基于全寿命周期理论的高层钢结构住宅造价分析*

同济大学建筑工程系 上海 200092

1 钢结构全寿命周期成本

全寿命周期成本是指住宅建筑在整个寿命周期内所消耗的总成本，包括住宅建设时投入的建造成本、整个使用期内的使用维护成本和使用结束后的处置成本三部分[1]。

1）建造成本：主要指建筑部品在工厂预制加工的费用、构件运输费用和现场安装施工的费用。其中工厂预制费用包括固定资产摊销（厂房、设备、技术）、原材料购置费和人工费；现场施工费用包括现场安装人工费、现场机械费和现场材料费。

2）使用维护成本：主要指房屋运营使用时产生的费用和房屋本身的维修费用。

3）处置成本：房屋使用后的拆除费用、环境恢复费用和建筑材料（部品）的残值。

通过全寿命周期理论对钢结构住宅成本进行划分，亦按照这三部分来细分出前期准备、设计、实施、维护、回收等各个要素进行逐项分析，如表1所示。

2 钢结构综合经济效益分析

综合经济指标分为静态经济指标、动态经济指标和循环经济指标。其中静态经济指标包括基础造价、建筑使用面积；动态经济指标包括利息、租金；循环经济指标包括回收率、残值[2]。

表1 高层钢结构住宅全寿命周期经济指标分析顺序表

一个建筑的工程总投资包括工程造价、动迁费、征地费等很多方面，工程造价由于地域的不同约占工程总投资的30%～50%。工程造价包括结构造价、装饰费、设备费等，其中结构造价只占工程造价的30%左右；而结构造价又分上部结构和基础造价，上部结构造价仅占结构造价的50%左右。我们要讨论的钢结构只是指工程的上部结构框架，在工程总投资中仅占10%还不到，因此基础造价在结构造价部分起决定性作用[3]。

关于钢结构住宅与钢筋混凝土住宅在造价方面的对比，在低、多层建筑中，钢结构住宅由于用钢量较大导致较钢筋混凝土住宅造价偏高。但随着2010版《建筑抗震设计规范》的实施，这一造价差距将会进一步减小，特别是在高层建筑中，钢结构住宅与钢筋混凝土结构住宅造价基本持平。

我们在调研中发现，影响高层钢结构住宅的综合经济效益的因素很多，例如：自重轻，节约基础造价10%～20%；强度高，增加建筑有效使用面积3%～5%；施工速度快，缩短工期约30%左右；等等。除上述主要因素之外，还有一些因素及其产生的经济效益，虽然一时难以转化成经济衡量单位供评价使用，但这部分社会效益及经济效益也是非常可观的。比如，采用钢结构体系具有结构抗震性增强、建筑布置及造型灵活性大、施工对周围环境影响小等优点。

对于高层钢结构住宅来说，除了需要考虑工程直接投资外，还应当从建筑的内在价值，即有效使用面积、基础处理、施工速度、施工对周围环境影响以及建筑的可持续性发展等方面综合因素进行全面、系统的分析，应当以建筑的综合经济效益为依据来评价高层钢结构住宅的适用性。

3 高层钢结构住宅基础造价分析

3.1 基础造价理论分析

钢结构的经济性主要在上部结构质量较轻，对建筑基础的要求相对较低，从而节约了基础的成本。

上部结构较轻不仅是因为钢结构本身自重轻，而且还由于钢结构可广泛使用装配式隔墙。

同一建筑物，当采用轻钢龙骨内隔墙板作为内隔墙时，其上部结构的土建费用与采用空心砌块作为内隔墙的工程大致相当，甚至略高一点。究其原因：主要是由于轻钢龙骨内隔墙板本身价格高于其他隔墙材料的价格。但不可忽略的是，其面积系数更大，使用面积要大于采用空心砌块的，每平方米建筑面积可多出使用面积0.044 m2左右。

同时，考虑到影响基础土建费用的因素除柱底内力外，还与所采用的基础形式、地质情况等诸多因素有关，要对其经济性做出准确的分析较为困难。以目前使用较为普遍的桩基础来说，其基础的土建费用与相应的柱底内力（主要指轴力）大小可认为成正比关系[4,5]。

