長春鋼結構 2021年 12月 04日
在成本部門的印象中，鋼結構建筑的造價是遠高于混凝土建筑的。而實際上鋼結構造價與混凝土造價孰高孰低，并不能一概而論。一般設計院的設計人員平時主要以設計混凝土結構為主，真正熟悉鋼結構設計的工程師非常少。即使是一些長春結構優(yōu)化公司，能把鋼結構設計做好的也是鳳毛麟角。這就導致了設計師遇到鋼結構設計項目時，其設計思路仍然按照混凝土結構設計一樣進行，造成了結構用鋼量偏大。
其實，鋼結構設計往往存在很大的優(yōu)化空間。筆者碰到的一個項目，由于結構體系的改變，將用鋼量直接降低了70%，對混凝土結構優(yōu)化而言，這樣的優(yōu)化比例是不可想象的。因此雖然鋼結構建筑體量可能不大，但由于其優(yōu)化比例大，對于看重成本的房地產(chǎn)企業(yè)而言，實行鋼結構造價優(yōu)化不失為一種顯著降低成本的方式。
與混凝土結構優(yōu)化不同的是，鋼結構優(yōu)化不僅僅是優(yōu)化材料用量，而是多方面全面優(yōu)化，下文分別闡述。
降低造價
降低結構造價往往是鋼結構優(yōu)化的主要動機。對于鋼結構建筑而言，結構造價主要由以下3部分組成：
1) 基礎
2) 鋼結構
3) 樓板
一般而言，鋼結構建筑的結構自重要小于混凝土建筑，其基礎造價是低于混凝土建筑的。而樓板造價則由于其選用的樓板形式確定，基礎和樓板造價占結構造價的比重較小，鋼結構造價占據(jù)了結構造價的大部分。而鋼結構造價的主要指標就是用鋼量。因此，如果有效地降低了結構的用鋼量，則有效降低了結構的造價。
對于空間結構而言，用鋼量指標是影響結構造價的主要因素。如圖 1所示，展廳建筑面積約16000m2，原設計用鋼量約1000噸。由于業(yè)主投資有限，筆者團隊對該項目進行了優(yōu)化。我們通過優(yōu)化結構體系將用鋼量減少了400噸，降低了40%的用鋼量，也就降低了40%的結構造價。結構造價降低比例如此之高，在混凝土結構的優(yōu)化中是幾乎不可能出現(xiàn)的。造價優(yōu)化的同時，還大幅度提高了建筑效果。
提升建筑效果
對于房地產(chǎn)項目，既然要用到鋼結構，往往是因為建筑師和業(yè)主希望利用鋼結構自重輕的特點，建造出造型輕盈，形態(tài)美觀的建筑。因此，鋼結構設計的優(yōu)劣就顯得非常重要。
以遼寧某展示中心為例，該項目一個方向懸挑12m，另一個方向懸挑6m，對角線最大懸挑達到了14m。本地施工圖設計院設計的懸挑部分的鋼梁高度是1.1m，建筑完成厚度達到了1.3m。這個效果方案建筑師無法接受，因為懸挑端粗大而笨重的效果并不是他們所希望的。
正好筆者與方案公司熟悉，方案公司請我們作為顧問對此項目進行了結構優(yōu)化設計。通過我司的優(yōu)化方案，結構鋼梁高度成功地控制在了700mm（圖 3），遠小于之前的鋼梁高度。而且并未采用桁架斜腹桿的設計，不但節(jié)省了用鋼量，建筑師要的效果也達到了，不至于造成業(yè)主錢花了，效果卻沒有達到。
加快施工工期
房地產(chǎn)開發(fā)項目有時候是因為工期的原因用到鋼結構，因為鋼結構的現(xiàn)場施工速度遠快于混凝土結構。然而并非是只要采用了鋼結構，工期就會大功告成。一般來說，鋼結構施工的工期由以下幾部分組成：
1) 鋼結構詳圖深化
2) 工廠備料
3) 工廠加工
4) 現(xiàn)場施工
而實際上，鋼結構設計方案和設計圖紙的好壞，將很大程度上影響以上每一個步驟。如：
1) 施工圖設計不到位，造成詳圖深化溝通時間過長，從而影響下料時間節(jié)點；
2) 由于缺乏設計經(jīng)驗，采用了市場上采購困難或訂貨周期過長的截面規(guī)格，將影響備料時間；
3) 采用了加工工作量大的結構設計方案，造成工廠下料、焊接工作量巨大，工廠加工時間過長；
4) 采用了大量的現(xiàn)場焊接，或者構件安裝工序繁復、安裝工作量大等，也會造成現(xiàn)場施工工期大幅延長。
由此可見，設計的合理性將對工期的每一個環(huán)節(jié)都造成影響，而且這些環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣。
以某扶貧安置房為例，為兩層聯(lián)排簡易的裝配式別墅建筑。一期項目由本地設計院設計，筆者在一期項目的基礎上，對結構進行了優(yōu)化與重新設計。由于采用了創(chuàng)新的裝配式結構體系，結構用鋼量降低了50%，從而結構造價也大幅降低。我們采用的結構體系，采用了以熱軋H型鋼為主要受力截面，以全螺栓連接作為主要現(xiàn)場連接方式的裝配式結構體系，工廠加工量很小，現(xiàn)場安裝也極其迅速，鋼框架可以兩天安裝一層。
綜上所述，鋼結構優(yōu)化不僅僅是優(yōu)化造價，而是一個綜合性的全面優(yōu)化過程，不管是對于改善建筑效果，還是縮短施工工期，都可能提出建設性的解決方案。
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