14个角度，看钢结构与混凝土结构的大不同

来源：愚公解构 公众号，作者：双无余

大家好，我是双无余。 在翻看《钢结构建筑装修构造图集[日]》一书时，看到了一张 关于钢结构与钢筋混凝土结构的对比图 ，其中有些内容不但看起来有点疑惑，而且翻译的语句读起来也是有些生硬，所以打算聊聊这个话题。

表格中关于两者的对比角度还是非常全面的。其中所列的不同的角度有13个：平面设计、结构形式、柱子尺寸、梁高……装饰材料和变形限制等。

下面本文就借鉴了一下书中这些不同的角度，进行展开说说。原图表也附在文末供参考。

1. 平面设计

钢结构	混凝土结构
可做大跨度结构，但实腹钢梁一般可做到20m左右	10m左右，如果使用预应力混凝土梁，可以做到25m左右的大跨度

举一个例子，来自于《日本建筑钢结构设计》，这个例子是日本比较常见的：一栋三层钢结构办公楼建筑，为了更好实现建筑平面功能自由分割，   采用了无柱的室内空间，即单榀钢框架的结构体系 ，这样梁的跨度就做到了13.5m，采用H型实腹钢梁，还是比较容易实现的。

2. 常用的结构形式

钢结构	混凝土结构
纯框架结构或加支撑的框架结构	纯框架结构或加剪力墙的框架结构

以上对比肯定是有个前提条件的：常见的多高层。日本钢结构比较常见纯框架，所以钢柱常采用方钢管。美国钢结构比较常见加支撑的框架结构，所以钢柱常采用H型钢。也跟采用的钢材种类有关系，这里就不继续展开了。

3. 柱子尺寸

钢结构	混凝土结构
柱宽(例如：40cm)+防火保护层+饰面材料	柱宽(例如：70cm)+饰面材料

钢的强度高、材料性能均匀，截面尺寸可以做得更小。比如上面的三层办公楼，钢柱的宽就为40cm，如果是换成钢筋混凝土，柱子的宽度就要增加好多，至少65cm。

4. 梁高

钢结构	混凝土结构
跨度的1/18~1/24，要特别注意挠度，用于大跨度时，要注意舒适度	跨度的1/10~1/18

混凝土梁高跨比的最小值1/18是钢结构高跨比的最大值。 常规的设计中，   一般钢梁取1/20，对于轻型屋面的钢梁，高跨比还可以降低到1/30，一般不小于1/40。

5. 建筑物自重

钢结构	混凝土结构
0.6~0.8 t/m2	1.0~1.5 t/m2

从比例上来看，采用钢结构的建筑，自重会减轻40%以上。

有研究特别对比过一个50m高层办公楼不同结构体系，给出的上部纯结构自重中，减轻更多。办公楼的上部建筑面积为1.04万㎡，每平方结构自重减轻了56%，基础的造价减少7.5%。

钢框架	混凝土框架-剪力
0.517 t/m2	1.178 t/m2

6. 基础

钢结构	混凝土结构
上部重量轻，基础的构造就会简单	重量大，基础工程费用较高

重量虽轻，但如果两种结构形式采用的都是独立基础，那么成本减少的比例就会比较少，大约7%左右。

如果因为重量减轻，基础的形式可以改变：混凝土结构采用的是筏板基础，钢结构可以改用独立基础的话，成本减少的比例就会比较可观了，估计可以有15%左右。

 原文的对比图表

	钢结构	钢筋混凝土结构
平面设计	可做大跨度结构，已有达到30m的实例，但一般只达到20m左右	只达到10m左右，但如果使用预应力混凝土，可以做到大跨度
结构形式	纯框架结构-加支撑的框架结构	纯框架结构-加抗震墙的框架结构
柱子尺寸(1层)	柱身(宽40cm)+耐火保护层+饰面  材料	柱身(宽70cm)+饰面材料
梁高	跨度的1/20左右  要注意挠度    用于大跨度时，要注意振动事故	跨度的1/10左右
建筑物重量	0.6~0.8t/m2	1.0~1.5t/m2
基础	因为重量轻，所以基础(含桩基)  构造简单	因为重量大，基础工程费用高
构件的可靠性	因系在工厂制造，精确度高	因为现场作业量大，包覆钢筋的厚度存在准确度问题
耐久性	如在室内做防锈处理和加饰面层  可以长期使用	不可避免有收缩裂缝，所以要注意使这种收缩分散；防止混凝土的碳化和钢筋生锈。装饰材料较少出现问题
耐火性能	虽属不燃材料，但不是耐火，要做  耐火保护层	是耐火结构，无需耐火保护层
工期	一般可比钢筋混凝土结构缩短工期
穿通梁(容许直径)	梁高的1/2左右  通风管道类可以穿通梁	梁高的1/5左右大直径的通风管道一般要从梁下通过
层高	梁高+35.0cm(地板饰面+楼板+耐火  保护层+顶棚)+室内净高	梁高+45.0cm(地板饰面+通风管道+顶棚)+室内净高
装饰材料和变形限制	干挂施工  蒸压轻质混凝土、挤压成形水泥板等在  层高的1/150以下	主要采用干挂施工不存在变形问题

对比角度1~6的总结

•  钢结构的建筑空间更开阔、功能布局更为自由。
•  钢柱的尺寸相对更小。
•  钢梁的高度更低，不过需叠加考虑楼板厚度。
•  钢结构建筑的自重轻很多，基础建设成本也可相应节省。

