前言

在翻看《鋼結(jié)構(gòu)建筑裝修構(gòu)造圖集[日]》一書時，看到了一張關于鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的對比圖，其中有些內(nèi)容不但看起來有點疑惑，而且翻譯的語句讀起來也是有些生硬，所以打算聊聊這個話題。

表格中關于兩者的對比角度還是非常全面的。其中所列的不同的角度有13個：平面設計、結(jié)構(gòu)形式、柱子尺寸、梁高……裝飾材料和變形限制等。本文增加了3個角度，循環(huán)利用、設計和工序流程。總共16個角度，下面逐一展開聊一聊。

1. 平面設計

以《日本建筑鋼結(jié)構(gòu)設計》中的一個例子為例，這是日本較為常見的情況：一棟三層鋼結(jié)構(gòu)辦公樓，為了實現(xiàn)更靈活的建筑平面功能分割，采用了無柱的室內(nèi)空間，即單榀鋼框架結(jié)構(gòu)體系。這種設計使梁跨度達到13.5米，采用H型實腹鋼梁配合冷彎矩形鋼管柱，實現(xiàn)起來相對容易。鋼結(jié)構(gòu)建筑因此能提供更開闊的空間和更自由的功能布局。

相比之下，混凝土結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)這種跨度和凈高的組合。

2. 常用的結(jié)構(gòu)形式

這種對比需要考慮一個前提條件：常見的多高層建筑。日本的鋼結(jié)構(gòu)建筑通常采用純框架，因此鋼柱多為方鋼管。美國的鋼結(jié)構(gòu)建筑則常見帶支撐的框架結(jié)構(gòu)，所以鋼柱多采用H型鋼。這些差異也與所使用的鋼材種類有關。如果讀者對此感興趣，可以留言討論，我們可以在后面再深入展開。

3. 柱子尺寸

鋼材具有高強度和均勻的性能，因此可以使用更小的截面尺寸。以上述三層辦公樓為例，鋼柱的寬度僅為40cm。相比之下，若采用鋼筋混凝土，柱子的寬度需要顯著增加，至少達到65cm。

這種尺寸差異不僅影響建筑的使用面積，還會影響整體結(jié)構(gòu)的重量和荷載分布。

4. 梁高

混凝土梁高跨比的最小值1/18是鋼結(jié)構(gòu)高跨比的最大值。在常規(guī)設計中，鋼梁的高跨比通常取1/20。對于輕型屋面的鋼梁，這個比值可以降低到1/30，但一般不小于1/40。

這種梁高差異不僅影響建筑的凈高和空間利用，還會影響整體結(jié)構(gòu)的剛度。鋼結(jié)構(gòu)由于其較小的梁高，可以更靈活地布置管線和設備，同時也能實現(xiàn)更大的跨度。然而，設計人員需要注意控制鋼梁的撓度，以確保結(jié)構(gòu)的使用階段性能和舒適度。

5. 建筑物自重

從比例上來看，采用鋼結(jié)構(gòu)的建筑，自重通常會減輕40%以上。

一項針對50米高層辦公樓的研究對比了不同結(jié)構(gòu)體系，結(jié)果更加顯著。該辦公樓上部建筑面積為1.04萬平方米，采用鋼結(jié)構(gòu)后，每平方米的結(jié)構(gòu)自重減輕了56%，基礎造價也隨之減少了7.5%。

這種重量減輕不僅影響了建筑的整體荷載，還對結(jié)構(gòu)設計和施工方法產(chǎn)生有利的影響。例如，較輕的自重可以減少地震作用下的慣性力。

6. 基礎

盡管鋼結(jié)構(gòu)重量較輕，但如果混凝土結(jié)構(gòu)也都是采用獨立基礎，那么成本減少的比例相對就較小，約為7%左右。

不過，如果由于重量減輕而能改變基礎形式——比如，混凝土結(jié)構(gòu)需要筏板基礎，而鋼結(jié)構(gòu)可改用獨立基礎——那么成本減少的比例就會相當可觀，估計可達15%左右。

7. 構(gòu)件的可靠性

這個區(qū)別相當明顯。雖然高質(zhì)量的混凝土結(jié)構(gòu)在精度上可能超過鋼結(jié)構(gòu)，但這種情況并不代表普遍水平。

通常，現(xiàn)場施工工人的技能水平參差不齊，工作環(huán)境較為惡劣，再加上普遍存在的趕工期的時間壓力，使得施工質(zhì)量難以與工廠預制構(gòu)件相媲美。即便混凝土采用工廠預制，其成本相較于鋼結(jié)構(gòu)也不具有絕對優(yōu)勢。畢竟，鋼材本質(zhì)上就是預制成品。值得注意的是，在日本，鋼結(jié)構(gòu)的成本已經(jīng)低于混凝土結(jié)構(gòu)。

8. 耐久性

在一般室內(nèi)非潮濕環(huán)境中，即使沒有特殊保護，鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕速度也非常緩慢（參見：室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)防腐：底漆真的一定要涂嗎？）。實際工程中，除了防銹處理外，還會添加裝飾面層，因此鋼結(jié)構(gòu)無需頻繁維護就能長期安全使用。不過，在日常使用和裝修改造中，需要注意不要損壞鋼結(jié)構(gòu)的防腐保護層。

相比之下，混凝土結(jié)構(gòu)需要重點預防和控制開裂。一旦裂縫超過規(guī)范允許范圍，鋼筋失去混凝土的可靠保護，就容易發(fā)生銹蝕。

簡而言之，鋼結(jié)構(gòu)的耐久性主要依賴于外部保護措施的設計，而混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性則取決于混凝土本身的設計。

9. 耐火性能

關于鋼結(jié)構(gòu)的防火內(nèi)容，本公眾號已有詳細討論，讀者可參閱相關專題集。

混凝土結(jié)構(gòu)的防火規(guī)范目前仍處于國家標準征求意見階段。然而，廣東省已發(fā)布了地方標準《建筑混凝土結(jié)構(gòu)耐火設計技術規(guī)程》（DBJ/T15-82-2022）。該規(guī)程指出，混凝土結(jié)構(gòu)的耐火極限取決于三個關鍵因素。以混凝土柱為例，若要達到3小時的耐火極限，在多面受火、軸壓比（μ值）為0.5、柱寬65cm的情況下，受力鋼筋的混凝土保護層厚度需不小于35mm。

10. 工期

一般而言，鋼結(jié)構(gòu)比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能縮短工期。這主要是因為在施工基礎時，鋼結(jié)構(gòu)可以在工廠同步加工，且現(xiàn)場無濕作業(yè)，不需要像混凝土那樣耗時養(yǎng)護。

然而，在實際工程中，能否真正縮短總工期受多種因素影響：首先，鋼結(jié)構(gòu)的運輸和吊裝需要精確的計劃和協(xié)調(diào)，以確保構(gòu)件能夠順利到達施工現(xiàn)場并準確就位。其次，現(xiàn)場焊接和高強度螺栓連接等關鍵工序需要較高的技術水平和質(zhì)量控制。最后，鋼結(jié)構(gòu)的防火、防腐處理也是影響工期的重要因素，需要在施工計劃中充分考慮。

11. 梁穿孔

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