钢结构与混凝土结构的大不同

文摘   科技   2024-09-02 08:06   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。其中所列的不同的角度有13个:平面设计、结构形式、柱子尺寸、梁高……装饰材料和变形限制等。

下面本文就借鉴了一下书中这些不同的角度,进行展开说说。原图表也附在文末供参考。

1. 平面设计

钢结构混凝土结构
可做大跨度结构,但实腹钢梁一般可做到20m左右10m左右,如果使用预应力混凝土梁,可以做到25m左右的大跨度

举一个例子,来自于《日本建筑钢结构设计》,这个例子是日本比较常见的:一栋三层钢结构办公楼建筑,为了更好实现建筑平面功能自由分割,采用了无柱的室内空间,即单榀钢框架的结构体系,这样梁的跨度就做到了13.5m,采用H型实腹钢梁,还是比较容易实现的。

2. 常用的结构形式

钢结构混凝土结构
纯框架结构或加支撑的框架结构纯框架结构或加剪力墙的框架结构

以上对比肯定是有个前提条件的:常见的多高层。日本钢结构比较常见纯框架,所以钢柱常采用方钢管。美国钢结构比较常见加支撑的框架结构,所以钢柱常采用H型钢。也跟采用的钢材种类有关系,这里就不继续展开了。

3. 柱子尺寸

钢结构混凝土结构
柱宽(例如:40cm)+防火保护层+饰面材料柱宽(例如:70cm)+饰面材料

钢的强度高、材料性能均匀,截面尺寸可以做得更小。比如上面的三层办公楼,钢柱的宽就为40cm,如果是换成钢筋混凝土,柱子的宽度就要增加好多,至少65cm。

4. 梁高

钢结构混凝土结构
跨度的1/18~1/24,要特别注意挠度,用于大跨度时,要注意舒适度跨度的1/10~1/18

混凝土梁高跨比的最小值1/18是钢结构高跨比的最大值。常规的设计中,一般钢梁取1/20,对于轻型屋面的钢梁,高跨比还可以降低到1/30,一般不小于1/40。

5. 建筑物自重

钢结构混凝土结构
0.6~0.8 t/m²1.0~1.5 t/m²

从比例上来看,采用钢结构的建筑,自重会减轻40%以上。

有研究特别对比过一个50m高层办公楼不同结构体系,给出的上部纯结构自重中,减轻更多。办公楼的上部建筑面积为1.04万㎡,每平方结构自重减轻了56%,基础的造价减少7.5%。

钢框架混凝土框架-剪力
0.517 t/m²1.178 t/m²

6. 基础

钢结构混凝土结构
上部重量轻,基础的构造就会简单重量大,基础工程费用较高

重量虽轻,但如果两种结构形式采用的都是独立基础,那么成本减少的比例就会比较少,大约7%左右。

如果因为重量减轻,基础的形式可以改变:混凝土结构采用的是筏板基础,钢结构可以改用独立基础的话,成本减少的比例就会比较可观了,估计可以有15%左右。

 原文的对比图表


钢结构钢筋混凝土结构
平面设计可做大跨度结构,已有达到30m的实例,但一般只达到20m左右只达到10m左右,但如果使用预应力混凝土,可以做到大跨度
结构形式纯框架结构-加支撑的框架结构纯框架结构-加抗震墙的框架结构
柱子尺寸(1层)柱身(宽40cm)+耐火保护层+饰面  材料柱身(宽70cm)+饰面材料
梁高跨度的1/20左右  要注意挠度    用于大跨度时,要注意振动事故跨度的1/10左右
建筑物重量0.6~0.8t/m²1.0~1.5t/m²
基础因为重量轻,所以基础(含桩基)  构造简单因为重量大,基础工程费用高
构件的可靠性因系在工厂制造,精确度高因为现场作业量大,包覆钢筋的厚度存在准确度问题
耐久性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,所以要注意使这种收缩分散;防止混凝土的碳化和钢筋生锈。装饰材料较少出现问题
耐火性能虽属不燃材料,但不是耐火,要做  耐火保护层是耐火结构,无需耐火保护层
工期一般可比钢筋混凝土结构缩短工期
穿通梁(容许直径)梁高的1/2左右  通风管道类可以穿通梁梁高的1/5左右大直径的通风管道一般要从梁下通过
层高梁高+35.0cm(地板饰面+楼板+耐火  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
装饰材料和变形限制干挂施工  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
考虑篇幅,先写到这里,未完待续。

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;《50m 高层办公楼不同结构体系经济性分析》胡开华,徐子霆;《热轧H型钢设计应用手册》

愚公解构
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