芻議高層建筑鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性

王文志

摘 要：建筑行業(yè)的繁榮發(fā)展，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的提升注入了強(qiáng)勁活力，同時(shí)也滿足了社會(huì)生產(chǎn)生活的基本需求。隨著城市建設(shè)用地面積的逐步縮小，高層建筑的建設(shè)數(shù)量與規(guī)模也在逐漸擴(kuò)增，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)土地資源的高效化利用，緩解當(dāng)前建設(shè)用地緊張的局面。鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是高層建筑的兩種主要結(jié)構(gòu)形式，其具有各自的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，在經(jīng)濟(jì)性上也有所差異性。在建設(shè)工作當(dāng)中，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行合理分析，選擇合理的施工建設(shè)方案。本文對(duì)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了對(duì)比，為業(yè)內(nèi)人士提供參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑;鋼結(jié)構(gòu);鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);經(jīng)濟(jì)性

高層建筑工程具有規(guī)模大和周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，如何選擇良好的結(jié)構(gòu)形式，成了工程建設(shè)中需要考量的主要問(wèn)題。尤其是隨著人們物質(zhì)生活水平的提升，對(duì)于高層建筑的質(zhì)量也有了更高要求。在科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展當(dāng)中，鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用，而且結(jié)構(gòu)性能也有了明顯提升，是促進(jìn)建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的逐漸加劇，使得企業(yè)在發(fā)展中面臨新的挑戰(zhàn)，在高層建筑的建設(shè)中，應(yīng)該深入分析鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。兩者在性能和結(jié)構(gòu)原理上存在相似之處與差異性，因此其經(jīng)濟(jì)性也會(huì)受到不同因素的影響。應(yīng)該從實(shí)際情況出發(fā)，加強(qiáng)全方位分析，為企業(yè)提供良好的建設(shè)方案。

一、高層建筑工程建設(shè)的注意事項(xiàng)

高層建筑已經(jīng)成為城市化進(jìn)程中的主要建筑形式之一，受到社會(huì)的廣泛歡迎。較高的海拔和較大的分布密度，是高層建筑的基本特點(diǎn)，在使用中容易受到火災(zāi)的威脅。復(fù)雜的建筑功能，也會(huì)受到可燃物和火災(zāi)負(fù)荷量的影響。與普通建筑相比較而言，高層建筑在消防安全設(shè)計(jì)上也有所差異性，在消防設(shè)備的安裝中存在較大的難度，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)高層建筑各要素的綜合分析，保障設(shè)計(jì)方案的合理性，實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)隱患的有效預(yù)防。在火災(zāi)預(yù)防中，也應(yīng)該遵循以人為本的原則，設(shè)計(jì)科學(xué)化安全通道，加強(qiáng)人員的自防自救意識(shí)^[1]。維護(hù)與保養(yǎng)電氣設(shè)備、消防設(shè)備、燃?xì)庠O(shè)備等，也是明火作業(yè)的主要內(nèi)容，能夠在消除安全隱患的同時(shí)，為維修工作奠定基礎(chǔ)。在選擇高層建筑的裝飾材料時(shí)，應(yīng)該確保其具備難燃性和不燃性的特點(diǎn)，消防設(shè)備則應(yīng)該注重其實(shí)用性和針對(duì)性。應(yīng)用阻燃材料和難燃材料設(shè)計(jì)屋內(nèi)局部裝飾，在防火分區(qū)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，應(yīng)該對(duì)不同空間的功能進(jìn)行分析。防火門(mén)和隔墻等應(yīng)用于豎向井道當(dāng)中時(shí)，應(yīng)該確保其具有較高的耐火級(jí)別^[2]。

