前言

在翻看《鋼結構建筑裝修構造圖集[日]》一書時，看到了一張關于鋼結構與鋼筋混凝土結構的對比圖，其中有些內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、結構形式、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《日本建筑鋼結構設計》中的一個例子為例，這是日本較為常見的情況：一棟三層鋼結構辦公樓，為了實現更靈活的建筑平面功能分割，采用了無柱的室內空間，即單榀鋼框架結構體系。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，實現起來相對容易。鋼結構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，混凝土結構難以實現這種跨度和凈高的組合。

2. 常用的結構形式

這種對比需要考慮一個前提條件：常見的多高層建筑。日本的鋼結構建筑通常采用純框架，因此鋼柱多為方鋼管。美國的鋼結構建筑則常見帶支撐的框架結構，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，還會影響整體結構的重量和荷載分布。

4. 梁高

混凝土梁高跨比的最小值1/18是鋼結構高跨比的最大值。在常規設計中，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，還會影響整體結構的剛度。鋼結構由于其較小的梁高，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，以確保結構的使用階段性能和舒適度。

5. 建筑物自重

從比例上來看，采用鋼結構的建筑，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構體系，結果更加顯著。該辦公樓上部建筑面積為1.04萬平方米，采用鋼結構后，每平方米的結構自重減輕了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，還對結構設計和施工方法產生有利的影響。例如，較輕的自重可以減少地震作用下的慣性力。

6. 基礎

盡管鋼結構重量較輕，但如果混凝土結構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，混凝土結構需要筏板基礎，而鋼結構可改用獨立基礎——那么成本減少的比例就會相當可觀，估計可達15%左右。

7. 構件的可靠性

這個區別相當明顯。雖然高質量的混凝土結構在精度上可能超過鋼結構，但這種情況并不代表普遍水平。

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

8. 耐久性

在一般室內非潮濕環境中，即使沒有特殊保護，鋼結構的銹蝕速度也非常緩慢（參見：室內鋼結構防腐：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，因此鋼結構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構的防腐保護層。

相比之下，混凝土結構需要重點預防和控制開裂。一旦裂縫超過規范允許范圍，鋼筋失去混凝土的可靠保護，就容易發生銹蝕。

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

9. 耐火性能

關于鋼結構的防火內容，本公眾號已有詳細討論，讀者可參閱相關專題集。

混凝土結構的防火規范目前仍處于國家標準征求意見階段。然而，廣東省已發布了地方標準《建筑混凝土結構耐火設計技術規程》（DBJ/T15-82-2022）。該規程指出，混凝土結構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，鋼結構比鋼筋混凝土結構能縮短工期。這主要是因為在施工基礎時，鋼結構可以在工廠同步加工，且現場無濕作業，不需要像混凝土那樣耗時養護。

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，鋼結構的運輸和吊裝需要精確的計劃和協調，以確保構件能夠順利到達施工現場并準確就位。其次，現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量控制。最后，鋼結構的防火、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

返回列表