13585605056周先生
房地產開發項目中，大部分建筑都采用混凝土結構形式。隨著房地產市場競爭的不斷加劇，房地產企業對成本的控制也越來越嚴，結構優化就成了房地產企業在項目設 計中的一個必要環節。
然而隨著房地產開發業態的不斷豐富，以及國家對裝配式建筑的推行，鋼結構體系也開始受到廣泛應用。鋼結構具有造型輕盈、施工速度快、裝配率高等優點，因此有時候是比混凝土結構更好的選擇。
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。舉例來說，對于常規造型跨度達到30m的單層建筑，鋼結構用鋼量一般在40kg/㎡左右，其純結構造價僅400元/m2左右，因此遠低于大跨度混凝土結構。而對于常規7.2m~9m柱網的常規多層框架結構，混凝土結構的造價則一般比鋼結構更具優勢。實際上，成本部門認為鋼結構造價遠高于混凝土結構的一個重要原因是，鋼結構設計不合理，用鋼量偏高是一個普遍現象。
從筆者在工作中接觸到的項目來看，鋼結構設計的經濟性差別很大。筆者通過歸納總結，分析有如下三類主要原因：
1) 設計熟悉程度。由于目前混凝土結構占據了建筑市場絕大部分的比例，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。即使是一些結構優化公司，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。筆者曾遇到過一個房地產公司對于一個較為常規的售樓處的造價測算，其測算結果是地上部分鋼結構造價達到2500元/m2，是混凝土結構造價的2.5倍。根據這個單方造價，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，普遍不合理的鋼結構設計，造成地產成本口的概念是其鋼結構造價遠遠高于混凝土。
2) 設計風格。鋼結構設計與混凝土設計的風格是不一樣的。鋼結構設計尤其是異形鋼結構設計，其節點處理、細節設計往往是設計工作的大頭，而混凝土設計則主要是建模、輸參數和出圖，設計師由于習慣了按照設計工作量提成，往往不太愿意投入過多的精力在鋼結構的細節設計中。尤其是很多項目鋼結構設計的費用也不見得比混凝土結構高多少的情況下。
3) 設計技巧。鋼結構設計靈活度高。由于鋼結構相對混凝土結構而言自重不占主導，結構體系種類眾多、且存在穩定、構件扭轉、復雜幾何等諸多混凝土結構中較少考慮的問題，相對而言鋼結構的設計靈活度遠遠高于混凝土結構，故對于經驗不足的設計師而言，要把鋼結構設計得經濟性、實用性、美觀性樣樣到位，不但快節奏的設計工期不允許，也可能是無法實現的。
因此，我們經?？吹降囊恍╀摻Y構設計圖紙經濟性不夠或者美觀性不夠，也就不足為奇了。
鋼結構優化的有益效果
根據前文所述，鋼結構設計往往存在很大的優化空間。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%，對混凝土結構優化而言，這樣的優化比例是不可想象的。因此雖然鋼結構建筑體量可能不大，但由于其優化比例大，對于看重成本的房地產企業而言，實行鋼結構優化也不失為一種顯著降低成本的方式。
與混凝土結構優化不同的是，鋼結構優化不僅僅是優化材料用量，而是多方面全面優化，下文分別闡述。
n 降低造價
降低結構造價往往是鋼結構優化的主要動機。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，如果有效的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。由于業主投資有限，筆者團隊對該項目進行了優化。我們通過優化結構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%的結構造價。結構造價降低比例如此之高，在混凝土結構的優化中是幾乎不能出現的。造價優化的同時，還大幅提高了建筑效果。
圖1 某空間結構展廳
n 提升建筑效果
對于房地產項目，既然要用到鋼結構，往往是因為建筑師和業主希望利用鋼結構自重輕的特點，建造出造型輕盈，形態美觀的建筑。因此，鋼結構設計的優劣就顯得非常重要。
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化設計。通過我司的優化方案，結構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計，不但節省了用鋼量，建筑師要的效果也達到了，不至于造成業主錢花了，效果卻沒有達到。
圖2 某文化展示中心
圖3 結構示意
n 加快施工工期
房地產開發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點；
2) 由于缺乏設計經驗，采用了市場上采購困難或訂貨周期過長的截面規格，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節都造成影響，而且這些環節環環相扣。
以某扶貧安置房（圖4）為例，為兩層聯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，對結構進行了優化與重新設計。由于采用了創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場連接方式的裝配式結構體系，工廠加工量很小，現場安裝也極其迅速，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，鋼結構優化不僅僅是優化造價，而是一個綜合性的全面優化過程，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。
鋼結構設計優化方法
本文簡要介紹一下鋼結構優化的基本方法和途徑，便于房地產成本部門和結構管理部門加強基本概念，從鋼結構優化中找降本增效。
從優化的途徑來看，主要通過三種方法來對鋼結構進行優化，包括優化結構體系，使用創新技術和精細化設計等，下面分別闡述。
n 優化結構體系
與混凝土結構優化相同，對結構體系的優化是根本性的優化，而不是小打小鬧的優化。而與混凝土不同的是，鋼結構的結構體系復雜多樣，靈活多變，因此優化也具有更多的可能性。
要從結構體系上進行優化，不但需要結構工程師具有清晰的結構概念和高超的力學技巧，還需要對規范有深刻的理解，而不僅僅是理解規范條文的字面意思。
n 使用創新技術
混凝土結構設計雖然采用了大量的計算假定和近似參數，但近年來其設計理論的進步非常的小，也較少出現創新的產品或者體系。而鋼結構由于越來越多的被采用，且經常被用于復雜的異形的建筑，其學術研究的活躍度、技術的進步性都遠遠大于混凝土結構。從近年來《建筑結構》等主流結構雜志的論文占比來看，鋼結構領域的文章遠多于混凝土結構的文章?？梢缘弥?，雖然混凝土建筑的市場占有率遠大于鋼結構建筑，但學者專家們的研究熱度卻遠遠小于鋼結構。
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，而近期出現的TD-LOFT創新夾層解決方案，直接采用與開間等寬的集成TD板鋪設過去，省掉鋼梁，并且同時充當吊頂龍骨，可以直接將夾層結構造價節省200元/m2左右。以珠海某項目為例，相對于之前的傳統設計方案，采用創新技術造價節省比例高達30%。
n 精細化設計
這一點與混凝土結構優化相同，精細化設計是優化造價的一個常規途徑。設計院由于項目多時間緊，往往在設計過程中無法做到精細設計，因此會造成一部分結構的浪費。如果時間允許，對結構進行精細的設計，是可以將結構造價做到一定降低的。不過相對前面兩種途徑而言，精細化設計的優化比例會相對小一些。
結語
鋼結構設計由于其復雜性和靈活度，加之設計人員普遍對鋼結構的熟悉程度遠小于混凝土結構，鋼結構往往具有更大的優化空間。如果項目結構造價可觀，請專業的鋼結構優化公司進行優化往往可以取得不錯的效果。而如果項目工期緊張，時間不允許做結果優化，則可以采用過程優化的方式，聘請專業優化公司在施工圖設計伊始即作為結構顧問介入，也可以使施工圖設計質量大幅提升，節省造價，優化建筑效果。
