同濟(jì)大學(xué)建筑工程系 上海 200092

1 鋼結(jié)構(gòu)全壽命周期成本

全壽命周期成本是指住宅建筑在整個(gè)壽命周期內(nèi)所消耗的總成本，包括住宅建設(shè)時(shí)投入的建造成本、整個(gè)使用期內(nèi)的使用維護(hù)成本和使用結(jié)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(yù)制加工的費(fèi)用、構(gòu)件運(yùn)輸費(fèi)用和現(xiàn)場(chǎng)安裝施工的費(fèi)用。其中工廠預(yù)制費(fèi)用包括固定資產(chǎn)攤銷（廠房、設(shè)備、技術(shù)）、原材料購(gòu)置費(fèi)和人工費(fèi)；現(xiàn)場(chǎng)施工費(fèi)用包括現(xiàn)場(chǎng)安裝人工費(fèi)、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械費(fèi)和現(xiàn)場(chǎng)材料費(fèi)。

2）使用維護(hù)成本：主要指房屋運(yùn)營(yíng)使用時(shí)產(chǎn)生的費(fèi)用和房屋本身的維修費(fèi)用。

3）處置成本：房屋使用后的拆除費(fèi)用、環(huán)境恢復(fù)費(fèi)用和建筑材料（部品）的殘值。

通過全壽命周期理論對(duì)鋼結(jié)構(gòu)住宅成本進(jìn)行劃分，亦按照這三部分來(lái)細(xì)分出前期準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)、實(shí)施、維護(hù)、回收等各個(gè)要素進(jìn)行逐項(xiàng)分析，如表1所示。

2 鋼結(jié)構(gòu)綜合經(jīng)濟(jì)效益分析

綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分為靜態(tài)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。其中靜態(tài)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括基礎(chǔ)造價(jià)、建筑使用面積；動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括利息、租金；循環(huán)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括回收率、殘值[2]。

表1 高層鋼結(jié)構(gòu)住宅全壽命周期經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析順序表

一個(gè)建筑的工程總投資包括工程造價(jià)、動(dòng)遷費(fèi)、征地費(fèi)等很多方面，工程造價(jià)由于地域的不同約占工程總投資的30%～50%。工程造價(jià)包括結(jié)構(gòu)造價(jià)、裝飾費(fèi)、設(shè)備費(fèi)等，其中結(jié)構(gòu)造價(jià)只占工程造價(jià)的30%左右；而結(jié)構(gòu)造價(jià)又分上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)造價(jià)，上部結(jié)構(gòu)造價(jià)僅占結(jié)構(gòu)造價(jià)的50%左右。我們要討論的鋼結(jié)構(gòu)只是指工程的上部結(jié)構(gòu)框架，在工程總投資中僅占10%還不到，因此基礎(chǔ)造價(jià)在結(jié)構(gòu)造價(jià)部分起決定性作用[3]。

關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)住宅與鋼筋混凝土住宅在造價(jià)方面的對(duì)比，在低、多層建筑中，鋼結(jié)構(gòu)住宅由于用鋼量較大導(dǎo)致較鋼筋混凝土住宅造價(jià)偏高。但隨著2010版《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的實(shí)施，這一造價(jià)差距將會(huì)進(jìn)一步減小，特別是在高層建筑中，鋼結(jié)構(gòu)住宅與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)住宅造價(jià)基本持平。

我們?cè)谡{(diào)研中發(fā)現(xiàn)，影響高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的綜合經(jīng)濟(jì)效益的因素很多，例如：自重輕，節(jié)約基礎(chǔ)造價(jià)10%～20%；強(qiáng)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(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，雖然一時(shí)難以轉(zhuǎn)化成經(jīng)濟(jì)衡量單位供評(píng)價(jià)使用，但這部分社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益也是非?？捎^的。比如，采用鋼結(jié)構(gòu)體系具有結(jié)構(gòu)抗震性增強(qiáng)、建筑布置及造型靈活性大、施工對(duì)周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。

對(duì)于高層鋼結(jié)構(gòu)住宅來(lái)說，除了需要考慮工程直接投資外，還應(yīng)當(dāng)從建筑的內(nèi)在價(jià)值，即有效使用面積、基礎(chǔ)處理、施工速度、施工對(duì)周圍環(huán)境影響以及建筑的可持續(xù)性發(fā)展等方面綜合因素進(jìn)行全面、系統(tǒng)的分析，應(yīng)當(dāng)以建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益為依據(jù)來(lái)評(píng)價(jià)高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的適用性。

3 高層鋼結(jié)構(gòu)住宅基礎(chǔ)造價(jià)分析

3.1 基礎(chǔ)造價(jià)理論分析

鋼結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性主要在上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量較輕，對(duì)建筑基礎(chǔ)的要求相對(duì)較低，從而節(jié)約了基礎(chǔ)的成本。

上部結(jié)構(gòu)較輕不僅是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)本身自重輕，而且還由于鋼結(jié)構(gòu)可廣泛使用裝配式隔墻。

同一建筑物，當(dāng)采用輕鋼龍骨內(nèi)隔墻板作為內(nèi)隔墻時(shí)，其上部結(jié)構(gòu)的土建費(fèi)用與采用空心砌塊作為內(nèi)隔墻的工程大致相當(dāng)，甚至略高一點(diǎn)。究其原因：主要是由于輕鋼龍骨內(nèi)隔墻板本身價(jià)格高于其他隔墻材料的價(jià)格。但不可忽略的是，其面積系數(shù)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(shí)，考慮到影響基礎(chǔ)土建費(fèi)用的因素除柱底內(nèi)力外，還與所采用的基礎(chǔ)形式、地質(zhì)情況等諸多因素有關(guān)，要對(duì)其經(jīng)濟(jì)性做出準(zhǔn)確的分析較為困難。以目前使用較為普遍的樁基礎(chǔ)來(lái)說，其基礎(chǔ)的土建費(fèi)用與相應(yīng)的柱底內(nèi)力（主要指軸力）大小可認(rèn)為成正比關(guān)系[4,5]。

