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1、钢筋混凝土工程施工技术一、超高层混合结构与混凝土结构综合经济比较分析1.混合结构与混凝土结构综合经济比较分析以下通过结构造价、结构占地面积和施工周期对整体成本的影响等方面,论述超高层建筑采用混合结构和混凝土结构的综合经济效益比较,其前提是机电设备、电梯、装修等非结构性项目不因结构体系变化而变化,且采用不同结构材料所产生的结构抗震、建筑布置的灵活性、施工对周围环境的影响等也暂不作为本文的比较分析内容。本文提及的工程整体成本非指工程总投资额,而是指工程的结构造价和由于采用不同结构材料所产生的结构施工工期与建筑有效使用面积的差异并由
2、此带来的经济收益转换而成的等效成本之和。1.1结构造价对整体成本的影响结构造价包括地基基础处理费用、地下室和上部结构的造价,由于结构造价对工程总体成本的影响较直观,可直接把两工程所需投入的实物和资金体现出来,也是开发商首先关心的问题。由于采用的结构体系不同,结构材料也不同,使得结构自重也差别较大,因此对基础的造价影响也较大。1.2结构占用面积对整体成本的影响由于高强钢材的使用,使得混凝土结构构件截面比混凝土结构要小,尤其当框架柱采用钢管混凝土柱时,由于钢管对核心混凝土的约束效果,使得构件强度进一步提高,且有关规程对钢管混凝土柱
3、的轴压比限值较为宽松。另外,由于钢-混凝土组合构件(钢管混凝柱、钢管混凝土叠合柱、型钢-钢管混凝土柱)较好的延性,使得高强混凝土的使用成为可能,可进一步减小结构占地面积,增加实际可使用面积(包括办公面积和地下停车位等)。另外,选用高强钢材,能进一步减小结构占地面积,但高强钢材往往价格较高,因此也应进行比较分析。上述原因使得超高层建筑中采用钢-混凝土混合结构的面积比例小于混凝土结构,但建筑有效使用面积相对增大,在销售上能体现其经济效益。值得一提的是,当超高层混合结构中的框架梁采用蜂窝梁,管道从钢梁中开孔中穿过时,可在楼层净高要求
4、相同的情况下使其层高更小。我们简单计算过一栋60层超高层混凝土建筑,如采用蜂窝梁便可在相同建筑高度情况下,增加4～5层结构面积,在销售时可取得可观的经济效益。1.3结构施工周期对整体成本的影响由于结构体系以及使用的主体材料不同,工程上部结构施工工期会受到较大影响,同时施工环境及季节、工程量大小、地质条件等诸多因素也会对施工工期造成影响。当采用钢-混凝土混合结构体系时,由于钢与混凝土弹性模量不同及混凝土的收缩徐变特性,使得核芯筒与外围竖向构件存在差异变形而引起较大的次应力,在组合结构设计中必须加以考虑。具体处理方法是通过让混凝土
5、核芯筒先施工至一定高度,再开始外围构件施工,使楼面混凝土浇捣完时筒体与外围构件有效折算应力△s增量接近,从而控制两者的差异变形在可接受范围内,降低构件由于差异变形引起的次应力。对于有伸臂桁架的结构,需对伸臂桁架节点作先铰后刚的连接处理,以释放施工阶段的相对位移。外围钢柱的制作长度也需根据现场测量情况作出调整,以降低徐变、收缩和弹性压缩的不利影响。最符合上述原则的施工过程是将各部分的施工分别进行,之间相距数层:①钢筋混凝土核心筒采用爬模施工,爬模自支撑于核心筒上,无需脚手架。②安装周边钢框架,充分利用钢结构施工周期短的特点;③若
6、采用钢管混凝土柱,外钢管可一次立好数层,然后浇灌钢管内混凝土。在合理施工组织下,混合结构体系的施工速度较快,与钢结构大致相同甚至更快,如一些超高层混合结构实例的平均每层施工周期为4d～7d,比混凝土结构缩短约2d。另外,混凝土结构施工受天气气候影响较大,工期的缩短有利于建筑物及早投入使用,缩短贷款建设还贷时间,且提早出租增加租金收入,对整体成本的影响体现在利息和租金的收益上。作为实例,我们获得了某混合结构和混凝土结构利息节约情况。超高层建筑采用混合结构体系,由于施工周期的缩短,建筑可提前投入使用,以及有效使用面积的增大,必然带
7、来租金的益,它与建筑场地、出租面积率和楼层位置等因素有关。1.4综合经济分析超高层建筑采用钢-混凝土混合结构,在建筑有效使用面积和施工工期方面具有一定的优势,并能取得较可观的经济收益,从而可抵消一部分因采用钢结构而增加的材料费用,进而使工程整体成本明显降低。对于特定的实际工程,将以上各种有利有弊的因素都加以考虑,投资方可在各方的配合下,对两种结构体系作详细的综合经济性比较分析,经多方论证找到最优和最合理经济的结构设计方案。超高层建筑采用钢筋混凝土结构的造价虽低,但工期相对较长,时间成本相对较高,而采用混合结构具有结构占用面积小
8、、施工工期短的优点,但结构造价高,前期资金投入大,当然钢材也具有可回收、更环保的优点。超高层建筑采用混合结构或是混凝土结构,其综合经济效益并非一个简单的课题,它涉及到结构设计、施工管理、风险投资和资本运作等多个方面,投资方可在各方的配合下,对两种结构体系作详细的综合经济性比较
