浅析钢筋混凝土结构与钢结构在高层建筑中的应用

浅析钢筋混凝土结构与钢结构在高层建筑中的应用

赵军

（山东中天能源工程咨询有限公司，山东，济南，250100）

【摘要】高层建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物。我国的高层建筑结构,目前主要还是采用钢筋混凝土结构。现在国内很多房地产开发商、投资公司、大型钢铁企业和有远见的民营企业家纷纷投入到钢结构建筑的研究开发工作中,再加上钢结构建筑本身的优势,钢结构建筑正得到业内越来越广泛的关注。而多高层钢结构在综合经济效益方面具有哪些优势,是房地产开发商和业主所普遍关心的问题。本文分析了钢筋混凝土结构和钢结构的特点，并以实例探讨了钢筋混凝土结构与钢结构在高层建筑中的应用。

【关键词】钢筋混凝土结构；钢结构；建筑应用；

钢结构建筑具有强度高、自重轻、地基费用省、占用面积小、工业化程度高、外形美观、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势,与钢筋混凝土结构相比,具有环保和可持续发展的特点,也更有利于建筑产业化的发展。

一、钢筋混凝土结构和钢结构的特点

1．耐久性。钢筋混凝土结构随时间的增长不断增加，研究资料表明，混凝土1年龄期的强度约为28d强度的1.5倍，当30年龄期时，可达2倍以上。此外，钢筋混凝土结构中由于钢筋有混凝土作为天然保护层，钢筋不易发生锈蚀。而钢结构中，钢材直接暴露在自然环境下，钢材易于腐蚀，随着钢材腐蚀的加剧，结构的承载能力会逐渐降低。

2．工程造价。在一般的建筑结构中，钢筋混凝土结构主要由砂石组成，砂和石料所占比例很大，水泥和钢筋所占比例较小，而砂和石料便于就地取材，可极大降低工程造价。钢筋混凝土结构的承载能力较高，可满足一般建筑结构的要求，大多数情况下可以代替钢结构，节约大量钢材。但当建筑结构的跨度和高度超多一定限度时，钢结构由于强度高，自重小便会显示出优越性，例如大跨度桥梁中，当采用钢筋混凝土结构造价较高时往往采用钢结构代替；在高层或超高层建筑中钢结构也体现出明显的优越性。此外，钢结构在良好的施工组织与管理的情况下，能够显著缩短施工周期，降低时间成本，提高综合经济效益。

3．特殊环境。在许多特殊环境下，钢结构和钢筋混凝土结构有着各自独特的优势：钢结构在低温环境中易发生冷脆破坏，在高温环境中钢材强度降低，钢结构承载能力下降，而钢筋混凝土结构中由于混凝土的导热性能差，钢筋被其所包裹，且有足够的保护层厚度，所以钢筋混凝土结构对低温和高温的抵抗能力明显优于钢结构；在潮湿或者有较强腐蚀性的环境中，钢结构耐腐蚀性差，钢筋混凝土结构优于钢结构；在地震作用下钢结构由于其较好的延性和塑性，抗震性能明显优于钢筋混凝土结构。

二、实例应用

某住宅楼项目,底层带车库。工程占地面积836.9m2耐,建筑面积5180m2,建筑总高度30m，层高2.8m,楼面活荷载2.OKN/m2。此例中,住宅建筑分别采用钢结构体系和钢筋混凝土结构体系,采用钢结构体系时,墙采用ALC板,外墙150mm厚,内墙是85mm厚,采用钢筋混凝土结构体系时,墙体材料是空心砖,200mm厚度。为了便于比较,两种结构体系的楼板均为100mm厚现浇钢筋混凝土楼板,结构布局、层高、层数以及地质条件等其他设计资料均相同。

1．两种结构体系施工速度的影响。钢结构住宅建筑的工业化程度高,施工速度快,有利于各层交叉作业。钢筋混凝土框架结构现场砌筑、混凝土养护、梁柱板支模作业量大,同时还受天气的影响。阳光小区钢结构住宅建筑面积5896m2,工期为110天,其单位面积的有效工期为0.019天/m2,景园小区采用的框架异形柱结构,建筑面积6033耐,工期200天,其单位面积的有效工期为0.033天/m2,本例中住宅楼建筑面积5180m2,在以上资料基础上我们可以假定采用钢结构工期为105天,而采用钢筋混凝土框架结构工期为190天,两种结构体系工期相差85天。

