基于全壽命周期理論的高層鋼結構住宅造價分析*

同濟大學建筑工程系 上海 200092

1 鋼結構全壽命周期成本

全壽命周期成本是指住宅建筑在整個壽命周期內所消耗的總成本，包括住宅建設時投入的建造成本、整個使用期內的使用維護成本和使用結束后的處置成本三部分[1]。

1）建造成本：主要指建筑部品在工廠預制加工的費用、構件運輸費用和現場安裝施工的費用。其中工廠預制費用包括固定資產攤銷（廠房、設備、技術）、原材料購置費和人工費；現場施工費用包括現場安裝人工費、現場機械費和現場材料費。

2）使用維護成本：主要指房屋運營使用時產生的費用和房屋本身的維修費用。

3）處置成本：房屋使用后的拆除費用、環境恢復費用和建筑材料（部品）的殘值。

通過全壽命周期理論對鋼結構住宅成本進行劃分，亦按照這三部分來細分出前期準備、設計、實施、維護、回收等各個要素進行逐項分析，如表1所示。

2 鋼結構綜合經濟效益分析

綜合經濟指標分為靜態經濟指標、動態經濟指標和循環經濟指標。其中靜態經濟指標包括基礎造價、建筑使用面積；動態經濟指標包括利息、租金；循環經濟指標包括回收率、殘值[2]。

表1 高層鋼結構住宅全壽命周期經濟指標分析順序表

一個建筑的工程總投資包括工程造價、動遷費、征地費等很多方面，工程造價由于地域的不同約占工程總投資的30%～50%。工程造價包括結構造價、裝飾費、設備費等，其中結構造價只占工程造價的30%左右；而結構造價又分上部結構和基礎造價，上部結構造價僅占結構造價的50%左右。我們要討論的鋼結構只是指工程的上部結構框架，在工程總投資中僅占10%還不到，因此基礎造價在結構造價部分起決定性作用[3]。

關于鋼結構住宅與鋼筋混凝土住宅在造價方面的對比，在低、多層建筑中，鋼結構住宅由于用鋼量較大導致較鋼筋混凝土住宅造價偏高。但隨著2010版《建筑抗震設計規范》的實施，這一造價差距將會進一步減小，特別是在高層建筑中，鋼結構住宅與鋼筋混凝土結構住宅造價基本持平。

我們在調研中發現，影響高層鋼結構住宅的綜合經濟效益的因素很多，例如：自重輕，節約基礎造價10%～20%；強度高，增加建筑有效使用面積3%～5%；施工速度快，縮短工期約30%左右；等等。除上述主要因素之外，還有一些因素及其產生的經濟效益，雖然一時難以轉化成經濟衡量單位供評價使用，但這部分社會效益及經濟效益也是非常可觀的。比如，采用鋼結構體系具有結構抗震性增強、建筑布置及造型靈活性大、施工對周圍環境影響小等優點。

對于高層鋼結構住宅來說，除了需要考慮工程直接投資外，還應當從建筑的內在價值，即有效使用面積、基礎處理、施工速度、施工對周圍環境影響以及建筑的可持續性發展等方面綜合因素進行全面、系統的分析，應當以建筑的綜合經濟效益為依據來評價高層鋼結構住宅的適用性。

3 高層鋼結構住宅基礎造價分析

3.1 基礎造價理論分析

鋼結構的經濟性主要在上部結構質量較輕，對建筑基礎的要求相對較低，從而節約了基礎的成本。

上部結構較輕不僅是因為鋼結構本身自重輕，而且還由于鋼結構可廣泛使用裝配式隔墻。

同一建筑物，當采用輕鋼龍骨內隔墻板作為內隔墻時，其上部結構的土建費用與采用空心砌塊作為內隔墻的工程大致相當，甚至略高一點。究其原因：主要是由于輕鋼龍骨內隔墻板本身價格高于其他隔墻材料的價格。但不可忽略的是，其面積系數更大，使用面積要大于采用空心砌塊的，每平方米建筑面積可多出使用面積0.044 m2左右。

同時，考慮到影響基礎土建費用的因素除柱底內力外，還與所采用的基礎形式、地質情況等諸多因素有關，要對其經濟性做出準確的分析較為困難。以目前使用較為普遍的樁基礎來說，其基礎的土建費用與相應的柱底內力（主要指軸力）大小可認為成正比關系[4,5]。