7. 构件的可靠性

钢结构	混凝土结构
钢构件在工厂制造，精确度高	现场作业量大，不少尺寸存在难以避免的人为误差，尤其是钢筋的保护层

这个区别比较明显，当然混凝土结构做得好的，质量精度比钢结构还高，但是这种情况不能代表普遍的水准。

通常情况下，现场施工的工人水平还是参差不齐，工作环境相对恶劣，再加上普遍赶工期，施工质量很难和工厂预制的构件相提并论。混凝土采用工厂预制的话，那成本，与钢结构比，也就不具有绝对优势   ，毕竟钢天然就是预制成品件。在日本，钢结构的成本已经是低于混凝土结构了。

8. 耐久性

钢结构	混凝土结构
如在室内做防锈处理和加饰面层，可以长期使用	不可避免有收缩裂缝，所以要注意预防与控制；防止混凝土的碳化和钢筋生锈。

在一般室内非潮湿的环境，钢结构即使没有保护，它的锈蚀速度也是非常缓慢的（参见：   室内钢结构防腐：底漆真的一定要涂吗？  ），实际工程中除了做防锈处理外，外面还有装饰面层，所以钢结构在不需要维护的情况下，也是可以长期放心使用的。但需要保证在日常使用、装修改造中，不要破坏钢结构外面的防腐保护层。

混凝土结构则是需要预防和控制开裂，一旦裂缝超过规范允许范围，钢筋会因为缺少了混凝土的可靠保护，而容易发生锈蚀。

钢结构的耐久性在于外部保护措施的设计上，混凝土结构的耐久性则是在于混凝土本身的设计上。

9. 耐火性能

钢结构	混凝土结构
钢自身的耐火时间短，一般都要做防火保护	自带防火保护，一般无需增加防火保护措施

钢结构的防火内容，公众号里已经聊了很多，可以查看相关专题集。

混凝土结构防火，国标还属于征求意见阶段，但在广东地标已经有据可依《建筑混凝土结构耐火设计技术规程》DBJ/T15-82-2022，其中可以发现混凝土结构的耐火极限与三个因素有关。比如混凝土柱需要满足耐火极限3个小时，多面受火，类似轴压比的μ值为0.5，65cm宽，那么受力钢筋的混凝土保护层厚度就要≥35mm。

10. 工期

一般常理，钢结构肯定比钢筋混凝土结构缩短工期，主要是因为施工基础时，钢结构可以在工厂同时加工，而且现场无湿作业，无需像混凝土那样需要耗时养护。

然而，在实际工程中，能否真的缩短总工期，影响因素就很多，这里就不展开了。

11. 梁穿孔

钢结构	混凝土结构
梁高的1/2左右，通风管道类一般可以穿梁	梁高的1/3左右，通风管道一般要从梁下走

谈对比，大都会谈一般的情况，在不突破规范条文的前提下，进行的正常设计。

《高钢规》8.5.6条，孔口直径不得大于梁高的1/2。日本标准根据钢材的强度有所区分，最大不得大于梁高的2/3。《热轧H型钢设计应用手册》6.4.3条，也提到圆孔可以不大于梁高的0.7倍，矩形孔是0.5倍。

那么混凝土的孔是怎么规定的呢？《高规》6.3.7条，框架梁上开洞时，洞口高度不应大于梁高的40%。

如果想在混凝土梁上开大洞，那就算是科技创新技术了。感兴趣的话，可以搜索“大开孔钢筋混凝土梁的力学性能试验研究及关键施工技术”。

12. 层高

钢结构	混凝土结构
梁高+35.0cm(地板饰面+楼板+防火保护层+顶棚)+室内净高	梁高+45.0cm(地板饰面+通风管道+顶棚)+室内净高

在相同室内净高的要求下，降低结构梁高可以减少结构的层高，减少建设成本。

若层数较多，相同的建筑高度下，减少每层层高，有可能可以增加一层的建筑使用面积。

13. 装饰材料和变形限制

钢结构	混凝土结构
干挂施工蒸压轻质混凝土、挤压成形水泥板等在层高的1/150以下	主要采用干挂施工不存在变形问题

与钢结构建筑匹配的装饰材料一般以干挂为主。既可以选用重量轻的装饰材料，又能考虑和钢结构的变形相适应，避免出现裂缝。

钢结构的层间位移角一般要求较为宽松，规范的限值为0.004，混凝土结构一般为0.002 - 0.001。这部分的内容，在之前的文章中有较为详细的介绍，这里就不展开了。（   为什么是 “ 0.001 ” ？     ；   钢结构的限值0.004，为什么能比混凝土放宽4倍？  ）

14. 可回收利用

原书中图表没有这一项，从长远的角度来看，这是钢结构的加分项。   钢铁是地球上回收率最高的材料。 按重量计算，美国有81% 的钢铁产品在其使用寿命结束时被回收再利用。其中包括85%的汽车、82%的电器、70%的集装箱、72%的钢筋和98%的结构钢。

小结

虽然钢结构相比混凝土有以上诸多优势，且在厂房、大型体育馆、展馆等工业、公共建筑中占据绝对优势，但在民用建筑中，占比还是非常小的。

这是市场选择的结果，   成本价格是重要考量因素，若只靠政策支持，也是难以长久发展，回顾预制PC的发展历程和现状便可见一斑。

参考资料：《 钢结构建筑装修构造图集 》(原著第二版) [日]社团法人钢材俱乐部、钢结构建筑非结构构件构造委员会编，马俊 韩毓芬 译 ； 《日本建筑钢结构设计》[日]一般社团法人 日本建筑结构技术者协会著，特定非营利活动法人 亚洲建设技术交流促进会 译， 王昌兴 冯德民 校；《热轧H型钢设计应用手册》

来源：愚公解构 公众号，如有侵权请联系我们。