高层办公楼建筑结构选型的综合经济效益定量对比分析

99米高层办公楼建筑结构选型（钢结构PK混凝土结构）综合经济效益对比分析目录一、前言 (1)二、99m高层建筑的设计参数选择及分析 (2)1、工程结构选型 (2)2、写字楼层高和使用净高的选择和影响因素 (2)3、建筑结构初步设计取值估算 (7)三、钢结构与钢筋混凝土结构的造价比较分析 (14)1、上部主体结构造价的差异分析 (14)2、地基与基础工程造价的差异分析 (18)2.1、钢结构方案其地上结构自重减轻额和减轻比例 (18)2.2、钢结构方案其建筑物的全部自重减轻比例 (18)2.3、钢结构的基础工程造价降低额 (18)2.4、钢结构的地基处理工程造价降低额 (19)2.5、钢结构的地基与基础工程造价降低总额 (19)四、建筑有效使用面积的差异分析和效益分析 (20)1、钢结构竖向结构断面小，可增加使用面积 (20)2、钢结构梁截面小，可增加楼层净高 (21)3、空间布置灵活性 (21)4、增加有效使用面积的效益分析 (22)五、钢结构体系建筑面积增加的效益分析 (23)六、工期比较和缩短工期的效益分析 (24)1、钢结构工程可以缩短主体结构施工工期 (24)2、钢结构工程可以提前插入机电安装和装饰装修施工 (24)3、钢结构工程可以缩短地基与基础工程施工工期 (25)4、钢结构方案缩短工期综合经济分析 (26)4.1、工期缩短可减少利息等财务费用 (26)4.2、提前交工可增加物业租金收益 (27)七、综合经济效益分析 (28)八、钢结构建筑的其他社会效益 (30)1、受环境治理影响比较小 (30)2、钢结构是绿色建筑结构体系 (30)一、前言众所周知，在高层建筑结构设计中采用何种结构体系是建设方和设计方极为关心的问题之一，因为它直接影响到项目投资的经济合理性。

对于高层建筑的设计，往往有多个可供选择的结构方案，影响结构方案选择的因素也很多。

钢结构建筑具有强度高、自重轻、工业化程度高、外形美观、施工周期短、抗震性能好等综合优势，在使用功能、有效空间和面积利用等方面都具有明显的优势。

但目前国内高层钢结构建筑占比并不高，主要还是造价因素的制约。

近一两年，随着钢材价格的大幅降低，为钢结构在房屋建筑领域的应用提供了广阔空间。

为了更好地比较钢结构与钢筋混凝土结构这两种体系的经济合理性，本文对两种结构体系在结构性能、层高和有效使用面积、结构自重对地基基础的影响、造价、工期以及对环境影响等方面的指标和所具有的优劣势进行综合分析，为业主提供决策依据。

1二、99m高层建筑的设计参数选择及分析1、工程结构选型本工程建议采用钢框架－钢筋混凝土核心筒结构体系。

这种结构形式，是在同一结构体系中，钢与钢筋混凝土两类结构的构件并用，充分利用两类结构的优点，相互取长补短，其中核心筒承担大部分风荷载和地震作用，钢框架主要承担竖向荷载。

该结构体系融合了钢结构和混凝土结构的优点，承载力高、延性好、变形能力强，从而具有较强的抗风和抗震能力。

2、写字楼层高和使用净高的选择和影响因素写字楼的层高：一般是指写字楼标准层某层的结构底板上表面到上一层底板上表面的距离；层高中包含了梁板厚度、空调、消防及强弱电布线等管线占据的高度空间。

