鋼結構住宅綜合經濟性能分析

李金燦，王月明

(西南科技大學土木工程與建筑學院，四川綿陽621010)

鋼結構住宅用工廠化生產的鋼梁、鋼柱作為骨架，相應的定型墻板、門、窗、隔墻等作為圍護結構，建造而成。與傳統的鋼筋混凝土結構住宅相比，鋼結構住宅施工速度快，工期短;跨度大，易形成新穎、開闊的建筑空間，可利用面積和空間更大;自重輕、抗震性能強;綜合造價低。鋼結構建筑壽命較長，一般在50年至80年之間，而我國傳統建筑平均壽命僅30年［1］，鋼結構工業化程度高，將設計、生產、施工一體化，符合產業化和可持續發展的要求。另外，鋼結構比目前普遍使用的其他傳統建筑在環保、節能、高效、工廠化生產等方面都具有明顯優勢，被稱為“綠色建筑”。鋼結構建筑正成為對城市環境影響最小的一種建筑結構之一，這些都決定了鋼結構取代傳統結構形式將成為大勢所趨。

鋼結構作為世界建筑通用體系之一，技術體系早已成熟。鋼結構住宅在國外是主流住宅，而在我國一直沒有得到推廣和應用，較高的工程造價是制約其發展的瓶頸。在住宅商品化的今天，推廣一種新技術，既要從政策、法規、技術角度推薦，同時也得遵循價值規律，從經濟角度加以研究。判別一種建筑的經濟性，不能單純的將結構主體系的造價進行比較，而必須從其整體成本、資金時間價值、投資回報期、建筑的適用性、環保節能因素以及建筑的可持續發展等綜合經濟性能進行考慮。

1 鋼結構住宅的自身優勢

1.1 自重輕、基礎簡單

鋼材的重力密度比是混凝土的3倍，強度比是混凝土的14倍以上(Q235/C25)，墻體一般采用輕質復合墻板，每平方米建筑面積的質量遠小于鋼筋混凝土結構的自重。由于建筑物自重輕，對地耐力要求就低，適用于軟弱地基，因此鋼結構住宅降低了基礎工程的施工難度和造價。

1.2 有效使用面積大

鋼結構的材料強度高，柱梁截面小，再加上鋼結構住宅的墻體因不參與承重，可采用高強度的輕質墻板，墻體厚度遠小于鋼筋混凝土結構的墻體厚度，從而使有效使用面積得到了提高。

1.3 施工周期短

由于構件工業化、產業化生產，施工周期比傳統建筑縮短50%，構件在工廠制作生產，施工作業受天氣及季節影響少，工廠構件制作與現場構件安裝可以平行作業，大大縮短了建造周期和資金占用時間。

1.4 抗震性能好

鋼結構本身有良好的延伸性，自重輕，自振周期長，較大變形下能吸收變形能，結構體系的連接多為柔性連接，圍護結構可隨主體結構發生變位，其抗震性能得到了大大提高。自重減輕也會增強其抗震性能，自重減少一半，等同于降低抗震設防烈度一度，地震作用可降低30%—40%［2］，從而減少了很多有關抗震的構造要求，降低了工程造價。

1.5 環保節能

鋼結構構件在工廠制作，減少了現場工作量，避免了鋼混結構房屋施工現場中眾多建材和建筑垃圾的堆放，有利于環境保護。鋼結構的干作業施工減少了施工用水量，大量節約了水資源。這對在水資源異常寶貴的地區，如西南干旱地區，鋼結構有效避免了用水短缺等問題，施工的順利進行得到了保障。鋼結構住宅建筑體系，在建筑物壽命期終止時，結構鋼材可回收利用，且是所有建材中回收利用率最高的材料。其型鋼可全部再次利用，不用再回爐重新冶煉，如果措施得當，可以實現永續再循環利用。鋼結構的殘存值很高。

1.6 管線安裝方便

鋼結構住宅在樓層與墻體間有足夠的空間，因此，通信線、電源線、中央空調管、給排水管等各種管線都可沿樓層和墻體之間敷設，無需開槽，減少了許多重復施工內容，大大節約了裝修費用。

如上所述，由于鋼結構住宅的自身優勢，使其具有很好的綜合經濟效益。為了突破較高的工程造價制約鋼結構發展的瓶頸，有必要對鋼結構住宅的綜合經濟效益進行具體分析。

2 鋼結構住宅的綜合經濟效益分析

為利于不同結構體系住宅的經濟性能可比性，選擇了某2棟6層、分別采用鋼結構和最為常見的鋼筋混凝土結構作為兩種結構體系的典型代表為研究對象，運用靜態與動態的經濟分析方法，循環經濟理論進行綜合經濟效益的對比分析。

住宅的基本信息，由表1可知，鋼結構的綜合用鋼量為72 kg/m2，鋼筋混凝土結構綜合用鋼量為64 kg/m2，相對于鋼筋混凝土結構，鋼結構住宅的用鋼量增加了約12%

式中：初值Xn的取值范圍為[-1,1]；Xn+1是系統輸出；系統參數a取值范圍在(0,2]時,該混沌系統處于混沌狀態,經過實驗可得,該系統在a∈(1.8,2]時都可以達到滿映射的狀態[6]。