2．两种结构体系其他性能的比较

（1）钢结构体系的住宅比同建筑面积的混凝土结构增加了使用面积。目前,居民在购买住房时,所交纳的房款是按照建筑面积计算,合每平方米多少钱。而居民购买房屋后,实际享受的是房屋的使用面积。所以人们在购买房子的时候希望在建筑面积相同的情况下,得到房间利用率较高的户型,钢结构住宅建筑在这方面与混凝土结构体系相比有它的优越性。本实例中,由于钢结构住宅建筑所采用的墙体材料是:外墙采用ALC板,150mm厚,内墙85mm厚,而框架异形柱结构所用的内外墙体粘土空心砖,均为200mm厚,与框架异形柱结构相比较,钢结构住宅建筑每户居民可享受到更大的使用面积。

（2）钢结构住宅建筑在二次装修中的优势。钢结构住宅建筑与钢筋混凝土框架结构的住宅相比,可以设置更大的柱网尺寸。大柱网尺寸,可以满足不同家庭结构的使用。对于钢筋混凝土框架结构住宅,居民因对户型不满意,如果小柱网不满足住户的房间布局需求,就需要在二次装修中破坏房间的墙体结构,这不仅带来墙体结构和整体抗震等方面的隐患,同时造成居民装修费用的浪费。钢结构住宅建筑的房间变化灵活,布局合理,满足居民对大开间和灵活分隔的要求;整体抗震性好,墙体科技含量高,在内装修材料的选择上,除了保证材料在强度、质感、色彩及各项物理性能符合标准外,还对材料的环保性能严格把关,确保使用的安全。

3．实例分析得出钢结构住宅具有综合效益

（1）钢结构住宅建筑上部主体结构的梁、柱主材总造价比钢筋混凝土结构略高,基础结构由于钢结构的总体重量比混凝土结构要轻,造价上钢结构比钢筋混凝土结构低。就目前来说,从建筑的单位面积造价上,钢结构住宅的工程造价还是略偏高于混凝土结构。

（2）由于钢结构及配套技术相应部件的绝大部分易于定型化、标准化,一般在工厂加工,现场安装,施工工期很快,从上述两个工程的工期来看,钢结构的工期可以比混凝土结构节省约1/2一1/3左右,这大大降低了施工企业的施工费用,带来的综合效益是非常可观的。另外,钢结构体系住宅中多数构件是工厂制作的,机械化程度比现场施工高,这样就节省了人工费,在人工单价涨幅提高时,钢结构住宅用工少的优势将会更明显体现出来。同时,大力开发钢结构住宅,积极采用新材料、新工艺、新技术,对于带动建筑、冶金、机械、化工、建材等一大批企业的发展,具有重要的社会意义。

（3）钢结构体系房屋具有混凝上结构建筑所无法比拟的抗震性能好、施工快捷、造价合理的优点。相对钢筋混凝土结构,虽然它的造价略高,但其空间布置灵活、开间大,在相同建筑面积的情况下,由于墙体占用面积少,从而增加了使用面积,具有更强的商业竞争能力。在我国目前大力推广住宅产业化的时代背景下,钢结构体系将成为住宅结构体系的主流。

虽然目前钢结构造价比钢筋混凝土没有什么优势,但从建筑的有效使用面积增加、基础费用低、施工速度快、天气对工期影响小、品质以及精确度高,对周围环境影响小,建筑的可持续发展等方面上来分析,钢结构建筑具有很好的综合经济效益。随着建筑产业现代化的不断推进,钢结构建筑发展前景非常广阔,将会成为多高层以及高层建筑的发展趋势。

参考文献：

[1]姜正荣,王仕统.高层钢结构与钢筋混凝土结构技术经济比较[J].钢结构.2013.19(6):5-7.

[2]高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[3]陈绍蕃．钢结构[M]．北京：中国建筑工业出版社，2010：33-35.