但是这个尺寸无法直观反应出使用时的空间高度，决定空间高度的最终还是净高。

写字楼的楼层净高：是指标准层某层的地板装饰面到本层吊顶下表面的距离。

影响写字楼净高的因素有：层高、梁板厚度、水电空调管线占用高度、吊顶系统自身占用高度、地面找平或架空地板高度等。

写字楼层高与楼层使用净高度的关系图净高设计是高层办公楼里与办公环境品质密切相关的很重要的环节，目前全国对办公楼建筑的规范比较常用的是JGJ67－2006《办公建筑设计规范》，这是对办公建筑设计非常基础的要求，其中对办公楼净高的要求是这样规定的：办公室净高：一类办公建筑≥2.7m，二类办公建筑≥2.6m，三类办公建筑≥2.5m。

当然，净高的确定还要考虑办公室的面积大小，面积越大，净高也应该相应地有所提高(这主要是考虑环境心理因素)。

以下是办公室净高与办公室楼面面积的大致关系：办公室净高与楼面面积关系注：基于多种因素的考虑，通常认为大空间办公室的理想面积在400m2左右。

高层、超高层甲级写字楼对标准层净高的要求很严格，甲级标准写字楼项目层高一般为4.0m左右，但其净高一般都要求不小于2.70米。

随着今后建筑的档次要求越来越高，香港、北京、上海等大城市一些高标准写字楼净高甚至达到2.8～3.0米。

下面为国内部分已建写字楼层高与楼层使用净高度的关系：国内部分已建写字楼层高与楼层使用净高的关系注：甲级写字楼一般楼层净高2.7米；楼层净高2.5米属于乙级商务写字楼。

目前，按照国内外实际工程中的作法，随着建筑梁高的不同，智能办公楼净高的取值范围一般在2.4m～3.0m之间，吊顶高度通常在1.1m～1.6m左右，而地面布线所占高度随布线方式的不同可以在50mm～350mm之间取值。

照这样计算，层高的理论取值范围应在3.55m～4.95m之间。

通过上面的比较分析可以看出，智能办公楼适宜的层高尺寸在3.8m～4.2m之间。

随着信息技术的飞速发展，现代办公楼必须具备可重新调整的灵活性，要进行工作位置的调整或租户的更换。

写字楼因为地面有布线需要，所以地面需要架空，地板架空高度一般100～150mm。

如下图示意：为了在有限建筑层高的基础上取得最有效的使用净高，必须在合理布置设备管道的同时尽量降低结构高度，包括楼面梁的合理选型和楼面梁的合理布置。

框筒结构写字楼楼面结构梁可采用普通钢筋混凝土梁和钢结构梁，其中钢结构梁可分为等截面实腹钢梁、变截面实腹钢梁和空腹钢桁架等型式。

设备管道的合理布置对净高的影响很大，同时为满足其合理布置要求，楼面结构梁的型式应与其密切配合。

为取得最大使用净高可以采取措施：当建筑平面布置有内走道时，利用走道空间布置主通风管道，与普通做法相比可以增加使用净高200mm左右。

下面是不同的楼面梁型式和设备管道布置对净高的影响：1)采用钢筋砼梁、有内走道时层高与净高关系：走廊的净高：走廊的主要作用是通行，因此对净高要求较低，不低于2.1m即可，通常为2.2m。

因此在实际工程中，可将截面较大的干线、干管布设于走廊的吊顶内，以充分利用走廊空间。

内走道对于净高的要求小于办公空间，因此可利用走道空间布置主通风管道、在其他位置布置支通风管道。

同样在梁中可预留小洞口穿越水、电设备管线，通风管道紧靠梁底设置，这种情况影响净高的因素包括建筑架空地板高度、结构梁高、支通风管道高、灯槽和吊顶高及预留的施工误差，如下图所示：建筑架空地板高度结构梁高支通风管道高、灯槽和吊顶高净高＝层高－架空地板高度－梁高－支通风管道高、灯槽和吊顶高。

一般情况下，架空地板高度取100mm；混凝土楼板厚度取120mm；支通风管道、灯槽和吊顶高取400mm，即：净高＝层高－100－结构梁高－400＝层高－结构梁高－500。

