鋼結(jié)構(gòu)住宅綜合經(jīng)濟(jì)性能分析

李金燦，王月明

(西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川綿陽621010)

鋼結(jié)構(gòu)住宅用工廠化生產(chǎn)的鋼梁、鋼柱作為骨架，相應(yīng)的定型墻板、門、窗、隔墻等作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，建造而成。與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)住宅相比，鋼結(jié)構(gòu)住宅施工速度快，工期短;跨度大，易形成新穎、開闊的建筑空間，可利用面積和空間更大;自重輕、抗震性能強(qiáng);綜合造價(jià)低。鋼結(jié)構(gòu)建筑壽命較長(zhǎng)，一般在50年至80年之間，而我國傳統(tǒng)建筑平均壽命僅30年［1］，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)化程度高，將設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工一體化，符合產(chǎn)業(yè)化和可持續(xù)發(fā)展的要求。另外，鋼結(jié)構(gòu)比目前普遍使用的其他傳統(tǒng)建筑在環(huán)保、節(jié)能、高效、工廠化生產(chǎn)等方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)，被稱為“綠色建筑”。鋼結(jié)構(gòu)建筑正成為對(duì)城市環(huán)境影響最小的一種建筑結(jié)構(gòu)之一，這些都決定了鋼結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式將成為大勢(shì)所趨。

鋼結(jié)構(gòu)作為世界建筑通用體系之一，技術(shù)體系早已成熟。鋼結(jié)構(gòu)住宅在國外是主流住宅，而在我國一直沒有得到推廣和應(yīng)用，較高的工程造價(jià)是制約其發(fā)展的瓶頸。在住宅商品化的今天，推廣一種新技術(shù)，既要從政策、法規(guī)、技術(shù)角度推薦，同時(shí)也得遵循價(jià)值規(guī)律，從經(jīng)濟(jì)角度加以研究。判別一種建筑的經(jīng)濟(jì)性，不能單純的將結(jié)構(gòu)主體系的造價(jià)進(jìn)行比較，而必須從其整體成本、資金時(shí)間價(jià)值、投資回報(bào)期、建筑的適用性、環(huán)保節(jié)能因素以及建筑的可持續(xù)發(fā)展等綜合經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行考慮。

1 鋼結(jié)構(gòu)住宅的自身優(yōu)勢(shì)

1.1 自重輕、基礎(chǔ)簡(jiǎn)單

鋼材的重力密度比是混凝土的3倍，強(qiáng)度比是混凝土的14倍以上(Q235/C25)，墻體一般采用輕質(zhì)復(fù)合墻板，每平方米建筑面積的質(zhì)量遠(yuǎn)小于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的自重。由于建筑物自重輕，對(duì)地耐力要求就低，適用于軟弱地基，因此鋼結(jié)構(gòu)住宅降低了基礎(chǔ)工程的施工難度和造價(jià)。

1.2 有效使用面積大

鋼結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度高，柱梁截面小，再加上鋼結(jié)構(gòu)住宅的墻體因不參與承重，可采用高強(qiáng)度的輕質(zhì)墻板，墻體厚度遠(yuǎn)小于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的墻體厚度，從而使有效使用面積得到了提高。

1.3 施工周期短

由于構(gòu)件工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，施工周期比傳統(tǒng)建筑縮短50%，構(gòu)件在工廠制作生產(chǎn)，施工作業(yè)受天氣及季節(jié)影響少，工廠構(gòu)件制作與現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件安裝可以平行作業(yè)，大大縮短了建造周期和資金占用時(shí)間。

1.4 抗震性能好

鋼結(jié)構(gòu)本身有良好的延伸性，自重輕，自振周期長(zhǎng)，較大變形下能吸收變形能，結(jié)構(gòu)體系的連接多為柔性連接，圍護(hù)結(jié)構(gòu)可隨主體結(jié)構(gòu)發(fā)生變位，其抗震性能得到了大大提高。自重減輕也會(huì)增強(qiáng)其抗震性能，自重減少一半，等同于降低抗震設(shè)防烈度一度，地震作用可降低30%—40%［2］，從而減少了很多有關(guān)抗震的構(gòu)造要求，降低了工程造價(jià)。

1.5 環(huán)保節(jié)能

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在工廠制作，減少了現(xiàn)場(chǎng)工作量，避免了鋼混結(jié)構(gòu)房屋施工現(xiàn)場(chǎng)中眾多建材和建筑垃圾的堆放，有利于環(huán)境保護(hù)。鋼結(jié)構(gòu)的干作業(yè)施工減少了施工用水量，大量節(jié)約了水資源。這對(duì)在水資源異常寶貴的地區(qū)，如西南干旱地區(qū)，鋼結(jié)構(gòu)有效避免了用水短缺等問題，施工的順利進(jìn)行得到了保障。鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系，在建筑物壽命期終止時(shí)，結(jié)構(gòu)鋼材可回收利用，且是所有建材中回收利用率最高的材料。其型鋼可全部再次利用，不用再回爐重新冶煉，如果措施得當(dāng)，可以實(shí)現(xiàn)永續(xù)再循環(huán)利用。鋼結(jié)構(gòu)的殘存值很高。