本文將結(jié)構(gòu)本身進(jìn)行分類：一是傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)； 二是鋼結(jié)構(gòu)使用裝配式隔墻。表2對(duì)兩種結(jié)構(gòu)的主要指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比。

表2 鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果對(duì)比

鋼結(jié)構(gòu)本身還為基礎(chǔ)減少了25%左右的自重荷載。

3.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)選型

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的造價(jià)與工程所在地的地質(zhì)條件密切相關(guān)，其工期約占整個(gè)建筑物主體工程的25%～30%，造價(jià)約占總造價(jià)的10%～20%，基礎(chǔ)工程的重要性顯而易見。所以，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視地質(zhì)勘察報(bào)告的交底工作，選擇合理的基礎(chǔ)形式，控制基礎(chǔ)的截面尺寸與埋深。這對(duì)整幢住宅樓工程造價(jià)的控制將起到積極的作用。

為進(jìn)一步佐證以上理論分析，下面通過某一工程實(shí)例的計(jì)算來(lái)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(chǎng)地屬于第四紀(jì)地貌，地勢(shì)較為平坦，該地貌形態(tài)屬于江淮波狀平原，地面絕對(duì)高程在39.51～41.42 m之間。場(chǎng)地范圍內(nèi)沒有影響場(chǎng)地穩(wěn)定性的構(gòu)造破碎帶、滑坡、崩塌、泥石流、采空區(qū)、地面沉降、巖溶等不良地質(zhì)作用，擬建場(chǎng)地可視為較穩(wěn)定的建筑場(chǎng)地，可進(jìn)行本工程的建設(shè)。

根據(jù)鉆探、靜探資料、室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，本工程場(chǎng)地劃分出6 個(gè)主要巖層土，主要土層的壓縮模量、地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值參見表3，樁型及樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)參見表4、表5。

通過表4、表5對(duì)比，采用鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)本身為基礎(chǔ)減少了22%左右的自重荷載，對(duì)基礎(chǔ)造價(jià)的節(jié)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(biāo)準(zhǔn)值

表4 鋼結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)

表5 框架剪力墻樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)

由此說明，對(duì)一套完全相同的建筑體系通過結(jié)構(gòu)選型，采用不同的結(jié)構(gòu)形式，將在很大程度上影響基礎(chǔ)造價(jià)。所以整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的成本控制是全壽命周期的，尤其是設(shè)計(jì)階段將直接影響后期整個(gè)成本。

3.3 基礎(chǔ)造價(jià)對(duì)比分析

當(dāng)采用鋼結(jié)構(gòu)住宅體系時(shí)，由于墻體使用輕質(zhì)材料，梁、柱采用H型鋼，上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量大大減輕，基礎(chǔ)受力較小，樁基礎(chǔ)造價(jià)為6 347 833 元，基礎(chǔ)土方造價(jià)為3 599 795 元，基礎(chǔ)土建工程造價(jià)為43 065 898 元，直接造價(jià)為53 013 526 元；而采用鋼筋混凝土框架剪力墻體系時(shí)，由于墻體使用砌體，與鋼結(jié)構(gòu)體系相比較，其上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量大，導(dǎo)致基礎(chǔ)受力較大，樁基礎(chǔ)造價(jià)為8 676 455 元，基礎(chǔ)土方造價(jià)為5 826 748 元，基礎(chǔ)土建工程造價(jià)為48 491 459 元，直接造價(jià)為62 994 662元。就基礎(chǔ)直接造價(jià)而言，采用鋼筋混凝土框架剪力墻體系的主材造價(jià)比鋼結(jié)構(gòu)高9 981 136 元，相當(dāng)于19%。

上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量的減輕，給下部基礎(chǔ)帶來(lái)了許多好處，由上述知，主體結(jié)構(gòu)的自重不同，基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和費(fèi)用也不同，從而影響整體結(jié)構(gòu)的總造價(jià)的不同。同時(shí)，上部結(jié)構(gòu)自重減輕、基礎(chǔ)減輕、建材運(yùn)輸量也相應(yīng)減少。二者相抵，鋼結(jié)構(gòu)住宅的造價(jià)大致可與鋼筋混凝土住宅持平。但鋼結(jié)構(gòu)住宅修造工期可大大縮短，特別是隨著樓層數(shù)增加，鋼結(jié)構(gòu)住宅更具成本優(yōu)勢(shì)[6,7]。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究分析了高層鋼結(jié)構(gòu)的綜合經(jīng)濟(jì)性能，同時(shí)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)住宅與鋼筋混凝土住宅的基礎(chǔ)造價(jià)進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比與分析，得出了如下關(guān)于高層鋼結(jié)構(gòu)住宅綜合經(jīng)濟(jì)性的結(jié)論：

1）在能源日益緊缺，對(duì)住宅質(zhì)量要求日益提高的情況下，鋼結(jié)構(gòu)住宅環(huán)保、節(jié)能，可滿足住宅大開間、靈活分隔的需要，符合可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)勢(shì)日益明顯。

2）根據(jù)本研究的基礎(chǔ)造價(jià)分析，高層鋼結(jié)構(gòu)住宅在基礎(chǔ)造價(jià)方面亦具備明顯優(yōu)勢(shì)。

3）判別一種結(jié)構(gòu)體系的經(jīng)濟(jì)性，不能僅簡(jiǎn)單地將結(jié)構(gòu)主體的造價(jià)進(jìn)行比較，而必須綜合考慮所有影響造價(jià)的因素[8]。