钢结构住宅综合经济性能分析

李金灿，王月明

(西南科技大学土木工程与建筑学院，四川绵阳621010)

钢结构住宅用工厂化生产的钢梁、钢柱作为骨架，相应的定型墙板、门、窗、隔墙等作为围护结构，建造而成。与传统的钢筋混凝土结构住宅相比，钢结构住宅施工速度快，工期短;跨度大，易形成新颖、开阔的建筑空间，可利用面积和空间更大;自重轻、抗震性能强;综合造价低。钢结构建筑寿命较长，一般在50年至80年之间，而我国传统建筑平均寿命仅30年［1］，钢结构工业化程度高，将设计、生产、施工一体化，符合产业化和可持续发展的要求。另外，钢结构比目前普遍使用的其他传统建筑在环保、节能、高效、工厂化生产等方面都具有明显优势，被称为“绿色建筑”。钢结构建筑正成为对城市环境影响最小的一种建筑结构之一，这些都决定了钢结构取代传统结构形式将成为大势所趋。

钢结构作为世界建筑通用体系之一，技术体系早已成熟。钢结构住宅在国外是主流住宅，而在我国一直没有得到推广和应用，较高的工程造价是制约其发展的瓶颈。在住宅商品化的今天，推广一种新技术，既要从政策、法规、技术角度推荐，同时也得遵循价值规律，从经济角度加以研究。判别一种建筑的经济性，不能单纯的将结构主体系的造价进行比较，而必须从其整体成本、资金时间价值、投资回报期、建筑的适用性、环保节能因素以及建筑的可持续发展等综合经济性能进行考虑。

1 钢结构住宅的自身优势

1.1 自重轻、基础简单

钢材的重力密度比是混凝土的3倍，强度比是混凝土的14倍以上(Q235/C25)，墙体一般采用轻质复合墙板，每平方米建筑面积的质量远小于钢筋混凝土结构的自重。由于建筑物自重轻，对地耐力要求就低，适用于软弱地基，因此钢结构住宅降低了基础工程的施工难度和造价。

1.2 有效使用面积大

钢结构的材料强度高，柱梁截面小，再加上钢结构住宅的墙体因不参与承重，可采用高强度的轻质墙板，墙体厚度远小于钢筋混凝土结构的墙体厚度，从而使有效使用面积得到了提高。

1.3 施工周期短

由于构件工业化、产业化生产，施工周期比传统建筑缩短50%，构件在工厂制作生产，施工作业受天气及季节影响少，工厂构件制作与现场构件安装可以平行作业，大大缩短了建造周期和资金占用时间。

1.4 抗震性能好

钢结构本身有良好的延伸性，自重轻，自振周期长，较大变形下能吸收变形能，结构体系的连接多为柔性连接，围护结构可随主体结构发生变位，其抗震性能得到了大大提高。自重减轻也会增强其抗震性能，自重减少一半，等同于降低抗震设防烈度一度，地震作用可降低30%—40%［2］，从而减少了很多有关抗震的构造要求，降低了工程造价。

1.5 环保节能

钢结构构件在工厂制作，减少了现场工作量，避免了钢混结构房屋施工现场中众多建材和建筑垃圾的堆放，有利于环境保护。钢结构的干作业施工减少了施工用水量，大量节约了水资源。这对在水资源异常宝贵的地区，如西南干旱地区，钢结构有效避免了用水短缺等问题，施工的顺利进行得到了保障。钢结构住宅建筑体系，在建筑物寿命期终止时，结构钢材可回收利用，且是所有建材中回收利用率最高的材料。其型钢可全部再次利用，不用再回炉重新冶炼，如果措施得当，可以实现永续再循环利用。钢结构的残存值很高。

1.6 管线安装方便

钢结构住宅在楼层与墙体间有足够的空间，因此，通信线、电源线、中央空调管、给排水管等各种管线都可沿楼层和墙体之间敷设，无需开槽，减少了许多重复施工内容，大大节约了装修费用。

如上所述，由于钢结构住宅的自身优势，使其具有很好的综合经济效益。为了突破较高的工程造价制约钢结构发展的瓶颈，有必要对钢结构住宅的综合经济效益进行具体分析。

2 钢结构住宅的综合经济效益分析

为利于不同结构体系住宅的经济性能可比性，选择了某2栋6层、分别采用钢结构和最为常见的钢筋混凝土结构作为两种结构体系的典型代表为研究对象，运用静态与动态的经济分析方法，循环经济理论进行综合经济效益的对比分析。

住宅的基本信息，由表1可知，钢结构的综合用钢量为72 kg/m2，钢筋混凝土结构综合用钢量为64 kg/m2，相对于钢筋混凝土结构，钢结构住宅的用钢量增加了约12%

式中：初值Xn的取值范围为[-1,1]；Xn+1是系统输出；系统参数a取值范围在(0,2]时,该混沌系统处于混沌状态,经过实验可得,该系统在a∈(1.8,2]时都可以达到满映射的状态[6]。