二、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀

人為因素、設(shè)備因素和材料因素等，都會(huì)對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)質(zhì)量產(chǎn)生影響。尤其是對(duì)于材料而言，應(yīng)該選擇合適的種類，促進(jìn)整體建設(shè)質(zhì)量的提升。標(biāo)準(zhǔn)化建筑的建設(shè)以及施工工期的縮短，是控制材料使用費(fèi)用的主要途徑。促進(jìn)施工技術(shù)能力的提升，有利于保障高層建筑鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，以節(jié)能低碳理念指導(dǎo)工程建設(shè)，促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。從施工材料與生產(chǎn)費(fèi)用兩方面對(duì)項(xiàng)目成本進(jìn)行控制，是增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的主要方式。磚和水泥在高層建筑建設(shè)中的應(yīng)用最為廣泛，由于兩者都是不可再生材料，因此在施工中應(yīng)該根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本要求進(jìn)行合理選擇，防止出現(xiàn)嚴(yán)重的資源浪費(fèi)問(wèn)題。鋼結(jié)構(gòu)在建筑空間、材料強(qiáng)度、施工便捷性等方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，而混凝土結(jié)構(gòu)在防火性、造價(jià)和剛度等方面具有一定的優(yōu)勢(shì)^[3]。

三、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的造價(jià)對(duì)比

高層建筑工程項(xiàng)目的造價(jià)，是分析鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性時(shí)必須關(guān)注的一點(diǎn)。在進(jìn)行對(duì)比分析時(shí)，應(yīng)該確保選擇的高層建筑具有相似的結(jié)構(gòu)，從兩種結(jié)構(gòu)形式的材料用量和工程項(xiàng)目造價(jià)兩方面進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算與分析。從用鋼量方面來(lái)看，30kg/㎡是鋼結(jié)構(gòu)高層建筑中的鋼筋用量，40kg/㎡為型鋼用量;64kg/㎡為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑中的鋼筋用量，在施工中往往不使用型鋼。從混凝土方面來(lái)看，0.24m?/㎡是鋼結(jié)構(gòu)高層建筑中的混凝土用量，0.50m?/㎡為鋼筋混凝土高層建筑中的混凝土用量^[4]。

不同的工程項(xiàng)目，也會(huì)對(duì)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生影響。在圍護(hù)體系造價(jià)項(xiàng)目當(dāng)中，180.0元/㎡是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑的單價(jià)，230.0元/㎡是鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的單價(jià);在基礎(chǔ)造價(jià)項(xiàng)目當(dāng)中，115.0元/㎡是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑的單價(jià)，90.0元/㎡是鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的單價(jià);在主體結(jié)構(gòu)造價(jià)項(xiàng)目當(dāng)中，460.0元/㎡是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑的單價(jià)，465.0元/㎡是鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的單價(jià);在其他造價(jià)項(xiàng)目當(dāng)中，420.0元/㎡是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的單價(jià)。

因此，對(duì)上述項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)化計(jì)算，可以得出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的高層建筑項(xiàng)目總造價(jià)在1175.0元/㎡左右，而鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑項(xiàng)目總造價(jià)在1205.0元/㎡左右。對(duì)于上述數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑在總體造價(jià)上要比鋼結(jié)構(gòu)高層建筑低，大約在30元/㎡左右。然而在實(shí)際工作當(dāng)中，選擇高層建筑的結(jié)構(gòu)形式不只需要考慮到造價(jià)方面的因素，而且應(yīng)該對(duì)綜合因素進(jìn)行全面考量與系統(tǒng)分析。從高層建筑的實(shí)際建設(shè)需求與特點(diǎn)出發(fā)，包括了施工工期、建筑性能和環(huán)境影響等等^[5]。如果只按照造價(jià)高低對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行選擇，將會(huì)導(dǎo)致在工程建設(shè)中存在較大的盲目性，不利于切實(shí)控制企業(yè)的建設(shè)成本，企業(yè)面臨的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增加。

