有足夠的強度，剛度，和整體穩(wěn)定性，同時應(yīng)盡量

5、采用有效措施減輕樓板自重，并提高施工速度。組合樓蓋是其中最常用的樓蓋之一。組合樓蓋主要有三種形式：（1）壓型鋼板組合樓蓋，其下表面凹凸不平，一般需做吊頂。常用于工業(yè)建筑或必須做吊頂?shù)慕ㄖ?，目前有一種閉口壓型鋼板，施工完下表面光滑平整，效果較好，但造價較貴。（2）現(xiàn)澆整體組合樓蓋，其整體性能好，但需要支撐模板，施工速度較慢。（3）鋼-混凝土疊合板組合樓蓋，整體性好，還能節(jié)約模板和吊頂?shù)馁M用。其造價約為壓型鋼板組合樓蓋的七成。（4）鋼筋桁架

6、樓承板。由多維聯(lián)合集團研發(fā)的樓承板，是將樓板中的鋼筋在工廠加工成鋼筋桁架，并將鋼筋桁架與鍍鋅壓型鋼板焊接成一體的組合模板。該板具有經(jīng)濟，安全，便捷，可靠的多重特點，目前被廣泛用于多層廠房，多層、高層、超高層鋼結(jié)構(gòu)樓宇。5）其他樓板材料還有預(yù)制板，輕骨料或加氣混凝土樓板，彩鋼夾芯板等?？筛鶕?jù)工程具體情況，采用合適經(jīng)濟的材料。 </p><p>　　1.3內(nèi)外墻圍護結(jié)構(gòu)材料分析 </p><p&g

7、t;　　內(nèi)外墻的造價約占鋼結(jié)構(gòu)住宅總造價的30%，對住宅的造價影響很大，同時，為減輕結(jié)構(gòu)自重，滿足建筑節(jié)能要求，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)勢，其圍護墻體要滿足自重輕、強度高、保溫隔熱性好、安裝可靠、經(jīng)久耐用、經(jīng)濟合理的要求，故應(yīng)采用輕質(zhì)材料。如外墻可采用蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土墻板 （ALC板）、SRC復(fù)合保溫墻板、鋼絲網(wǎng)復(fù)合保溫板、植物纖維強化空心墻板、 玻璃纖維加強水泥墻板等工廠預(yù)制的標準化輕質(zhì)墻板和玻璃幕墻等。內(nèi)墻可采用輕鋼龍骨石膏板、加氣

8、混凝土輕質(zhì)墻板、ALC輕質(zhì)砌塊、 輕質(zhì)改性石膏砌塊、夾層復(fù)合板、稻草板等。 ALC板自重輕，抗震性好，安裝方便，施工速度快，具有良好的保溫隔熱性、防水性和防火性， 非常適合與鋼結(jié)構(gòu)配套使用， 使用250mm以上厚度的ALC板作為外墻，可達到節(jié)能50%的要求，是理想的節(jié)能型墻體材料。鋼絲網(wǎng)復(fù)合保溫板或夾層復(fù)合板具有質(zhì)輕、墻薄、高效施工等特點和較好的抗震、隔聲等性能，可分別用于各種結(jié)構(gòu)的外墻或框架結(jié)構(gòu)的非承重墻。 稻草板除了具有質(zhì)輕、墻薄、

9、高效施工等特點外， 還具有抗震、 透氣性和人居親和性好等特點，適用于多層建筑非承重的內(nèi)隔墻. </p><p>　　由于鋼結(jié)構(gòu)圍護構(gòu)件易于安裝，也容易拆卸，所以能夠?qū)崿F(xiàn)空間靈活組合，滿足各種用戶不同階段的多種需求，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)用戶預(yù)定戶型的特殊要求。這一點，是混凝土結(jié)構(gòu)無法實現(xiàn)的。 </p><p><b>　　工程實例分析 </b></p><p