1.6 管線安裝方便

鋼結(jié)構(gòu)住宅在樓層與墻體間有足夠的空間，因此，通信線、電源線、中央空調(diào)管、給排水管等各種管線都可沿樓層和墻體之間敷設(shè)，無需開槽，減少了許多重復(fù)施工內(nèi)容，大大節(jié)約了裝修費(fèi)用。

如上所述，由于鋼結(jié)構(gòu)住宅的自身優(yōu)勢(shì)，使其具有很好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。為了突破較高的工程造價(jià)制約鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的瓶頸，有必要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)住宅的綜合經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行具體分析。

2 鋼結(jié)構(gòu)住宅的綜合經(jīng)濟(jì)效益分析

為利于不同結(jié)構(gòu)體系住宅的經(jīng)濟(jì)性能可比性，選擇了某2棟6層、分別采用鋼結(jié)構(gòu)和最為常見的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為兩種結(jié)構(gòu)體系的典型代表為研究對(duì)象，運(yùn)用靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的經(jīng)濟(jì)分析方法，循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)效益的對(duì)比分析。

住宅的基本信息，由表1可知，鋼結(jié)構(gòu)的綜合用鋼量為72 kg/m2，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)綜合用鋼量為64 kg/m2，相對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)住宅的用鋼量增加了約12%

式中：初值Xn的取值范圍為[-1,1]；Xn+1是系統(tǒng)輸出；系統(tǒng)參數(shù)a取值范圍在(0,2]時(shí),該混沌系統(tǒng)處于混沌狀態(tài),經(jīng)過實(shí)驗(yàn)可得,該系統(tǒng)在a∈(1.8,2]時(shí)都可以達(dá)到滿映射的狀態(tài)[6]。

表1 兩種結(jié)構(gòu)體系的住宅基本信息

表2為綜合考慮了基礎(chǔ)造價(jià)、主體結(jié)構(gòu)造價(jià)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)造價(jià)及其他造價(jià)后兩種結(jié)構(gòu)體系的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析。表2所示，鋼結(jié)構(gòu)住宅的平均造價(jià)比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高約8.7%，這與武漢賽博園一期工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的10.96%基本相當(dāng)［3］。

表2 兩種結(jié)構(gòu)體系的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

從表2數(shù)據(jù)中可以清楚看到兩種結(jié)構(gòu)體系造價(jià)的差別主要體現(xiàn)在基礎(chǔ)、主體結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)造價(jià)方面。

2.1 靜態(tài)經(jīng)濟(jì)分析

2.1.1 基礎(chǔ)造價(jià)

鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的自重較輕，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比基礎(chǔ)荷載也相應(yīng)的減少，降低了基礎(chǔ)造價(jià)。在此例中的鋼結(jié)構(gòu)住宅基礎(chǔ)為淺基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深在地面4米以上，而樁基礎(chǔ)埋深因地質(zhì)情況而異，一般在地面以下7米，基礎(chǔ)造價(jià)高。表3為建筑面積5600 m2條件下基礎(chǔ)處理帶來的效益比較。

表3 基礎(chǔ)造價(jià)比較

2.1.2 建筑物使用面積

從表4可知，鋼結(jié)構(gòu)住宅的有效使用面積比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)住宅的有效使用面積增加約3.51%，這與小高層鋼結(jié)構(gòu)的面積增加數(shù)值4.01%基本相當(dāng)［4］。建筑有效使用面積的相對(duì)增加而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，可以抵消一部分因采用鋼結(jié)構(gòu)體系而增加的主體結(jié)構(gòu)造價(jià)，同時(shí)也能夠讓業(yè)主得到更多的有效使用面積。按建筑面積和使用面積的比例80%，每平方米5000元計(jì)算，則建筑面積5600 m2可增加經(jīng)濟(jì)收益78.62萬元。

表4 有效面積提高產(chǎn)生的效益

2.2 動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)分析

2.2.1 資金時(shí)間價(jià)值

與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，建筑面積按5600 m2計(jì)算，假設(shè)貸款500萬元，按照現(xiàn)行的基本利率:六個(gè)月至一年(含)5.31%，一至三年(含)中長(zhǎng)期貸款5.40%，如按當(dāng)前商業(yè)銀行對(duì)企業(yè)貸款實(shí)行的浮動(dòng)利率，則企業(yè)可節(jié)省更多的貸款利息。建設(shè)資金增加的時(shí)間價(jià)值見表5。