本文將結構本身進行分類：一是傳統鋼筋混凝土結構； 二是鋼結構使用裝配式隔墻。表2對兩種結構的主要指標進行了對比。

表2 鋼結構與混凝土結構計算結果對比

鋼結構本身還為基礎減少了25%左右的自重荷載。

3.2 基礎設計選型

基礎結構的造價與工程所在地的地質條件密切相關，其工期約占整個建筑物主體工程的25%～30%，造價約占總造價的10%～20%，基礎工程的重要性顯而易見。所以，設計時應重視地質勘察報告的交底工作，選擇合理的基礎形式，控制基礎的截面尺寸與埋深。這對整幢住宅樓工程造價的控制將起到積極的作用。

為進一步佐證以上理論分析，下面通過某一工程實例的計算來作具體說明。某商住樓地上27 層，地下2 層，建筑高度 96.45 m，占地面積3 142 m2，地上總建筑面積46 373 m2。

擬建場地屬于第四紀地貌，地勢較為平坦，該地貌形態屬于江淮波狀平原，地面絕對高程在39.51～41.42 m之間。場地范圍內沒有影響場地穩定性的構造破碎帶、滑坡、崩塌、泥石流、采空區、地面沉降、巖溶等不良地質作用，擬建場地可視為較穩定的建筑場地，可進行本工程的建設。

根據鉆探、靜探資料、室內土工試驗結果，本工程場地劃分出6 個主要巖層土，主要土層的壓縮模量、地基土承載力標準值參見表3，樁型及樁基礎設計參數參見表4、表5。

通過表4、表5對比，采用鋼結構其樁基豎向承載力為14 500 kN，而采用鋼筋混凝土框架剪力墻其樁基豎向承載力為18 500 kN。鋼結構本身為基礎減少了22%左右的自重荷載，對基礎造價的節省起到了很顯著的效果。

表3 主要土層的壓縮模量、地基土承載力標準值

表4 鋼結構樁基礎設計參數

表5 框架剪力墻樁基礎設計參數

由此說明，對一套完全相同的建筑體系通過結構選型，采用不同的結構形式，將在很大程度上影響基礎造價。所以整個建設項目的成本控制是全壽命周期的，尤其是設計階段將直接影響后期整個成本。

3.3 基礎造價對比分析

當采用鋼結構住宅體系時，由于墻體使用輕質材料，梁、柱采用H型鋼，上部結構質量大大減輕，基礎受力較小，樁基礎造價為6 347 833 元，基礎土方造價為3 599 795 元，基礎土建工程造價為43 065 898 元，直接造價為53 013 526 元；而采用鋼筋混凝土框架剪力墻體系時，由于墻體使用砌體，與鋼結構體系相比較，其上部結構質量大，導致基礎受力較大，樁基礎造價為8 676 455 元，基礎土方造價為5 826 748 元，基礎土建工程造價為48 491 459 元，直接造價為62 994 662元。就基礎直接造價而言，采用鋼筋混凝土框架剪力墻體系的主材造價比鋼結構高9 981 136 元，相當于19%。

上部結構質量的減輕，給下部基礎帶來了許多好處，由上述知，主體結構的自重不同，基礎的設計和費用也不同，從而影響整體結構的總造價的不同。同時，上部結構自重減輕、基礎減輕、建材運輸量也相應減少。二者相抵，鋼結構住宅的造價大致可與鋼筋混凝土住宅持平。但鋼結構住宅修造工期可大大縮短，特別是隨著樓層數增加，鋼結構住宅更具成本優勢[6,7]。

4 結語

本研究分析了高層鋼結構的綜合經濟性能，同時對鋼結構住宅與鋼筋混凝土住宅的基礎造價進行詳細的對比與分析，得出了如下關于高層鋼結構住宅綜合經濟性的結論：

1）在能源日益緊缺，對住宅質量要求日益提高的情況下，鋼結構住宅環保、節能，可滿足住宅大開間、靈活分隔的需要，符合可持續發展等優勢日益明顯。

2）根據本研究的基礎造價分析，高層鋼結構住宅在基礎造價方面亦具備明顯優勢。

3）判別一種結構體系的經濟性，不能僅簡單地將結構主體的造價進行比較，而必須綜合考慮所有影響造價的因素[8]。