[转贴]：多层轻钢结构民用建筑的设计与经济分析

guoloveyou2003

论文作者：何闯
一、 概述

　　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：

　　(1) 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。

　　(2) 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。

　　(3) 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。

　　(4) 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。

　　(5) 结构防腐、防火、建筑隔声、需做处理。

　　本文以某残疾人康复中心为例，比较分析了钢结构与钢筋砼结构方案在相同技术条件下，设计结果的区别和特点。目前随着粘土砖退出建筑市场，砖混结构也被其他结构形式替代，且钢结构与砖混结构可比性差，本文没有将砖混结构体系纳入分析。

二、 工程实例的设计分析

（一）工程概况：

　　本工程位于河北廊坊，地下一层，地上八层，局部楼梯间出屋面一层，抗震设防烈度8度，建筑类别为丙类，耐火等级一级，建筑场地类别为Ⅲ类，拟建物西侧为已建五层楼，与拟建物间距1.0米，独立柱基，基础埋深1.50米，基础向外延伸1.50米。建筑物长38.4m,宽16.2m,结构总高36.8m,柱距7.8X6.3m,层高为2.70m、4.8m、4.2m、6x3.5m、7 .0m。基本风压：0.45kN/m2, 基本雪压：0.40kN/m2，楼面恒载：4.00kN/m2，楼面活荷：2.00kN/m2, (2.50kN/m2)。

（二） 结构方案布置

　　钢结构方案基础采用筏板基础，考虑邻近建筑物基础的影响，基础轴线偏离已有建筑基础3000米，地上部分层层外挑3000米，地下室柱为劲性混凝土柱，地上部分为钢箱形柱，梁为焊接H型钢，楼盖为压型钢板组合楼盖，电梯井亦采用焊接H型钢柱和梁，框架带支撑结构布置五道支撑。

　　钢混框架剪力墙结构方案采用筏板基础，未能解决基础与已有建筑基础相邻问题，占用原建筑物基础0.50m，混凝土框架柱，布置四道剪力墙，楼盖为现浇混凝土楼盖，电梯井为混凝土剪力墙筒。

（三）结构分析方法

　　三种结构体系均采用建研院PKPM系列软件STS与PMCAD建模，接力SATWE计算，校核程序采用ETABS8 Nonlinear。

（四）计算结果

　　结构方案在满足规范配筋率、构造、及稳定、高宽厚比等的要求的前提下，应力比取为0.85~0.9,结构楼层位移、层间位移角，均满足规范要求,结构计算周期合理，且两方案楼层位移等结果接近或相同。

表1. 构件截面表

结构体系 基础板厚 基础梁高 柱截面 梁截面 次梁截面 楼盖板厚 剪力墙厚或支撑规格

钢框架 400 700x1200 450x450x20450x450x18450x450x16 H400x200x8x12 H350x200x8x10 150（含75楼承板肋高） 无

钢框支 400 700x1200 350x350x18350x350x16350x350x14 H400x200x8x12 H350x200x8x10 150（含75楼承板肋高） 2C20a

钢筋砼剪力墙 400 900x1500 600x600700x700 300x650 250x400 120 300厚C30混凝土

　　钢框架结构与钢框支结构除钢柱截面不同，板厚因高宽厚比要求较厚外，其他技术指标基本相同，由于支撑的存在，在建筑布局使用上，钢框架优于带支撑结构，柱截面较大的要求是钢框架结构的缺点，相对于钢筋砼结构，钢结构梁柱截面较小，例如柱截面，钢支撑构件截面是钢筋砼构件截面的50％，重量仅为钢筋砼重量的20％，降低层高250mm，减少基础截面和造价，并且支撑较剪力墙轻巧灵活，采用灵活的支撑形式可解决开门窗洞口的问题，剪力墙的开洞给施工增加难度。

三、 设计方案的经济性比较

　　根据以上的结构设计，对三种结构体系的基础工程、楼盖及楼层梁柱工程、其他工程进行优化汇总，进行比较分析如下：

　　（1）基础工程：基础工程占结构工程总量的20～40％，占结构造价的比重比较大，各结构体系工程量对比是非常有意义的。

表2. 基础工程

基础工程结构体系 基础挖土方 基础底板砼量 基础梁砼量 地下室剪力墙砼量电梯井用钢量或剪力墙砼量

钢框架体系 1985.26m3 259.85m3 259.85m3 58.97m3 1.74t

钢框支体系 1985.26m3 259.85m3 259.85m3 58.97m3 1.74t

钢筋砼剪力墙体系 1985.26m3 259.85m3 360.45m3 108.45m3 10.36m3

　　钢框架结构与钢框支结构，基础工程量区别仅在地下室劲性混凝土柱截面，钢结构基础混土用量是钢筋砼结构基础混凝土用量的73.57％, 钢结构方案基础工程量小，造价低，基础受力合理，技术处理简单，在复杂地质条件下，更具优势。