四、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性分析

（一）建筑性能

從建筑性能的角度對(duì)兩種結(jié)構(gòu)形式的經(jīng)濟(jì)性加以分析，可以為施工企業(yè)提供參考依據(jù)，選擇最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案。居民的居住和客戶的辦公使用，是高層建筑的主要功能，居民與客戶的收益除了體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)上之外，還與建筑結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)以及生活質(zhì)量密切相關(guān)。當(dāng)在高層建筑工程建設(shè)中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，其具有更大的室內(nèi)空間跨度，能夠根據(jù)居民和客戶的不同需求對(duì)空間進(jìn)行劃分，增強(qiáng)建筑的使用性能，滿足其個(gè)性化需求。在鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的墻體建設(shè)中，與混凝土結(jié)構(gòu)相比較而言更具科技含量，在防水性、隔音效果和保溫性能上具有更大的優(yōu)勢(shì)。這既能夠保障居民良好的生活與休息環(huán)境，而且滿足生產(chǎn)工作要求。從上述分析中可以看出，高層建筑鋼結(jié)構(gòu)在建筑性能上要比混凝土結(jié)構(gòu)更加優(yōu)越，從該角度理解與分析，則可以看出其具有更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。良好的建筑性能，能夠給居民帶來(lái)更好的居住體驗(yàn)，同時(shí)能夠降低后續(xù)維護(hù)成本，延長(zhǎng)高層建筑的使用壽命。

（二）施工工期

施工工期也會(huì)對(duì)工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生直接影響，因此在分析高層建筑鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性時(shí)，也應(yīng)該從這一方面入手。尤其是在高速發(fā)展的建筑行業(yè)當(dāng)中，確實(shí)存在“一寸光陰一寸金”的特征。尤其是隨著高層建筑建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大化，在項(xiàng)目中的投資也在不斷增加，投資者承受貸款利率的壓力，工期越長(zhǎng)其建設(shè)成本也就相對(duì)更高^[6]。無(wú)論是在鋼結(jié)構(gòu)高層建筑還是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑的施工當(dāng)中，企業(yè)都設(shè)置專業(yè)人員對(duì)工期進(jìn)行管理，以降低企業(yè)在工程建設(shè)中面臨的資金風(fēng)險(xiǎn)。鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)相比較而言，其在施工工期上存在較大的優(yōu)勢(shì)，有利于高層建筑工程及時(shí)投運(yùn)并盈利。在高層建筑當(dāng)中應(yīng)用鋼筋鉤，能夠促進(jìn)貸款還款時(shí)間的縮短，防止由于時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致利息過(guò)高，從而降低企業(yè)的成本投入。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工中，由于其施工工藝存在一定的復(fù)雜性，而且對(duì)于混凝土施工的要求較高，外界環(huán)境因素如溫度、濕度和氣候等對(duì)施工的影響較大，因此與鋼結(jié)構(gòu)施工相比容易受到干擾。尤其是在寒冷的北方地區(qū)，冬季施工存在較大的難度，大多數(shù)建筑企業(yè)往往會(huì)在冬季停工，如果采用鋼結(jié)構(gòu)形式縮短施工工期，那么就能在冬季之前竣工。其創(chuàng)造的時(shí)間效益將會(huì)直接轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟(jì)效益，是增強(qiáng)企業(yè)發(fā)展動(dòng)力的關(guān)鍵點(diǎn)。

（三）環(huán)境要求

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展當(dāng)中，環(huán)保問(wèn)題受到社會(huì)的高度關(guān)注。尤其是進(jìn)入新時(shí)期建設(shè)以來(lái)，傳統(tǒng)的粗放型發(fā)展模式逐漸發(fā)生改變，集約化成為社會(huì)生產(chǎn)的主要發(fā)展方向。在建筑行業(yè)當(dāng)中，由于施工會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境產(chǎn)生影響，因此限制了其可持續(xù)發(fā)展。在綠色生產(chǎn)理念下，要在保障高層建筑建設(shè)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，防止產(chǎn)生嚴(yán)重的土壤污染、空氣污染和水源污染等問(wèn)題，降低環(huán)境保護(hù)工程成本投入。此外，在工程建設(shè)當(dāng)中也會(huì)產(chǎn)生較多的固液廢棄物，對(duì)其進(jìn)行特殊處理實(shí)現(xiàn)回收再利用，可以有效降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本投入，這也是增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性的主要手段。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工主要在施工現(xiàn)場(chǎng)完成，在施工中會(huì)產(chǎn)生較大的噪音、粉塵污染和建筑垃圾等，因此對(duì)于環(huán)境的破壞程度更高。而鋼結(jié)構(gòu)的部件是在工廠內(nèi)集中生產(chǎn)與加工，在施工現(xiàn)場(chǎng)完成組裝后施工，能夠有效降低對(duì)周圍居民造成的影響，防止破壞城市生態(tài)環(huán)境。鋼材具有綠色無(wú)污染的特點(diǎn)，這也是鋼結(jié)構(gòu)高層建筑施工的主要優(yōu)勢(shì)，在后續(xù)的拆除改造工作當(dāng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的二次利用，滿足企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展要求。因此，從環(huán)境角度對(duì)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，前者在節(jié)能減排方面更具優(yōu)勢(shì)。

