大跨度預應力結構與鋼結構經濟性分析對比探討

孫軍鋒

（廣東博意建筑設計院有限公司　廣東　順德　528312）

大跨度預應力結構與鋼結構經濟性分析對比探討

孫軍鋒

（廣東博意建筑設計院有限公司廣東順德528312）

大跨度建筑具有大跨度、重荷載以及超長的特點，不同樓蓋體系形式、布置所得出的工程造價相差甚大。本文通過結合某電影院屋蓋設計實例，對該工程屋蓋采用大跨度預應力混凝土結構與鋼結構兩種不同的體系進行經濟性方面的綜合對比，旨在能為同類工程提供參考借鑒。

大跨度預應力結構；鋼結構；經濟分析；結構比選

1　引言

隨著我國施工技術的不斷發展以及建筑設計要求，近年來，大跨度的建筑屋蓋形式不斷涌現。針對于大跨度建筑結構中，樓蓋體系跨度大，當進行此類建筑的設計中，重點應考慮的是樓蓋體系的結構形式、布置形式以及綜合造價等，這幾點均與其他類型的建筑結構樓蓋體系有所不同。因此，合理地選取大跨度樓蓋結構類型是這類建筑結構設計中的關鍵問題，也是難點問題。

2　工程實例概況

某電影院屋蓋項目，具體尺寸為31.2m×40.5m，高為11.0m，本工程采用的是大跨度框架柱網。本工程屋面具有大跨度特點，針對這種情況可以考慮采取的樓蓋方案包括預應力混凝土屋蓋與鋼結構屋蓋，因此需要對這兩種方案進行對比分析。

3　預應力混凝土屋蓋與鋼結構屋蓋造價對比

3.1大跨度預應力混凝土屋蓋

如圖1所示為本項目電影院采用的后張法有粘結預應力梁屋蓋形式的布置方案，表1所示為大跨度預應力混凝土屋蓋的費用統計。

圖1　后張法有粘結預應力梁樓蓋形式的布置方案

3.2鋼結構屋蓋

圖2為本項目剛架屋面平面布置圖，在剛架屋蓋方案工程造價中需要考慮的因素包括鋼剛架、屋面檁條、水平支撐、屋面板等。本項目鋼結構屋蓋主要設計為31.2m跨主剛架，同時根據工程的具體荷載情況確定各剛架構件的截面尺寸。表2所示為鋼結構屋蓋的鋼構件材料費用統計。

表1　大跨度預應力混凝土屋蓋的費用統計

圖2　鋼結構屋面平面布置圖

3.3兩種屋蓋造價對比分析

表2　鋼構件材料和安裝費用統計

通過對本電影院屋蓋采取預應力結構和鋼結構屋蓋兩種方案對比分析表明，采用大跨度預應力混凝土屋蓋時，由于跨度達到31.20m，而且要做高支模及專家論證，全部荷載將由車庫頂板來承受，而已經施工完成的車庫頂板結構不能承載搗混凝土時的上部荷載，需要對車庫頂板進行重新設計加固，經計算得出大跨度預應力結構屋蓋的總造價為165.3萬左右，而且這種屋蓋類型的施工時間長及難度大。對于采用剛架屋蓋形式，經計算得出屋蓋總造價為111.1萬元。從工程造價上比較，采取鋼結構屋面比預應力結構屋面節省54.2萬元，見表3所示。而且鋼結構屋蓋施工時間從交場地之日起到全部完成整個鋼屋架施工驗收約30d時間。因此從工程造價以及施工工期比較表明，本電影院屋蓋類型最終選用鋼結構屋蓋形式。

表3　兩種屋蓋造價對比

4　大跨度預應力混凝土屋蓋與鋼結構屋蓋方案比選

結合以上工程實例造價分析結果可以表明，針對于大跨度屋蓋來說可采用預應力混凝土結構和鋼結構，由于屋蓋結構布置不同，造成了兩種方案在結構重量、基礎形式、施工速度以及工程造價等方面差異甚大。以下將進一步比較這兩種屋蓋形式造價：

4.1樓蓋主材造價對比

根據預應力混凝土結構體系和鋼結構樓蓋體系，對這兩種不同類型的屋蓋體系方案的工程造價進行對比。在預應力混凝土結構體系方案中，需要用到腳手架進行施工，因此在該方案中增加了腳手架費用。從兩種屋蓋類型的綜合造價比較分析表明，鋼結構屋蓋方案比預應力混凝土屋蓋經濟。

4.2基礎部分主材造價對比

在預應力混凝土屋蓋方案中，屋蓋的梁板構件均采用鋼筋混凝土，因此預應力混凝土屋蓋結構重量大；而在剛架屋蓋方案中，剛架、檁條以及屋面壓型鋼板均采用輕鋼，因此剛架屋蓋結構重量較輕。兩種屋蓋結構的重量比較表明，剛架屋蓋相比預應力混凝土屋蓋自重輕，基礎所受到的荷載較小，因此剛架屋蓋基礎部分造價會比預應力混凝土屋蓋低。

4.3施工速度對造價的影響對比

剛架屋蓋結構已形成工業化的生產模式，施工速度快，在施工現場可以很快進行剛架的組裝；而在預應力混凝土結構中，需要進行現場的模板支模、混凝土砌筑、養護以及預應力的張拉，這些工序的工程量較大，同時施工中還會受到不良天氣的影響，這就會使得預應力混凝土的施工速度比剛架結構的施工速度慢。由于施工速度差異，會導致工期的不同，工期會對貸款利息、人工費以及租金收益等造成影響。

（1）工期對貸款利息的影響。剛架施工速度快，施工所投入的資金可以很快進行結清，提前還清貸款，這就減少了貸款的利息。

（2）工期對人工費的影響。剛架結構的工業化程度高，剛架、檁條以及壓型鋼板等構件安裝已有一套較為成熟的施工模式，可以很快完成吊裝，這就節省了很多施工時間以及投入的人力和機械，這樣就節省了投入的資金。

（3）工期對租金收益的影響。剛架施工速度快，工程項目可以很快完工，投入使用，因此業主可以很快的從鋼結構建筑的投入使用中得到相應的租金收益。

4.4建筑內在價值的對比

不同屋蓋體系對使用面積的影響較大，剛架屋蓋體系的重量較輕，所采用的鋼梁腹板高度尺寸較小，從而相比于預應力混凝土屋蓋而言，鋼結構屋蓋使用面積更大，這就相當于得到了相應增加面積的經濟利益。

5　結語

本文重點分析了大跨度屋蓋結構體系的優選問題，結合某電影院屋蓋設計實例，對該工程屋蓋采用大跨度預應力混凝土結構與鋼結構兩種不同的體系進行經濟性方面的綜合對比，對這兩個方案進行施工期、工程造價分析，從而比選出最佳方案。針對于該跨度屋蓋，選取鋼結構屋蓋形式具有顯著經濟優勢，對類似工程有參考作用。

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TU758.11

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1673-0038（2015）17-0032-02

2015-4-8