2)采用钢梁、有内走道时层高与净高关系同样可利用走道空间布置主通风管道、在其他位置布置支通风管道，在梁中可预留小洞口穿越水、电设备管线，通风管道紧靠梁底设置，这种情况影响净高的因素包括建筑架空地板高度、结构梁高、楼板厚度、支通风管道高、灯槽和吊顶高及预留的施工误差，如下页图所示：建筑架空地板高度结构梁高支通风管道高、灯槽和吊顶高净高＝层高－架空地板高度－钢梁高－楼板厚度－支通风管道高－灯槽和吊顶高、。

一般情况下，架空地板高度取100mm；叠合楼板厚度取100mm；支通风管道、灯槽和吊顶高取400mm，即：净高＝层高－100－钢梁高－100－400＝层高－钢梁高－600。

3、建筑结构初步设计取值估算案例办公楼项目初步设计概况表标准层建筑布置如下图：工程的建筑平面轮廓为长方形，核心筒布置在平面正中，公共走道环绕核心筒四周环形布置，为方便划分四周的办公使用空间。

使用部分占有四周最佳位置，采光、视线良好，交通路线短捷，利于结构布置等优点，是高层办公建筑采用最多的一种平面形式。

同时本方案的结构布置均匀、对称，除结构受力合理外，还有利于钢结构制作与安装，降低结构成本。

1）、框架梁取值估算按照规范，采用梁板结构体系的混凝土框架梁梁高一般取跨度的1/10～1/12，而钢框架梁一般仅为1/18～1/20；对于本工程实例，按照最大柱距9.3m计算，钢筋混凝土框架梁高取跨度的1/10～1/14，钢筋混凝土梁高可取范围700～900mm，实际取700mm；次梁高取500mm；对于本工程实例，按照最大柱距9.3m计算，钢框架梁取跨度的1/18～1/20，钢梁高可取范围500～550mm，实际取500mm；次梁高取400mm；2）、最小层高计算为了满足业主要求的净高2700，相应可以得出以下不同情况的最小层高：当采用钢筋砼梁并利用内走道空间布置主风管时：最小层高≥净高＋结构梁高＋500＝2700＋700＋500＝3900mm；当采用钢梁并利用内走道空间布置主风管时：最小层高≥净高＋钢梁高＋600＝2700＋500＋600＝3800mm。

3）、建筑层数和层高的确定A、方案1：假设采用钢筋混凝土结构，99米高建筑，1～3层层高5.0米，标准层层高3.9米，只能做21层标准层：（地上共3＋21＝24层）5.0m×3＋3.9m×21＝96.9m＜99m（剩余2.1m）调整后，标准层层高可以取4.0米：5.0m×3＋4.0m×21＝99.0m≤99m，满足要求。

吊顶高度达到2.8米。

B、方案2：同样情况采用钢结构，由于梁截面高度可以减小100mm左右，这样1～3层层高为5.0米，标准层层高为3.80米，可以做22层：（地上共3＋22＝25层）5.0m×3＋3.80m×22＝98.6m＜99m（剩余0.4m）这样采用钢结构方案可以增加一层标准层办公面积，增加建筑面积1218m2。

下面是两种结构方案初步设计的竖向剖面图：方案1：钢筋混凝土结构体系方案2：钢结构体系（地上共24层）（地上共25层）4）下面是两种结构方案初步设计概况表：注：标准层层高可以取4.0米，吊顶高度达到2.8米，可以提高档次不少。

方案1：采用框架－核心筒结构时标准层结构布置如下图：加一层建筑面积。

方案2：采用钢结构时标准层结构布置如下图：5）、两种结构方案的结构构件截面初步设计取值估算结构构件截面估算表注：结构布置均参照类似工程实例，所有结构构件尺寸均为概念性设计，未经过结构验算分析。

6）、两种结构方案的框架柱截面、核心筒墙厚度变化：地上标准层结构中框架柱共24根，两种结构方案截面变化情况见下表：钢筋混凝土柱截面参数变化表钢结构体系采用箱型钢柱替换原有钢筋混凝土柱，减小了柱截面，混凝土和钢筋用量均减小。