（四）實(shí)例分析

1、工程概況

在某經(jīng)濟(jì)適用住宅樓房的建設(shè)當(dāng)中，地面以上層數(shù)為16層，地下為1層，4080㎡為該項(xiàng)目的建設(shè)面積，50.0m為建筑高度值，標(biāo)準(zhǔn)層層高為3m。以GB5009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》為依據(jù)對(duì)其荷載進(jìn)行分析，明確風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。

2、技術(shù)性對(duì)比

C28-C50為本工程項(xiàng)目中的混凝土強(qiáng)度范圍，0.75kN/㎡為其風(fēng)荷載風(fēng)壓值，Q325為鋼材型號(hào)。在對(duì)建筑空間參數(shù)進(jìn)行分析時(shí)，需要借助于SATWE軟件，明確其技術(shù)性特點(diǎn)。在抗震設(shè)防烈度處于6-7之間時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)截面尺寸會(huì)隨著地震強(qiáng)度的上升而增加，且其增幅要比鋼結(jié)構(gòu)體系截面尺寸的增幅大，在主梁截面中則較為近似。在抗震設(shè)防烈度由6上升至7.5時(shí)，兩種結(jié)構(gòu)的傾覆力和地震力都有明顯提升，而且其提升幅度大致相同。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的配筋率會(huì)隨著地震等級(jí)的提升而增大，鋼結(jié)構(gòu)則始終保持不變。在抗震性和延性方面，鋼結(jié)構(gòu)高層建筑具有更好的性能^[7]。

3、占用面積對(duì)比

與鋼結(jié)構(gòu)相比較而言，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在柱梁截面積上要更大，超出其一倍多。在上述造價(jià)分析當(dāng)中，可以看出鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的主體造價(jià)要比鋼筋混凝土高層建筑高，但是由于其所占面積較少，因此能夠有效降低實(shí)際建設(shè)成本，為企業(yè)創(chuàng)造良好經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，保障用戶獲得更大的空間。濕工作作業(yè)在鋼結(jié)構(gòu)高層建筑建設(shè)中較少，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)污水污染、粉塵污染和噪音污染的有效控制。因此，在使用面積、柱梁橫截面積、環(huán)境要求和施工工期等方面，鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)較為明顯，是建筑行業(yè)的發(fā)展方向。

4、總工期對(duì)比

上部結(jié)構(gòu)施工工期，會(huì)由于結(jié)構(gòu)材料的差異而出現(xiàn)較大的不同，環(huán)境因素、季節(jié)因素和地質(zhì)狀況等，也會(huì)對(duì)高層建筑的施工工期產(chǎn)生影響。在該項(xiàng)目的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中，上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)施工分別為10個(gè)月和5個(gè)月;在該項(xiàng)目的鋼結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中，上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)施工都是5個(gè)月。因此，從施工工期上來(lái)看，鋼結(jié)構(gòu)高層建筑更具優(yōu)勢(shì)，能夠在貸款利息上實(shí)現(xiàn)有效控制。

五、結(jié)束語(yǔ)

高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)相比較而言，在造價(jià)上具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是從建筑性能、施工工期和環(huán)境要求等角度考量，鋼結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性要更強(qiáng)。良好的建筑性能可以減少高層建筑維護(hù)的頻次，降低人力與財(cái)力投入成本，而且較短的施工工期能夠降低貸款利息。此外，鋼結(jié)構(gòu)施工更加符合當(dāng)前建筑行業(yè)的綠色化發(fā)展要求，因此受到社會(huì)的廣泛歡迎。在高層建筑工程建設(shè)當(dāng)中，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)向鋼結(jié)構(gòu)的逐步過(guò)渡，保障企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，創(chuàng)造良好的社會(huì)效益。

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