10、><b>　　2.1工程概況 </b></p><p>　　本工程位于河北某市，地上九層，局部樓電梯間出屋面一層，抗震設(shè)防烈度7度（0.10g），建筑類別為丙類，耐火等級一級，建筑場地類別為II類。建筑物長48.6m,寬32m,結(jié)構(gòu)總高32.4m,柱距8.0mX8.1m,層高為3.60m?；撅L壓：0.45kN/m2, 基本雪壓：0.40kN/m2，樓面恒載：3.00kN/m2，樓面活

11、荷：2.00kN/m2。屋面恒載：4.00kN/m2，屋面活荷：0.50kN/m2。（以上建筑經(jīng)過簡化處理。） </p><p>　　2.2結(jié)構(gòu)方案布置 </p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)框架方案基礎(chǔ)擬采用灌注樁承臺短柱基礎(chǔ)，框架柱為鋼箱形柱，梁為焊接H型鋼，樓蓋為我公司專利的樓承板樓板，墻面考慮與混凝土結(jié)構(gòu)有利比較，采用輕質(zhì)砌塊。 </p><p>　　混凝土框架結(jié)構(gòu)方

12、案采用亦采用灌注樁承臺基礎(chǔ)，框架柱5層以下采用C40，其余采用C30;梁采用十字交叉梁，現(xiàn)澆混凝土樓板。 </p><p>　　2.3結(jié)構(gòu)分析方法 </p><p>　　二種結(jié)構(gòu)體系均采用建研院PKPM系列軟件STS與PMCAD建模，接力SATWE計算，校核程序采用ETABS8及手算。 </p><p><b>　　2.4計算結(jié)果 </b>&l

13、t;/p><p>　　結(jié)構(gòu)方案在滿足規(guī)范配筋率、構(gòu)造、及穩(wěn)定、高寬厚比等要求的前提下，應(yīng)力比取為0.85~0.9,結(jié)構(gòu)樓層位移、層間位移角，均滿足規(guī)范要求,結(jié)構(gòu)計算周期合理，且兩方案樓層位移等結(jié)果接近或相同。 </p><p>　　表1. 構(gòu)件截面表 </p><p>　　結(jié)構(gòu)體系 基礎(chǔ)做法 柱截面（mm） 主梁截面（mm） 次梁截面（mm） 樓蓋板厚（mm） <

14、/p><p>　　混凝土結(jié)構(gòu) 灌注樁+承臺 750*750 </p><p><b>　　650*650 </b></p><p>　　500*500 300*650 </p><p><b>　　300*600 </b></p><p><b>　　250*500 &

15、lt;/b></p><p>　　TD3-70(板厚100mm) </p><p>　　鋼結(jié)構(gòu) 灌注樁+承臺 </p><p>　　550*550*24*24 </p><p>　　500*500*20*20 </p><p>　　400*400*16*16 500*300*12*18 </p>&

16、lt;p>　　500*250*12*16 </p><p>　　450*250*10*14 </p><p>　　400*180*6*10 </p><p><b>　　110 </b></p><p>　　鋼框架結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采用一樣的基礎(chǔ)形式，灌注樁假定為承載力特征值1000KN，鋼結(jié)構(gòu)需要114根樁；而

17、混凝土結(jié)構(gòu)需要146根樁；承臺截面及鋼筋鋼結(jié)構(gòu)也比混凝土結(jié)構(gòu)要小15%左右。在鋼柱截面，梁截面及板厚方面，鋼結(jié)構(gòu)都具有優(yōu)勢。由于鋼結(jié)構(gòu)的截面小的原因，能在相同建筑面積內(nèi)，鋼結(jié)構(gòu)的有效使用面積可以增加5%-10%，同時層高宜可減小一些，結(jié)構(gòu)自重相對小，更利用抗震。同時，鋼結(jié)構(gòu)施工工期可以縮短20%以上，特別是在大城市市區(qū)施工，鋼結(jié)構(gòu)更為環(huán)保，由于大多主體結(jié)構(gòu)都是在鋼結(jié)構(gòu)廠預(yù)制，減少了工地上施工的噪聲和污染。另外，鋼結(jié)構(gòu)的可回收性，也是一大