表1 两种结构体系的住宅基本信息

表2为综合考虑了基础造价、主体结构造价、围护结构造价及其他造价后两种结构体系的主要经济指标分析。表2所示，钢结构住宅的平均造价比钢筋混凝土结构高约8.7%，这与武汉赛博园一期工程技术经济指标的10.96%基本相当［3］。

表2 两种结构体系的主要经济指标分析

从表2数据中可以清楚看到两种结构体系造价的差别主要体现在基础、主体结构和围护结构造价方面。

2.1 静态经济分析

2.1.1 基础造价

钢结构住宅建筑的自重较轻，与钢筋混凝土结构相比基础荷载也相应的减少，降低了基础造价。在此例中的钢结构住宅基础为浅基础，基础埋深在地面4米以上，而桩基础埋深因地质情况而异，一般在地面以下7米，基础造价高。表3为建筑面积5600 m2条件下基础处理带来的效益比较。

表3 基础造价比较

2.1.2 建筑物使用面积

从表4可知，钢结构住宅的有效使用面积比钢筋混凝土结构住宅的有效使用面积增加约3.51%，这与小高层钢结构的面积增加数值4.01%基本相当［4］。建筑有效使用面积的相对增加而产生的经济效益，可以抵消一部分因采用钢结构体系而增加的主体结构造价，同时也能够让业主得到更多的有效使用面积。按建筑面积和使用面积的比例80%，每平方米5000元计算，则建筑面积5600 m2可增加经济收益78.62万元。

表4 有效面积提高产生的效益

2.2 动态经济分析

2.2.1 资金时间价值

与钢筋混凝土结构相比，建筑面积按5600 m2计算，假设贷款500万元，按照现行的基本利率:六个月至一年(含)5.31%，一至三年(含)中长期贷款5.40%，如按当前商业银行对企业贷款实行的浮动利率，则企业可节省更多的贷款利息。建设资金增加的时间价值见表5。

表5 工期缩短所产生的资金时间价值

2.2.2 租金

假设建筑物可出租的面积为总建筑面积的70%(不同结构体系的建筑物的可出租面积率应该不同，但因前面已考虑了建筑有效使用面积增加部分的经济收益，所以这里可假设各建筑出租面积率相同)，出租率为60%，按每平方米平均月租金30元，则提早完工120天可产生的资金收益预计如表6。

表6 租金收益分析表

2.3 循环经济分析

住宅钢结构体系，在建筑物寿命期结束时，其结构钢材可以加以回收，建筑面积按5600 m2计算，回收率为50%，两种结构类型的残存值见表7，从表7可知，钢结构的剩余价值比钢筋混凝土结构多49.7万元，这可以用来抵消因钢结构的含钢量比钢筋混凝土结构高而导致主体结构造价高的一部分造价。

表7 两种结构类型的残存值

2.4 环保节能效益

住宅的节能主要是取决于墙体，不同墙体材料的节能系数不一致，以建筑面积5600 m2的住宅，外墙面积为1300 m2，煤价550元/t，住宅使用年限50年计算，钢结构住宅每年的节能费用见表8。

表8 冬季节能费用比较

2.5 基于“整体成本”的经济分析

基于上述表格内容，可以更加科学合理的计算这两种结构体系的工程造价，本文称之为“整体成本”。在此的整体成本不是指工程的总投资额，而是指工程的土建造价和由于采用不同结构材料和体系所产生的基础、施工工期、使用面积和环保节能等方面的差异，并由此带来的经济收益转换而成的等效成本之和［5］。

引入了“整体成本”这一概念以后，参照以上表格数据，可以计算出包括基础简单降低的造价、使用面积率提高的收益、资金时间价值、租金收益、残存值、环保节能效益在内的与工程有关的收益和成本降低额度，计算结果见表9。

表9 整体经济效益对比

3 结论

本文通过已建工程实例数据对钢结构与钢筋混凝土住宅结构体系的综合经济性能进行对比分析，综合考虑结构自重的减轻、基础简单、使用面积的增加、建设资金时间价值、租金收益、废钢的可回收利用、环保节能等因素，从表9分析得出:钢结构住宅的平均整体成本比钢筋混凝土结构的低，综合经济性能比钢筋混凝土结构的好。

随着建筑技术的进步，高新材料的应用，钢结构的造价可能会不断降低;随着建筑高度的增加，钢结构住宅的综合经济效益也将更加的凸显;尤其是从环保节能角度来讲，有利于整个社会和国家的可持续发展。在我国目前大力推广住宅产业化的时代背景下，钢结构体系势必成为住宅结构体系的主流。

［1］王茜.中国建筑平均寿命仅30年年产数亿吨垃圾［OL］.中国日报网，2010－4－6

［2］魏德林.高层钢结构住宅经济性分析［J］.建筑经济，2006(8)

［3］将立勇，宋进文.中高层钢结构住宅——武汉赛博园一期工程技术经济分析［J］.钢结构，2007(3)

［4］孙亚娜，朱振伟.钢结构建筑体系性能指标的综合分析［J］.莱钢科技，2009(2)

［5］邹晶，刘德文，李元齐等.多层钢结构住宅造价及综合经济性能分析［J］.四川建筑科学研究，2010，36(1)