钢结构优化不仅仅只是降低用钢量,沈阳钢结构还有这三点好处!

来源:沈阳钢结构 时间:2021年 12月 04日

在成本部门的印象中,钢结构建筑的造价是远高于混凝土建筑的。而实际上钢结构造价与混凝土造价孰高孰低,并不能一概而论。一般设计院的设计人员平时主要以设计混凝土结构为主,真正熟悉钢结构设计的工程师非常少。即使是一些沈阳结构优化公司,能把钢结构设计做好的也是凤毛麟角。这就导致了设计师遇到钢结构设计项目时,其设计思路仍然按照混凝土结构设计一样进行,造成了结构用钢量偏大。


其实,钢结构设计往往存在很大的优化空间。笔者碰到的一个项目,由于结构体系的改变,将用钢量直接降低了70%,对混凝土结构优化而言,这样的优化比例是不可想象的。因此虽然钢结构建筑体量可能不大,但由于其优化比例大,对于看重成本的房地产企业而言,实行钢结构造价优化不失为一种显著降低成本的方式。


与混凝土结构优化不同的是,钢结构优化不仅仅是优化材料用量,而是多方面全面优化,下文分别阐述。


降低造价

降低结构造价往往是钢结构优化的主要动机。对于钢结构建筑而言,结构造价主要由以下3部分组成:


1) 基础


2) 钢结构


3) 楼板


一般而言,钢结构建筑的结构自重要小于混凝土建筑,其基础造价是低于混凝土建筑的。而楼板造价则由于其选用的楼板形式确定,基础和楼板造价占结构造价的比重较小,钢结构造价占据了结构造价的大部分。而钢结构造价的主要指标就是用钢量。因此,如果有效地降低了结构的用钢量,则有效降低了结构的造价。


对于空间结构而言,用钢量指标是影响结构造价的主要因素。如图 1所示,展厅建筑面积约16000m²,原设计用钢量约1000吨。由于业主投资有限,笔者团队对该项目进行了优化。我们通过优化结构体系将用钢量减少了400吨,降低了40%的用钢量,也就降低了40%的结构造价。结构造价降低比例如此之高,在混凝土结构的优化中是几乎不可能出现的。造价优化的同时,还大幅度提高了建筑效果。


提升建筑效果

对于房地产项目,既然要用到钢结构,往往是因为建筑师和业主希望利用钢结构自重轻的特点,建造出造型轻盈,形态美观的建筑。因此,钢结构设计的优劣就显得非常重要。


以辽宁某展示中心为例,该项目一个方向悬挑12m,另一个方向悬挑6m,对角线最大悬挑达到了14m。本地施工图设计院设计的悬挑部分的钢梁高度是1.1m,建筑完成厚度达到了1.3m。这个效果方案建筑师无法接受,因为悬挑端粗大而笨重的效果并不是他们所希望的。


正好笔者与方案公司熟悉,方案公司请我们作为顾问对此项目进行了结构优化设计。通过我司的优化方案,结构钢梁高度成功地控制在了700mm(图 3),远小于之前的钢梁高度。而且并未采用桁架斜腹杆的设计,不但节省了用钢量,建筑师要的效果也达到了,不至于造成业主钱花了,效果却没有达到。


加快施工工期

房地产开发项目有时候是因为工期的原因用到钢结构,因为钢结构的现场施工速度远快于混凝土结构。然而并非是只要采用了钢结构,工期就会大功告成。一般来说,钢结构施工的工期由以下几部分组成:


1) 钢结构详图深化


2) 工厂备料


3) 工厂加工


4) 现场施工


而实际上,钢结构设计方案和设计图纸的好坏,将很大程度上影响以上每一个步骤。如:


1) 施工图设计不到位,造成详图深化沟通时间过长,从而影响下料时间节点;


2) 由于缺乏设计经验,采用了市场上采购困难或订货周期过长的截面规格,将影响备料时间;


3) 采用了加工工作量大的结构设计方案,造成工厂下料、焊接工作量巨大,工厂加工时间过长;


4) 采用了大量的现场焊接,或者构件安装工序繁复、安装工作量大等,也会造成现场施工工期大幅延长。


由此可见,设计的合理性将对工期的每一个环节都造成影响,而且这些环节环环相扣。


以某扶贫安置房为例,为两层联排简易的装配式别墅建筑。一期项目由本地设计院设计,笔者在一期项目的基础上,对结构进行了优化与重新设计。由于采用了创新的装配式结构体系,结构用钢量降低了50%,从而结构造价也大幅降低。我们采用的结构体系,采用了以热轧H型钢为主要受力截面,以全螺栓连接作为主要现场连接方式的装配式结构体系,工厂加工量很小,现场安装也极其迅速,钢框架可以两天安装一层。


综上所述,钢结构优化不仅仅是优化造价,而是一个综合性的全面优化过程,不管是对于改善建筑效果,还是缩短施工工期,都可能提出建设性的解决方案。

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