房地產(chǎn)開發(fā)項目中，大部分建筑都采用混凝土結(jié)構(gòu)形式。隨著房地產(chǎn)市場競爭的不斷加劇，房地產(chǎn)企業(yè)對成本的控制也越來越嚴，結(jié)構(gòu)優(yōu)化就成了房地產(chǎn)企業(yè)在項目設(shè) 計中的一個必要環(huán)節(jié)。

然而隨著房地產(chǎn)開發(fā)業(yè)態(tài)的不斷豐富，以及國家對裝配式建筑的推行，鋼結(jié)構(gòu)體系也開始受到廣泛應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)具有造型輕盈、施工速度快、裝配率高等優(yōu)點，因此有時候是比混凝土結(jié)構(gòu)更好的選擇。

在成本部門的印象中，鋼結(jié)構(gòu)建筑的造價是遠高于混凝土建筑的。而實際上鋼結(jié)構(gòu)造價與混凝土造價孰高孰低，并不能一概而論。舉例來說，對于常規(guī)造型跨度達到30m的單層建筑，鋼結(jié)構(gòu)用鋼量一般在40kg/㎡左右，其純結(jié)構(gòu)造價僅400元/m2左右，因此遠低于大跨度混凝土結(jié)構(gòu)。而對于常規(guī)7.2m~9m柱網(wǎng)的常規(guī)多層框架結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)的造價則一般比鋼結(jié)構(gòu)更具優(yōu)勢。實際上，成本部門認為鋼結(jié)構(gòu)造價遠高于混凝土結(jié)構(gòu)的一個重要原因是，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，用鋼量偏高是一個普遍現(xiàn)象。

從筆者在工作中接觸到的項目來看，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟性差別很大。筆者通過歸納總結(jié)，分析有如下三類主要原因：

1) 設(shè)計熟悉程度。由于目前混凝土結(jié)構(gòu)占據(jù)了建筑市場絕大部分的比例，一般設(shè)計院的設(shè)計人員平時主要以設(shè)計混凝土結(jié)構(gòu)為主，真正熟悉鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程師非常少。即使是一些結(jié)構(gòu)優(yōu)化公司，能把鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計做好的也是鳳毛麟角。這就導(dǎo)致了設(shè)計師遇到鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計項目時，其設(shè)計思路仍然按照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計一樣進行，造成了結(jié)構(gòu)用鋼量偏大。筆者曾遇到過一個房地產(chǎn)公司對于一個較為常規(guī)的售樓處的造價測算，其測算結(jié)果是地上部分鋼結(jié)構(gòu)造價達到2500元/m2，是混凝土結(jié)構(gòu)造價的2.5倍。根據(jù)這個單方造價，可以推測出用鋼量超過200kg/m2，遠高于合理的用鋼量。由此可知，普遍不合理的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，造成地產(chǎn)成本口的概念是其鋼結(jié)構(gòu)造價遠遠高于混凝土。

2) 設(shè)計風(fēng)格。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與混凝土設(shè)計的風(fēng)格是不一樣的。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計尤其是異形鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，其節(jié)點處理、細節(jié)設(shè)計往往是設(shè)計工作的大頭，而混凝土設(shè)計則主要是建模、輸參數(shù)和出圖，設(shè)計師由于習(xí)慣了按照設(shè)計工作量提成，往往不太愿意投入過多的精力在鋼結(jié)構(gòu)的細節(jié)設(shè)計中。尤其是很多項目鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的費用也不見得比混凝土結(jié)構(gòu)高多少的情況下。

3) 設(shè)計技巧。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活度高。由于鋼結(jié)構(gòu)相對混凝土結(jié)構(gòu)而言自重不占主導(dǎo)，結(jié)構(gòu)體系種類眾多、且存在穩(wěn)定、構(gòu)件扭轉(zhuǎn)、復(fù)雜幾何等諸多混凝土結(jié)構(gòu)中較少考慮的問題，相對而言鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計靈活度遠遠高于混凝土結(jié)構(gòu)，故對于經(jīng)驗不足的設(shè)計師而言，要把鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計得經(jīng)濟性、實用性、美觀性樣樣到位，不但快節(jié)奏的設(shè)計工期不允許，也可能是無法實現(xiàn)的。 

因此，我們經(jīng)?？吹降囊恍╀摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙經(jīng)濟性不夠或者美觀性不夠，也就不足為奇了。

鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化的有益效果

根據(jù)前文所述，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)體系的改變，將用鋼量直接降低了70%，對混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)優(yōu)化也不失為一種顯著降低成本的方式。

與混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化不同的是，鋼結(jié)構(gòu)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。

n 降低造價

降低結(jié)構(gòu)造價往往是鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要動機。對于鋼結(jié)構(gòu)建筑而言，結(jié)構(gòu)造價主要由以下3部分組成：

1) 基礎(chǔ)

2) 鋼結(jié)構(gòu)

3) 樓板

一般而言，鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)自重要小于混凝土建筑，其基礎(chǔ)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(chǔ)和樓板造價占結(jié)構(gòu)造價的比重較小，鋼結(jié)構(gòu)造價占據(jù)了結(jié)構(gòu)造價的大部分。而鋼結(jié)構(gòu)造價的主要指標就是用鋼量。因此，如果有效的降低了結(jié)構(gòu)的用鋼量，則有效降低了結(jié)構(gòu)的造價。