表5 工期縮短所產(chǎn)生的資金時(shí)間價(jià)值

2.2.2 租金

假設(shè)建筑物可出租的面積為總建筑面積的70%(不同結(jié)構(gòu)體系的建筑物的可出租面積率應(yīng)該不同，但因前面已考慮了建筑有效使用面積增加部分的經(jīng)濟(jì)收益，所以這里可假設(shè)各建筑出租面積率相同)，出租率為60%，按每平方米平均月租金30元，則提早完工120天可產(chǎn)生的資金收益預(yù)計(jì)如表6。

表6 租金收益分析表

2.3 循環(huán)經(jīng)濟(jì)分析

住宅鋼結(jié)構(gòu)體系，在建筑物壽命期結(jié)束時(shí)，其結(jié)構(gòu)鋼材可以加以回收，建筑面積按5600 m2計(jì)算，回收率為50%，兩種結(jié)構(gòu)類型的殘存值見表7，從表7可知，鋼結(jié)構(gòu)的剩余價(jià)值比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)多49.7萬元，這可以用來抵消因鋼結(jié)構(gòu)的含鋼量比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高而導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)造價(jià)高的一部分造價(jià)。

表7 兩種結(jié)構(gòu)類型的殘存值

2.4 環(huán)保節(jié)能效益

住宅的節(jié)能主要是取決于墻體，不同墻體材料的節(jié)能系數(shù)不一致，以建筑面積5600 m2的住宅，外墻面積為1300 m2，煤價(jià)550元/t，住宅使用年限50年計(jì)算，鋼結(jié)構(gòu)住宅每年的節(jié)能費(fèi)用見表8。

表8 冬季節(jié)能費(fèi)用比較

2.5 基于“整體成本”的經(jīng)濟(jì)分析

基于上述表格內(nèi)容，可以更加科學(xué)合理的計(jì)算這兩種結(jié)構(gòu)體系的工程造價(jià)，本文稱之為“整體成本”。在此的整體成本不是指工程的總投資額，而是指工程的土建造價(jià)和由于采用不同結(jié)構(gòu)材料和體系所產(chǎn)生的基礎(chǔ)、施工工期、使用面積和環(huán)保節(jié)能等方面的差異，并由此帶來的經(jīng)濟(jì)收益轉(zhuǎn)換而成的等效成本之和［5］。

引入了“整體成本”這一概念以后，參照以上表格數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出包括基礎(chǔ)簡(jiǎn)單降低的造價(jià)、使用面積率提高的收益、資金時(shí)間價(jià)值、租金收益、殘存值、環(huán)保節(jié)能效益在內(nèi)的與工程有關(guān)的收益和成本降低額度，計(jì)算結(jié)果見表9。

表9 整體經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

3 結(jié)論

本文通過已建工程實(shí)例數(shù)據(jù)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)體系的綜合經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行對(duì)比分析，綜合考慮結(jié)構(gòu)自重的減輕、基礎(chǔ)簡(jiǎn)單、使用面積的增加、建設(shè)資金時(shí)間價(jià)值、租金收益、廢鋼的可回收利用、環(huán)保節(jié)能等因素，從表9分析得出:鋼結(jié)構(gòu)住宅的平均整體成本比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的低，綜合經(jīng)濟(jì)性能比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的好。

隨著建筑技術(shù)的進(jìn)步，高新材料的應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)的造價(jià)可能會(huì)不斷降低;隨著建筑高度的增加，鋼結(jié)構(gòu)住宅的綜合經(jīng)濟(jì)效益也將更加的凸顯;尤其是從環(huán)保節(jié)能角度來講，有利于整個(gè)社會(huì)和國家的可持續(xù)發(fā)展。在我國目前大力推廣住宅產(chǎn)業(yè)化的時(shí)代背景下，鋼結(jié)構(gòu)體系勢(shì)必成為住宅結(jié)構(gòu)體系的主流。

［1］王茜.中國建筑平均壽命僅30年年產(chǎn)數(shù)億噸垃圾［OL］.中國日?qǐng)?bào)網(wǎng)，2010－4－6

［2］魏德林.高層鋼結(jié)構(gòu)住宅經(jīng)濟(jì)性分析［J］.建筑經(jīng)濟(jì)，2006(8)

［3］將立勇，宋進(jìn)文.中高層鋼結(jié)構(gòu)住宅——武漢賽博園一期工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析［J］.鋼結(jié)構(gòu)，2007(3)

［4］孫亞娜，朱振偉.鋼結(jié)構(gòu)建筑體系性能指標(biāo)的綜合分析［J］.萊鋼科技，2009(2)

［5］鄒晶，劉德文，李元齊等.多層鋼結(jié)構(gòu)住宅造價(jià)及綜合經(jīng)濟(jì)性能分析［J］.四川建筑科學(xué)研究，2010，36(1)