18、優(yōu)點。 </p><p>　　2.5設(shè)計方案經(jīng)濟性比較 </p><p>　　根據(jù)以上的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對二種結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)工程、樓蓋及樓層梁柱工程、其他工程進行優(yōu)化匯總，進行比較分析如下： </p><p>　　（1）基礎(chǔ)工程：基礎(chǔ)工程占結(jié)構(gòu)工程總量的20～40％，占結(jié)構(gòu)造價的比重比較大，各結(jié)構(gòu)體系工程量對比是非常有意義的。 </p><p>　

19、　鋼框架結(jié)構(gòu)與混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)工程量區(qū)別在于灌注樁的數(shù)量及承臺的配筋，鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)混凝土用量是鋼筋砼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)混凝土用量的80％左右, 鋼結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)工程量小，造價低，更具優(yōu)勢。 </p><p>　?。?）樓蓋及樓層梁柱工程：結(jié)構(gòu)工程量主要集中在樓蓋和梁柱上，鋼筋砼體系之間的對比可以通過此部分工程量的多少，直接得出結(jié)論。 </p><p>　　表2. 鋼筋混凝土用量比較表 </p&

20、gt;<p>　　結(jié)構(gòu)體系 柱砼用量(M3) 柱鋼筋用量（t） 梁砼用量(M3) 梁鋼筋用量(t) 樓蓋砼用量(M3) 樓蓋鋼筋用量(t) 合計 </p><p>　　混凝土結(jié)構(gòu) C40:329.6 </p><p>　　C30:97.4 57.113 C30:864.0 149.683 C30:1081 67.972 砼：2372 </p><p>

21、　　鋼筋：274.77t </p><p>　　鋼結(jié)構(gòu) 286.53 - 380.0 C30:1053 80.49 砼：1053 </p><p><b>　　鋼材：747t </b></p><p>　　從以上方案比較可以發(fā)現(xiàn)：鋼結(jié)構(gòu)的用鋼量比混凝土結(jié)構(gòu)多了將近400多噸鋼筋，而砼結(jié)構(gòu)混凝土用量比鋼結(jié)構(gòu)多了1300多m3。 </p>

22、;<p><b>　　（3）其他工程： </b></p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)的其他工程量占主結(jié)構(gòu)工程量的15%,砼結(jié)構(gòu)的其他工程量占主結(jié)構(gòu)的工程量25%，可見鋼筋砼結(jié)構(gòu)的附屬工程量是比較大的，鋼筋砼結(jié)構(gòu)施工的附屬工作量也比較復(fù)雜，一般采用鋼結(jié)構(gòu)，對于鋼結(jié)構(gòu)方案來說，技術(shù)簡單，連接方便，施工簡潔，而鋼筋砼方案，則在技術(shù)上難于實現(xiàn)大跨懸挑，或?qū)崿F(xiàn)后不能滿足建筑效果，對主結(jié)構(gòu)影響大，

23、施工難度也較大。 </p><p>　?。?）工程結(jié)構(gòu)造價：影響工程造價的因素是多方面的，尤其是鋼結(jié)構(gòu)體系受市場波動的影響大，不像鋼筋砼結(jié)構(gòu)體系價格比較穩(wěn)定，所以取費基本上都是按照市場價格。 </p><p>　　鋼框架方案與砼框架方案在結(jié)構(gòu)造價上差距不大，區(qū)別主要在建筑使用和布局上，鋼框架的柱截面大于砼結(jié)構(gòu)，砼結(jié)構(gòu)在建筑布置上不如鋼框架結(jié)構(gòu)靈活，鋼筋砼結(jié)構(gòu)造價低于鋼結(jié)構(gòu)約15％，平米造價

24、低 100元/m2左右，但如果計入建筑裝修、設(shè)備等費用，所占比例則更小。 </p><p><b>　　三、 結(jié)論 </b></p><p>　　(1) 綜上所述，可知鋼結(jié)構(gòu)體系多層民用建筑在技術(shù)上比傳統(tǒng)鋼筋砼結(jié)構(gòu)體系更為先進，經(jīng)濟上，結(jié)構(gòu)造價相差并不大，在可以接受范圍內(nèi)。 </p><p>　　(2) 從綜合效益和可持續(xù)發(fā)展方面考慮，鋼結(jié)構(gòu)體