关于某新能源汽车生产厂房钢结构与混凝土钢混合结构经济性比较

图 1 建筑平面图
图 2 建筑剖面图 2. 荷载取值 恒荷载：一、二层为 21.32KN/M，屋面层为 13KN/M。 活荷载如下表所示：
图 3 计算榀示意图 表 2 主要构件初选截面
构件名称
框架梁
框架柱
一层 H（1200~900）×350×20×22
H900×350×20×22 H（900~1400）×350×20×22
单位 m3
综合单价 综合总价 单方造价 （元） （元） （元 /m2）
750
13013
60.2
钢梁
楼承板
混凝土 梁—结 构体系
柱模板 油漆 防火
楼板 C30
41.314
吨
m2 216
（投影面积）
133.74
m2
405.985
m2
405.985
m2
30.24
m3
8500
160
50 40 80 400
351169 1625.8
图 14 恒载 + 活载（标准值）节点位移图 三、混凝土 - 钢结构混合结构 1. 混合结构计算数据和参数
图 16 单榀混合结构计算简图 按荷载资料布置好恒、活荷载、风荷载、吊车荷载等，如图 17~21 所示。 2. 主要结果输出 布置好荷载，输入设计参数后，进行结构计算。主要计算结果如 图 22~26 所示。内力包络图符合结构实际受力情况，钢结构应力比在控 制范围内，柱轴压比和长细比等满足规范要求。
图 15 计算榀示意图 由于厂房单跨跨度为 18000mm，若框架梁采用钢筋混凝土梁，则 梁截面会较大，配筋量较大，既不够经济又减少了使用净空，故采用
图 12 恒荷载布置简图
第 4 卷 第 22 期 2014 年 8 月
图 18 活荷载布置简图
图 12 左风载布置简图
混凝土工程
CONSTRUCTION
图 6 活荷载布置简图
图 10 钢结构应力比简图
图 2 左风载布置简图
图 11 弯矩包络图
混凝土工程
CONSTRUCTION
图 12 轴力包络图
图 13 剪力包络图
第 4 卷 第 22 期 2014 年 8 月
钢筋混凝土柱—钢梁的混合结构体系。在此，钢梁仍然采用变截面梁， 以使充分发挥钢材性能，节约材料。荷载取值和计算资料同钢结构体 系。取单榀框架作为分析对象，如图 15 所示。运用 PKPM 软件进行建 模计算。
表 4 钢结构方案单榀框架的综合工程量预算表
结构 综合总价 单方造价 （元） （元） （元 /m2）
钢柱 13.889
吨
8500 118057 546.6
钢梁
钢框架 结构体
系
楼承板
油漆 防火
楼板 C30
31.449
吨
m2 216
（投影面积）
454.45
m2
454.45
m2
30.24
m3
8500
160
40 80 400
267317 1237.6
34560
160
18178 36356 12096
84.2 168.3
56
楼板钢筋 2.262
吨
6000
13572
62.8
合计
500136 2315.5
表 5 混合结构方案单榀框架的综合工程量预算表
结构 项目 体系
用量
柱 C30 17.35
混凝土工程
CONSTRUCTION
图 4 单榀钢框架结构计算简图 按上述荷载资料布置好恒、活荷载、风荷载、吊车荷载等，如图 5~9 所示。
图 8 右风载布置简图
图 5 恒荷载布置简图
图 2 吊车荷载布置简图 2. 主要结果输出 布置好荷载，输入设计参数后，进行结构计算。主要计算结果如 图 10~14 所示。内力包络图符合结构实际受力情况，钢结构应力比在控 制范围内，柱构件长细比等满足规范要求。
一层 H800× 450×25×27
截面类型 及尺寸
二层 H（1000~800）×300×18×20
H800×300×18×20 H（1300~800）×300×18×20
二层 H650× 300×20×22
三层 H（1000~800）×300×18×20
H800×300×18×20H （1300~800）×300×18×20
表 1 楼（屋）面设计用活荷载标准值（KN/m2）
办公 车间 车间
疏散
用途
卫生间
（夹层） （二层） （三层）
楼梯
电梯 机房
不上人 屋面
标准值 2.5
8.0
5.0
8.0
3.5
7.0
0.5
3. 计算资料 风荷载：50 年一遇的基本风压为 0.55KN/m2，地面粗糙度为 B 类。 雪荷载：50 年一遇的基本雪压为 0.20KN/m2，雪荷载准永久值系数 分区为Ⅲ区。 抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度 为 0.1g，Ⅳ类场地土，上海地区，设计地震分组为第 1 组，场地地震影 响系数特征周期为 0.9s，框架的抗震等级为四级。底层设有两台起重量 为 2 吨的吊车。 二、钢结构 1. 钢结构计算数据和参数 由于厂房结构布置较为规则，故取单榀框架作为分析对象，如图 3 所示。运用 PKPM 软件的 STS 钢结构模块进行建模计算。
框架梁、框架柱及次梁初选截面类型及尺寸如表 3 所示，其中框架 柱为钢筋混凝土柱，框架梁为变截面钢梁，在跨内分成三段，为便于 连接，次梁采用钢梁。
表 3 主要构件初选截面
构件 名称
框架梁
框架柱
次梁
一层 H（1600~1200）×500×26×30
H1200×500×24×26 H（1200~1800）×500×24×26