表1 兩種結構體系的住宅基本信息

表2為綜合考慮了基礎造價、主體結構造價、圍護結構造價及其他造價后兩種結構體系的主要經濟指標分析。表2所示，鋼結構住宅的平均造價比鋼筋混凝土結構高約8.7%，這與武漢賽博園一期工程技術經濟指標的10.96%基本相當［3］。

表2 兩種結構體系的主要經濟指標分析

從表2數據中可以清楚看到兩種結構體系造價的差別主要體現在基礎、主體結構和圍護結構造價方面。

2.1 靜態經濟分析

2.1.1 基礎造價

鋼結構住宅建筑的自重較輕，與鋼筋混凝土結構相比基礎荷載也相應的減少，降低了基礎造價。在此例中的鋼結構住宅基礎為淺基礎，基礎埋深在地面4米以上，而樁基礎埋深因地質情況而異，一般在地面以下7米，基礎造價高。表3為建筑面積5600 m2條件下基礎處理帶來的效益比較。

表3 基礎造價比較

2.1.2 建筑物使用面積

從表4可知，鋼結構住宅的有效使用面積比鋼筋混凝土結構住宅的有效使用面積增加約3.51%，這與小高層鋼結構的面積增加數值4.01%基本相當［4］。建筑有效使用面積的相對增加而產生的經濟效益，可以抵消一部分因采用鋼結構體系而增加的主體結構造價，同時也能夠讓業主得到更多的有效使用面積。按建筑面積和使用面積的比例80%，每平方米5000元計算，則建筑面積5600 m2可增加經濟收益78.62萬元。

表4 有效面積提高產生的效益

2.2 動態經濟分析

2.2.1 資金時間價值

與鋼筋混凝土結構相比，建筑面積按5600 m2計算，假設貸款500萬元，按照現行的基本利率:六個月至一年(含)5.31%，一至三年(含)中長期貸款5.40%，如按當前商業銀行對企業貸款實行的浮動利率，則企業可節省更多的貸款利息。建設資金增加的時間價值見表5。

表5 工期縮短所產生的資金時間價值

2.2.2 租金

假設建筑物可出租的面積為總建筑面積的70%(不同結構體系的建筑物的可出租面積率應該不同，但因前面已考慮了建筑有效使用面積增加部分的經濟收益，所以這里可假設各建筑出租面積率相同)，出租率為60%，按每平方米平均月租金30元，則提早完工120天可產生的資金收益預計如表6。

表6 租金收益分析表

2.3 循環經濟分析

住宅鋼結構體系，在建筑物壽命期結束時，其結構鋼材可以加以回收，建筑面積按5600 m2計算，回收率為50%，兩種結構類型的殘存值見表7，從表7可知，鋼結構的剩余價值比鋼筋混凝土結構多49.7萬元，這可以用來抵消因鋼結構的含鋼量比鋼筋混凝土結構高而導致主體結構造價高的一部分造價。

表7 兩種結構類型的殘存值

2.4 環保節能效益

住宅的節能主要是取決于墻體，不同墻體材料的節能系數不一致，以建筑面積5600 m2的住宅，外墻面積為1300 m2，煤價550元/t，住宅使用年限50年計算，鋼結構住宅每年的節能費用見表8。

表8 冬季節能費用比較

2.5 基于“整體成本”的經濟分析

基于上述表格內容，可以更加科學合理的計算這兩種結構體系的工程造價，本文稱之為“整體成本”。在此的整體成本不是指工程的總投資額，而是指工程的土建造價和由于采用不同結構材料和體系所產生的基礎、施工工期、使用面積和環保節能等方面的差異，并由此帶來的經濟收益轉換而成的等效成本之和［5］。

引入了“整體成本”這一概念以后，參照以上表格數據，可以計算出包括基礎簡單降低的造價、使用面積率提高的收益、資金時間價值、租金收益、殘存值、環保節能效益在內的與工程有關的收益和成本降低額度，計算結果見表9。

表9 整體經濟效益對比

3 結論

本文通過已建工程實例數據對鋼結構與鋼筋混凝土住宅結構體系的綜合經濟性能進行對比分析，綜合考慮結構自重的減輕、基礎簡單、使用面積的增加、建設資金時間價值、租金收益、廢鋼的可回收利用、環保節能等因素，從表9分析得出:鋼結構住宅的平均整體成本比鋼筋混凝土結構的低，綜合經濟性能比鋼筋混凝土結構的好。

隨著建筑技術的進步，高新材料的應用，鋼結構的造價可能會不斷降低;隨著建筑高度的增加，鋼結構住宅的綜合經濟效益也將更加的凸顯;尤其是從環保節能角度來講，有利于整個社會和國家的可持續發展。在我國目前大力推廣住宅產業化的時代背景下，鋼結構體系勢必成為住宅結構體系的主流。

［1］王茜.中國建筑平均壽命僅30年年產數億噸垃圾［OL］.中國日報網，2010－4－6

［2］魏德林.高層鋼結構住宅經濟性分析［J］.建筑經濟，2006(8)

［3］將立勇，宋進文.中高層鋼結構住宅——武漢賽博園一期工程技術經濟分析［J］.鋼結構，2007(3)

［4］孫亞娜，朱振偉.鋼結構建筑體系性能指標的綜合分析［J］.萊鋼科技，2009(2)

［5］鄒晶，劉德文，李元齊等.多層鋼結構住宅造價及綜合經濟性能分析［J］.四川建筑科學研究，2010，36(1)