本文将结构本身进行分类：一是传统钢筋混凝土结构； 二是钢结构使用装配式隔墙。表2对两种结构的主要指标进行了对比。

表2 钢结构与混凝土结构计算结果对比

钢结构本身还为基础减少了25%左右的自重荷载。

3.2 基础设计选型

基础结构的造价与工程所在地的地质条件密切相关，其工期约占整个建筑物主体工程的25%～30%，造价约占总造价的10%～20%，基础工程的重要性显而易见。所以，设计时应重视地质勘察报告的交底工作，选择合理的基础形式，控制基础的截面尺寸与埋深。这对整幢住宅楼工程造价的控制将起到积极的作用。

为进一步佐证以上理论分析，下面通过某一工程实例的计算来作具体说明。某商住楼地上27 层，地下2 层，建筑高度 96.45 m，占地面积3 142 m2，地上总建筑面积46 373 m2。

拟建场地属于第四纪地貌，地势较为平坦，该地貌形态属于江淮波状平原，地面绝对高程在39.51～41.42 m之间。场地范围内没有影响场地稳定性的构造破碎带、滑坡、崩塌、泥石流、采空区、地面沉降、岩溶等不良地质作用，拟建场地可视为较稳定的建筑场地，可进行本工程的建设。

根据钻探、静探资料、室内土工试验结果，本工程场地划分出6 个主要岩层土，主要土层的压缩模量、地基土承载力标准值参见表3，桩型及桩基础设计参数参见表4、表5。

通过表4、表5对比，采用钢结构其桩基竖向承载力为14 500 kN，而采用钢筋混凝土框架剪力墙其桩基竖向承载力为18 500 kN。钢结构本身为基础减少了22%左右的自重荷载，对基础造价的节省起到了很显著的效果。

表3 主要土层的压缩模量、地基土承载力标准值

表4 钢结构桩基础设计参数

表5 框架剪力墙桩基础设计参数

由此说明，对一套完全相同的建筑体系通过结构选型，采用不同的结构形式，将在很大程度上影响基础造价。所以整个建设项目的成本控制是全寿命周期的，尤其是设计阶段将直接影响后期整个成本。

3.3 基础造价对比分析

当采用钢结构住宅体系时，由于墙体使用轻质材料，梁、柱采用H型钢，上部结构质量大大减轻，基础受力较小，桩基础造价为6 347 833 元，基础土方造价为3 599 795 元，基础土建工程造价为43 065 898 元，直接造价为53 013 526 元；而采用钢筋混凝土框架剪力墙体系时，由于墙体使用砌体，与钢结构体系相比较，其上部结构质量大，导致基础受力较大，桩基础造价为8 676 455 元，基础土方造价为5 826 748 元，基础土建工程造价为48 491 459 元，直接造价为62 994 662元。就基础直接造价而言，采用钢筋混凝土框架剪力墙体系的主材造价比钢结构高9 981 136 元，相当于19%。

上部结构质量的减轻，给下部基础带来了许多好处，由上述知，主体结构的自重不同，基础的设计和费用也不同，从而影响整体结构的总造价的不同。同时，上部结构自重减轻、基础减轻、建材运输量也相应减少。二者相抵，钢结构住宅的造价大致可与钢筋混凝土住宅持平。但钢结构住宅修造工期可大大缩短，特别是随着楼层数增加，钢结构住宅更具成本优势[6,7]。

4 结语

本研究分析了高层钢结构的综合经济性能，同时对钢结构住宅与钢筋混凝土住宅的基础造价进行详细的对比与分析，得出了如下关于高层钢结构住宅综合经济性的结论：

1）在能源日益紧缺，对住宅质量要求日益提高的情况下，钢结构住宅环保、节能，可满足住宅大开间、灵活分隔的需要，符合可持续发展等优势日益明显。

2）根据本研究的基础造价分析，高层钢结构住宅在基础造价方面亦具备明显优势。

3）判别一种结构体系的经济性，不能仅简单地将结构主体的造价进行比较，而必须综合考虑所有影响造价的因素[8]。