图 26 恒载 + 活载（标准值）节点位移图 四、工程量分析比对 1. 基础工程对比 一般情况下，基础工程量约占结构工程总量的 20 ～ 40％。通过计 算可得，钢结构方案的基础与混凝土 - 钢混合结构方案的基础的基底反 力相差不大，故可以选择相同的基础结构形式和相同的基础埋设深度。 从而两种不同上部结构形式的基础的混凝土用量相差不大，故基础挖 土方量、基础底板砼量、垫层砼量、基础梁砼量以及钢筋的用量等相 差也不大。故可以认为两种结构形式的基础工程的工程量是相同的， 可以不作对比。 2. 楼板及楼层梁柱工程量对比 结构工程量的主要差距在楼板、内外墙和梁柱等主要结构构件上。 钢结构与混凝土 - 钢混合结构两种结构体系在建筑外立面和功能布局相 同的情况下，则主要对比楼层梁、柱和楼板的工程量。一方面是钢材 用量的差异，一方面是混凝土用量的差异。而钢结构用量的差异会引 起油漆和防火等工程量的差异，混凝土用量的差异会引起主体施工脚 手架及模板数量的差异。根据两种结构方案完成设计后整理的计算数 据，分别统计两种结构方案的工程量，如表 4 和表 5 所示。
三层 H650× 300×20×22
次梁
H350×200 ×8×12
H500×250 ×10×14
第 4 卷 第 22 期 2014 年 8 月
框架梁、框架柱及次梁初选截面类型及尺寸如表 2 所示，其中框架 梁为变截面梁，在跨内分成三段。
次梁按 3000mm 间距布置，则框架梁的平面外计算长度按 3000mm 取值，其余构件的平面内、平面外计算长度按程序缺省值计算，单榀 钢框架结构计算简图如图 4 所示。
一层 中柱 800×800 边柱 600×600
截面 类型 及尺 寸
二层 H（1600~1200）×500×26×30
H1200×500×24×26 H（1200~1800）×500×24×26
二层 中柱 800×800 边柱 600×600
H350× 200×8×12
H500× 250×10×14
本次比较以拟建的 5# 厂房为样本进行分析比较。首先拟定两种结 构方案：钢结构方案和钢筋混凝土—钢混合结构方案，然后对两种结 构方案经结构计算后得出的结构工程用量进行对比分析，得出“钢结 构方案与钢筋混凝土—钢混合结构方案”在工程造价方面的差异。
一、工程概况 1. 工程简介 5# 厂房主车间区地面上三层，其中底层附带夹层结构并设有两台 起重量 2 吨的吊车，另外与主厂房配套建设的还有两幢分别为 5 层和 4 层的框架结构。占地面积 2491.66m2，总建筑面积为 8299.11m2，主车间 建筑总高度 20.4m，宽边方向 36.48m，长边方向 54.0m，柱距为 6m。建 筑平面图如图 1 所示。
34560 160.0
6687 16239 32478 12096
31.0 75.2 150.4 56.0
钢筋 4.634
吨
6000 27804 128.7
合计
494047 2287.3
图 22 材料用量对比图 注：此图表中钢筋用量单位为百公斤。 从图表 27 可见，钢结构和混合结构方案的主要材料用量对比，钢 结构钢材用量（钢柱 + 钢梁）稍大于混合结构钢材用量（钢梁）。压型 钢板的用量两者基本相同。混合结构的防锈油漆和防火涂料用量稍小 于钢结构的相应用量。楼板的混凝土用量两者相同。混合结构的钢筋 用量（楼板和混凝土柱）大于钢结构的钢筋用量（楼板）。钢结构无模 板和柱的混凝土用量。 钢结构的造价 2315.5 元 /m2 与混合结构的造价 2287.3 元 /m2 相比差 别不大，相差约为 28 元 /m2。 2. 间接工程造价对比 钢框架结构相对于钢筋混凝土柱—钢梁结构，柱截面较小，并且 围护结构也相对较薄，钢结构体系的结构占有面积小于混合结构体系 的结构占有面积，即钢结构厂房内的有效使用面积大于混合结构厂房 的有效使用面积。建筑有效使用面积的相对增加，不仅可以抵消一部 分因采用钢结构体系而增加的费用，让建设方得到了实实在在的经济 效益，同时也能够让业主得到更多的有效使用面积。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。钢结构的工期一般可以比混凝土结构节省 约 1/2~1/3 左右，这大大降低了施工企业的施工管理费、设备租赁以及 贷款利息，其综合效益是非常可观的。 此外，钢结构方案的结构重量较轻，这无疑减小了结构在遭遇地 震时的作用力，并且钢框架结构的延性良好具有较好的变形能力，相 较于混合结构而言具备优异的抗震性能。 再者，钢结构施工中由于湿作业的减少，减轻了诸如扬尘、排放 废水、噪声等对环境的污染；新型墙体材料的保温节能，减少了建筑 使用过程中对能源的消耗；钢材的可循环再利用，非常符合社会可持 续发展的战略要求，这些都不是能简单地用金钱来衡量的。总之，钢 结构具有柱梁截面小，有效使用面积大、施工速度快、工期短、贷款 期短、贷款利息少、绿色环保、材料可重复利用等优点，符合社会可 持续发展要求，具有较好的综合经济效益。 六、结论 经过以上分析和比较，可知： 钢结构与混凝土 - 钢混合结构两种结构方案直接的建筑工程造价相 差不大，加上水、暖、电、空调等安装工程的总造价相差不会超过 2%。 两种结构方案相比，钢结构方案在有效使用面积、抗震性能、施 工速度、环保节能等方面更具有优势。但是，钢结构施工标准和技术 要求高，钢结构防火等级标准高，维护的成本也较高。 通过本文的分析，钢结构与混凝土 - 钢混合结构两种结构方案直接 的建筑工程造价相差不大，企业可根据自身实力以及进入市场的要求 进行结构形式选择，以便实现企业份额的快速增长。