　　（2）楼盖及楼层梁柱工程：结构工程量主要集中在楼盖和梁柱上，钢筋砼体系之间的对比可以通过此部分工程量的多少，直接得出结论。

表3. 楼盖及楼层梁柱工程

楼盖及层 梁柱工程结构体系 楼盖主梁用钢量或砼用量 楼盖次梁用钢量砼用量楼板砼用量 楼承板用量 框架柱用钢量或砼用量

钢框架体系 126.13t 71.50t 644.24m3 5368.63m2 191.69t

钢框支体系 126.13t 71.50t 644.24m3 5368.63m2 149.09t

钢筋砼剪力墙体系 451.06m3 120.96m3 644.24m3 无 394.06m3

　　两方案的最大区别在与楼盖与楼层梁柱的工程量，但钢结构与钢筋砼结构在此数量上不具可比性，楼板混凝土用量两方案虽然相同，但仍有较大区别，本钢结构方案为组合楼盖，未考虑组合作用对楼板和钢梁的贡献，所以在结构安全度上，还是远优于钢筋砼现浇楼盖的，钢结构由于构件截面小，可降低层高，增大有效使用面积，此部分的经济效益是长期的，尤其是住宅钢结构的商业效益更加突出，钢筋砼结构在此方面显然不具优势。

　　（3）其他工程：此部分工程在钢筋砼结构体系中所占比例要高于钢结构体系。

表4. 其他工程量汇总

其他工程结构体系 楼梯用钢量或砼用量 电梯用钢量或砼用量 装饰构架、门厅、雨棚用钢量或砼用量支撑用钢量或剪力墙砼用量

钢框架体系 16.1t 39.31t 10.9t 无

钢框支体系 16.1t 39.31t 10.9t 33.44t

钢筋砼剪力墙体系 94.4m3 152.43m3 10.9t 186.3 m3

　　钢结构的其他工程量占主结构工程量的17.01%,钢混结构的其他工程量占主结构的工程量27.87%，可见钢筋砼结构的附属工程量是比较大的，钢筋砼结构施工的附属工作量也比较复杂，因为附属结构通常有较大跨度外悬挑雨棚或装饰构架，为实现大跨度外挑和建筑立面的要求，一般采用钢结构，对于钢结构方案来说，技术简单，连接方便，施工简洁，而钢筋砼方案，则在技术上难于实现大跨悬挑，或实现后不能满足建筑效果，对主结构影响大，施工难度也较大。

　　（4）工程结构造价：影响工程造价的因素是多方面的，尤其是钢结构体系受市场波动的影响大，不象钢筋砼结构体系价格比较稳定，所以取费基本上都是按照市场价格。

表5. 工程结构造价

工程造价结构体系 基础工程造价 楼层板造价 钢结构造价或框架梁柱造价 其他总价

钢框架体系 53.87万元 98.11万元 251.56万元 8.00万元 411.54万元

钢框支体系 53.87万元 98.11万元 246.52万元 8.0万元 406.5万元

钢筋砼剪力墙体系 76.52万元 67.98万元 176.15万元 40.61万元 361.26万元

　　注：（1）钢结构用量按截面大小乘轴线尺寸所得，并考虑1.1的放大系数（2）钢结构价格按现行北京市市场价格而定（含安装费）（3）钢筋砼结构造价按现行北京市市场价格而定（砼采用商品砼）。

　　钢框架方案与钢框支方案在结构造价上差距不大，区别主要在建筑使用和布局上，钢框架的柱截面大于钢框支结构，钢框支结构在建筑布置上不如钢框架结构灵活，钢筋砼结构造价低于钢结构约13％，平米造价低 80元/m2左右，本工程总价低40万元左右，为结构部分总造价的10％左右，如果计入建筑装修、设备等费用，所占比例则更小。

四、 结论

　　(1) 综上所述，可知钢结构体系多层民用建筑在技术上比传统钢筋砼结构体系更为先进，经济上，结构造价相差无几。

　　(2) 从综合效益和可持续发展方面考虑，钢结构体系也更为合理，经济指标优于钢筋砼结构体系。

　　(3) 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。

kfhhwj

以我们这的情况。目前钢结构民用建筑还是比砖混的造价高。

priscilla

我觉得只做到即安全又材料最省就已经很难得了，要同时满足其它的技术和经济方面要求更是要有很高的专业水平和工作经验才行。