大跨度预应力结构与钢结构经济性分析对比探讨

孙军锋

（广东博意建筑设计院有限公司　广东　顺德　528312）

大跨度预应力结构与钢结构经济性分析对比探讨

孙军锋

（广东博意建筑设计院有限公司广东顺德528312）

大跨度建筑具有大跨度、重荷载以及超长的特点，不同楼盖体系形式、布置所得出的工程造价相差甚大。本文通过结合某电影院屋盖设计实例，对该工程屋盖采用大跨度预应力混凝土结构与钢结构两种不同的体系进行经济性方面的综合对比，旨在能为同类工程提供参考借鉴。

大跨度预应力结构；钢结构；经济分析；结构比选

1　引言

随着我国施工技术的不断发展以及建筑设计要求，近年来，大跨度的建筑屋盖形式不断涌现。针对于大跨度建筑结构中，楼盖体系跨度大，当进行此类建筑的设计中，重点应考虑的是楼盖体系的结构形式、布置形式以及综合造价等，这几点均与其他类型的建筑结构楼盖体系有所不同。因此，合理地选取大跨度楼盖结构类型是这类建筑结构设计中的关键问题，也是难点问题。

2　工程实例概况

某电影院屋盖项目，具体尺寸为31.2m×40.5m，高为11.0m，本工程采用的是大跨度框架柱网。本工程屋面具有大跨度特点，针对这种情况可以考虑采取的楼盖方案包括预应力混凝土屋盖与钢结构屋盖，因此需要对这两种方案进行对比分析。

3　预应力混凝土屋盖与钢结构屋盖造价对比

3.1大跨度预应力混凝土屋盖

如图1所示为本项目电影院采用的后张法有粘结预应力梁屋盖形式的布置方案，表1所示为大跨度预应力混凝土屋盖的费用统计。

图1　后张法有粘结预应力梁楼盖形式的布置方案

3.2钢结构屋盖

图2为本项目刚架屋面平面布置图，在刚架屋盖方案工程造价中需要考虑的因素包括钢刚架、屋面檩条、水平支撑、屋面板等。本项目钢结构屋盖主要设计为31.2m跨主刚架，同时根据工程的具体荷载情况确定各刚架构件的截面尺寸。表2所示为钢结构屋盖的钢构件材料费用统计。

表1　大跨度预应力混凝土屋盖的费用统计

图2　钢结构屋面平面布置图

3.3两种屋盖造价对比分析

表2　钢构件材料和安装费用统计

通过对本电影院屋盖采取预应力结构和钢结构屋盖两种方案对比分析表明，采用大跨度预应力混凝土屋盖时，由于跨度达到31.20m，而且要做高支模及专家论证，全部荷载将由车库顶板来承受，而已经施工完成的车库顶板结构不能承载捣混凝土时的上部荷载，需要对车库顶板进行重新设计加固，经计算得出大跨度预应力结构屋盖的总造价为165.3万左右，而且这种屋盖类型的施工时间长及难度大。对于采用刚架屋盖形式，经计算得出屋盖总造价为111.1万元。从工程造价上比较，采取钢结构屋面比预应力结构屋面节省54.2万元，见表3所示。而且钢结构屋盖施工时间从交场地之日起到全部完成整个钢屋架施工验收约30d时间。因此从工程造价以及施工工期比较表明，本电影院屋盖类型最终选用钢结构屋盖形式。

表3　两种屋盖造价对比

4　大跨度预应力混凝土屋盖与钢结构屋盖方案比选

结合以上工程实例造价分析结果可以表明，针对于大跨度屋盖来说可采用预应力混凝土结构和钢结构，由于屋盖结构布置不同，造成了两种方案在结构重量、基础形式、施工速度以及工程造价等方面差异甚大。以下将进一步比较这两种屋盖形式造价：

4.1楼盖主材造价对比

根据预应力混凝土结构体系和钢结构楼盖体系，对这两种不同类型的屋盖体系方案的工程造价进行对比。在预应力混凝土结构体系方案中，需要用到脚手架进行施工，因此在该方案中增加了脚手架费用。从两种屋盖类型的综合造价比较分析表明，钢结构屋盖方案比预应力混凝土屋盖经济。

4.2基础部分主材造价对比

在预应力混凝土屋盖方案中，屋盖的梁板构件均采用钢筋混凝土，因此预应力混凝土屋盖结构重量大；而在刚架屋盖方案中，刚架、檩条以及屋面压型钢板均采用轻钢，因此刚架屋盖结构重量较轻。两种屋盖结构的重量比较表明，刚架屋盖相比预应力混凝土屋盖自重轻，基础所受到的荷载较小，因此刚架屋盖基础部分造价会比预应力混凝土屋盖低。

4.3施工速度对造价的影响对比

刚架屋盖结构已形成工业化的生产模式，施工速度快，在施工现场可以很快进行刚架的组装；而在预应力混凝土结构中，需要进行现场的模板支模、混凝土砌筑、养护以及预应力的张拉，这些工序的工程量较大，同时施工中还会受到不良天气的影响，这就会使得预应力混凝土的施工速度比刚架结构的施工速度慢。由于施工速度差异，会导致工期的不同，工期会对贷款利息、人工费以及租金收益等造成影响。

（1）工期对贷款利息的影响。刚架施工速度快，施工所投入的资金可以很快进行结清，提前还清贷款，这就减少了贷款的利息。

（2）工期对人工费的影响。刚架结构的工业化程度高，刚架、檩条以及压型钢板等构件安装已有一套较为成熟的施工模式，可以很快完成吊装，这就节省了很多施工时间以及投入的人力和机械，这样就节省了投入的资金。

（3）工期对租金收益的影响。刚架施工速度快，工程项目可以很快完工，投入使用，因此业主可以很快的从钢结构建筑的投入使用中得到相应的租金收益。

4.4建筑内在价值的对比

不同屋盖体系对使用面积的影响较大，刚架屋盖体系的重量较轻，所采用的钢梁腹板高度尺寸较小，从而相比于预应力混凝土屋盖而言，钢结构屋盖使用面积更大，这就相当于得到了相应增加面积的经济利益。

5　结语

本文重点分析了大跨度屋盖结构体系的优选问题，结合某电影院屋盖设计实例，对该工程屋盖采用大跨度预应力混凝土结构与钢结构两种不同的体系进行经济性方面的综合对比，对这两个方案进行施工期、工程造价分析，从而比选出最佳方案。针对于该跨度屋盖，选取钢结构屋盖形式具有显著经济优势，对类似工程有参考作用。

[1]姚莉.钢结构大跨度屋盖系统的造价分析及统计数据[J].四川建材，2009（10）：30～31.

[2]张炜.宁夏地区钢结构屋盖的经济用钢量及抗震性能研究[D].北京交通大学，2009.

[3]李计刚.火电厂汽机房大跨度屋盖结构方案比选[D].郑州大学，2009.

[4]陈剑图.广东演艺中心（歌剧院）结构设计与分析[J].广东土木与建筑，2007（09）：78～80.

TU758.11

A

1673-0038（2015）17-0032-02

2015-4-8