對于空間結(jié)構(gòu)而言，用鋼量指標是影響結(jié)構(gòu)造價的主要因素。如圖1所示，展廳建筑面積約16000m2，原設(shè)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(jié)構(gòu)體系將用鋼量減少了400噸，故降低了40%的用鋼量，也就降低了40%的結(jié)構(gòu)造價。結(jié)構(gòu)造價降低比例如此之高，在混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化中是幾乎不能出現(xiàn)的。造價優(yōu)化的同時，還大幅提高了建筑效果。

圖1 某空間結(jié)構(gòu)展廳

n 提升建筑效果

對于房地產(chǎn)項目，既然要用到鋼結(jié)構(gòu)，往往是因為建筑師和業(yè)主希望利用鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)劣就顯得非常重要。

以河南某展示中心（圖2）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(shè)計院設(shè)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。通過我司的優(yōu)化方案，結(jié)構(gòu)鋼梁高度成功的控制在了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(shè)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。

圖2 某文化展示中心

圖3 結(jié)構(gòu)示意

n 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(jié)構(gòu)，因為鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場施工速度遠快于混凝土結(jié)構(gòu)。然而并非是只要采用了鋼結(jié)構(gòu)，工期就會大功告成。一般來說，鋼結(jié)構(gòu)施工的工期由以下幾部分組成：

1) 鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計方案和設(shè)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(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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(gòu)件安裝工序繁復(fù)、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(shè)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（圖4）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(shè)計院設(shè)計，筆者在一期項目的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化與重新設(shè)計。由于采用了創(chuàng)新的裝配式結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)用鋼量降低了50%，從而結(jié)構(gòu)造價也大幅降低。我們采用的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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。

圖4 某扶貧安置房項目

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)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(shè)性的解決方案。

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法

本文簡要介紹一下鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基本方法和途徑，便于房地產(chǎn)成本部門和結(jié)構(gòu)管理部門加強基本概念，從鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化中找降本增效。

從優(yōu)化的途徑來看，主要通過三種方法來對鋼結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，包括優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系，使用創(chuàng)新技術(shù)和精細化設(shè)計等，下面分別闡述。

n 優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系

與混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化相同，對結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化是根本性的優(yōu)化，而不是小打小鬧的優(yōu)化。而與混凝土不同的是，鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜多樣，靈活多變，因此優(yōu)化也具有更多的可能性。

要從結(jié)構(gòu)體系上進行優(yōu)化，不但需要結(jié)構(gòu)工程師具有清晰的結(jié)構(gòu)概念和高超的力學(xué)技巧，還需要對規(guī)范有深刻的理解，而不僅僅是理解規(guī)范條文的字面意思。

n 使用創(chuàng)新技術(shù)

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計雖然采用了大量的計算假定和近似參數(shù)，但近年來其設(shè)計理論的進步非常的小，也較少出現(xiàn)創(chuàng)新的產(chǎn)品或者體系。而鋼結(jié)構(gòu)由于越來越多的被采用，且經(jīng)常被用于復(fù)雜的異形的建筑，其學(xué)術(shù)研究的活躍度、技術(shù)的進步性都遠遠大于混凝土結(jié)構(gòu)。從近年來《建筑結(jié)構(gòu)》等主流結(jié)構(gòu)雜志的論文占比來看，鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的文章遠多于混凝土結(jié)構(gòu)的文章?？梢缘弥m然混凝土建筑的市場占有率遠大于鋼結(jié)構(gòu)建筑，但學(xué)者專家們的研究熱度卻遠遠小于鋼結(jié)構(gòu)。

以LOFT公寓夾層做法為例，之前的主流方案都是采用鋼梁+鋪板的方式，而近期出現(xiàn)的TD-LOFT創(chuàng)新夾層解決方案，直接采用與開間等寬的集成TD板鋪設(shè)過去，省掉鋼梁，并且同時充當(dāng)?shù)蹴旪埞牵梢灾苯訉A層結(jié)構(gòu)造價節(jié)省200元/m2左右。以珠海某項目為例，相對于之前的傳統(tǒng)設(shè)計方案，采用創(chuàng)新技術(shù)造價節(jié)省比例高達30%。

n 精細化設(shè)計

這一點與混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化相同，精細化設(shè)計是優(yōu)化造價的一個常規(guī)途徑。設(shè)計院由于項目多時間緊，往往在設(shè)計過程中無法做到精細設(shè)計，因此會造成一部分結(jié)構(gòu)的浪費。如果時間允許，對結(jié)構(gòu)進行精細的設(shè)計，是可以將結(jié)構(gòu)造價做到一定降低的。不過相對前面兩種途徑而言，精細化設(shè)計的優(yōu)化比例會相對小一些。

結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計由于其復(fù)雜性和靈活度，加之設(shè)計人員普遍對鋼結(jié)構(gòu)的熟悉程度遠小于混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)往往具有更大的優(yōu)化空間。如果項目結(jié)構(gòu)造價可觀，請專業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化公司進行優(yōu)化往往可以取得不錯的效果。而如果項目工期緊張，時間不允許做結(jié)果優(yōu)化，則可以采用過程優(yōu)化的方式，聘請專業(yè)優(yōu)化公司在施工圖設(shè)計伊始即作為結(jié)構(gòu)顧問介入，也可以使施工圖設(shè)計質(zhì)量大幅提升，節(jié)省造價，優(yōu)化建筑效果。