14个角度,看钢结构与混凝土结构的大不同(续)

文摘   科技   2024-09-06 08:08   上海  

大家好,我是双无余。在翻看《钢结构建筑装修构造图集[日]》一书时,看到了一张关于钢结构与钢筋混凝土结构的对比图,其中有些内容不但看起来有点疑惑,而且翻译的语句读起来也是有些生硬,所以打算聊聊这个话题。

表格中关于两者的对比角度还是非常全面的。所以就借鉴了一个,总共从14个角度来进行对比一下。前面的一篇文章写了前面6个,下面介绍其他的8个。(上篇:钢结构与混凝土结构的大不同

对比角度1~6的总结

  • • 钢结构的建筑空间更开阔、功能布局更为自由。

  • • 钢柱的尺寸相对更小。

  • • 钢梁的高度更低,不过需叠加考虑楼板厚度。

  • • 钢结构建筑的自重轻很多,基础建设成本也可相应节省。

7. 构件的可靠性

钢结构混凝土结构
钢构件在工厂制造,精确度高现场作业量大,不少尺寸存在难以避免的人为误差,尤其是钢筋的保护层

这个区别比较明显,当然混凝土结构做得好的,质量精度比钢结构还高,但是这种情况不能代表普遍的水准。

通常情况下,现场施工的工人水平还是参差不齐,工作环境相对恶劣,再加上普遍赶工期,施工质量很难和工厂预制的构件相提并论。混凝土采用工厂预制的话,那成本,与钢结构比,也就不具有绝对优势,毕竟钢天然就是预制成品件。在日本,钢结构的成本已经是低于混凝土结构了。

8. 耐久性

钢结构混凝土结构
如在室内做防锈处理和加饰面层,可以长期使用不可避免有收缩裂缝,所以要注意预防与控制;防止混凝土的碳化和钢筋生锈。

在一般室内非潮湿的环境,钢结构即使没有保护,它的锈蚀速度也是非常缓慢的(参见:室内钢结构防腐:底漆真的一定要涂吗?),实际工程中除了做防锈处理外,外面还有装饰面层,所以钢结构在不需要维护的情况下,也是可以长期放心使用的。但需要保证在日常使用、装修改造中,不要破坏钢结构外面的防腐保护层。

混凝土结构则是需要预防和控制开裂,一旦裂缝超过规范允许范围,钢筋会因为缺少了混凝土的可靠保护,而容易发生锈蚀。

钢结构的耐久性在于外部保护措施的设计上,混凝土结构的耐久性则是在于混凝土本身的设计上。

9. 耐火性能

钢结构混凝土结构
钢自身的耐火时间短,一般都要做防火保护自带防火保护,一般无需增加防火保护措施

钢结构的防火内容,公众号里已经聊了很多,可以查看相关专题集。

混凝土结构防火,国标还属于征求意见阶段,但在广东地标已经有据可依《建筑混凝土结构耐火设计技术规程》DBJ/T15-82-2022,其中可以发现混凝土结构的耐火极限与三个因素有关。比如混凝土柱需要满足耐火极限3个小时,多面受火,类似轴压比的μ值为0.5,65cm宽,那么受力钢筋的混凝土保护层厚度就要≥35mm。

10. 工期

一般常理,钢结构肯定比钢筋混凝土结构缩短工期,主要是因为施工基础时,钢结构可以在工厂同时加工,而且现场无湿作业,无需像混凝土那样需要耗时养护。

然而,在实际工程中,能否真的缩短总工期,影响因素就很多,这里就不展开了。

11. 梁穿孔

钢结构混凝土结构
梁高的1/2左右,通风管道类一般可以穿梁梁高的1/3左右,通风管道一般要从梁下走

谈对比,大都会谈一般的情况,在不突破规范条文的前提下,进行的正常设计。

《高钢规》8.5.6条,孔口直径不得大于梁高的1/2。日本标准根据钢材的强度有所区分,最大不得大于梁高的2/3。《热轧H型钢设计应用手册》6.4.3条,也提到圆孔可以不大于梁高的0.7倍,矩形孔是0.5倍。

那么混凝土的孔是怎么规定的呢?《高规》6.3.7条,框架梁上开洞时,洞口高度不应大于梁高的40%。

如果想在混凝土梁上开大洞,那就算是科技创新技术了。感兴趣的话,可以搜索“大开孔钢筋混凝土梁的力学性能试验研究及关键施工技术”。

12. 层高

钢结构混凝土结构
梁高+35.0cm(地板饰面+楼板+防火保护层+顶棚)+室内净高梁高+45.0cm(地板饰面+通风管道+顶棚)+室内净高

在相同室内净高的要求下,降低结构梁高可以减少结构的层高,减少建设成本。

若层数较多,相同的建筑高度下,减少每层层高,有可能可以增加一层的建筑使用面积。

13. 装饰材料和变形限制

钢结构混凝土结构
干挂施工蒸压轻质混凝土、挤压成形水泥板等在层高的1/150以下主要采用干挂施工不存在变形问题

与钢结构建筑匹配的装饰材料一般以干挂为主。既可以选用重量轻的装饰材料,又能考虑和钢结构的变形相适应,避免出现裂缝。

钢结构的层间位移角一般要求较为宽松,规范的限值为0.004,混凝土结构一般为0.002 - 0.001。这部分的内容,在之前的文章中有较为详细的介绍,这里就不展开了。(为什么是 “ 0.001 ” ?钢结构的限值0.004,为什么能比混凝土放宽4倍?

14. 可回收利用

原书中图表没有这一项,从长远的角度来看,这是钢结构的加分项。钢铁是地球上回收率最高的材料。按重量计算,美国有81% 的钢铁产品在其使用寿命结束时被回收再利用。其中包括85%的汽车、82%的电器、70%的集装箱、72%的钢筋和98%的结构钢。

小结

虽然钢结构相比混凝土有以上诸多优势,且在厂房、大型体育馆、展馆等工业、公共建筑中占据绝对优势,但在民用建筑中,占比还是非常小的。

这是市场选择的结果,成本价格是重要考量因素,若只靠政策支持,也是难以长久发展,回顾预制PC的发展历程和现状便可见一斑。

参考资料:《钢结构建筑装修构造图集》(原著第二版) [日]社团法人钢材俱乐部、钢结构建筑非结构构件构造委员会编,马俊 韩毓芬 译 ;《日本建筑钢结构设计》[日]一般社团法人 日本建筑结构技术者协会著,特定非营利活动法人 亚洲建设技术交流促进会 译, 王昌兴 冯德民 校;《热轧H型钢设计应用手册》https://www.aisc.org/why-steel/sustainability/recycling/

愚公解构
有内容的钢结构建筑笔记,深入浅出、不断探索
 最新文章