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/m² | 1.0~1.5 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/m² | 1.178 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/m² | 1.0~1.5t/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 |
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》