我国民用房屋结构形式多样, 较常见的有钢筋混凝土框架结构和砖混结构, 由于技术成熟、取材方便等特点, 其应用颇为频繁。此外, 钢结构形式也逐渐被应用到民用住房建筑中, 例如所讨论的冷弯薄壁型轻钢结构, 相比上述框架结构和砖混结构, 钢结构建筑具有资源利用率高、施工工期短、建筑垃圾少等特点, 因此从贯彻现代社会绿色施工、装配式建筑理念的角度讲具有非常大的推广价值。

　　 冷弯薄壁型轻钢结构 (以下简称轻钢结构) 主要用于3层及以下的民用住宅和2~3层别墅。结构采用轻型薄壁钢材, 回收率可达100%, 且钢框架作为主要受力体系, 具有重量轻、强度高、抗震性能好的优点。钢材与配套墙材采用工业化生产, 以干作业的形式直接在施工现场进行装配, 大幅缩短施工周期;并且墙材作为结构的围护体系保温隔热隔声性能良好。目前这种体系在美国和欧洲等发达国家应用广泛, 在设计、制作、安装方面较为完善。

　　 但其在我国推广过程仍然存在一定困难, 一方面, 长期以来住户已经适应传统的以混凝土或者砌体为主的结构形式, 而绿色施工、装配式建筑的理念也还没有真正深入到社会基层, 因此普通住户难以接受这种新颖的房屋结构形式;另一方面, 钢材的成本较高, 同时在一般认识中钢结构所耗钢材量巨大, 其建造成本会高于框架结构或者砖混结构, 因此从经济性上考虑钢结构民用建筑也常常遭到拒绝。在目前广泛应用的工程量清单计价模式下, 冷弯薄壁型轻钢结构房屋在计量计价模式、经济效益分析等方面还存在许多待研究解决的问题。现行的清单计价规范、工程量清单计价定额中并没有与其相适应的项目, 国内外也鲜有对该类结构的费用构成分析、经济效益分析, 因此限制了这种结构体系的发展和应用。

　　 本文以某低层冷弯薄壁型轻钢结构房屋为原型, 对结构展开工程量清单计价分析, 在保证轴网布置、各开间使用功能相同的基础上, 从工程造价角度对比传统砖混结构、钢筋混凝土框架结构和轻钢结构的费用构成, 对轻钢结构房屋的费用组成和经济性进行研究, 为该类结构形式的工程应用提供参考。

　　 工程案例为四川省某两层住宅别墅, 其原设计为冷弯薄壁型轻钢框架结构体系。建筑面积约为170m², 首层、二层层高分别为3.75m、3.45m。建筑设计使用年限为50年, 抗震设防烈度为7度。主体结构采用9 0×45×20×1.5m m的C型冷弯薄壁型钢。屋面、墙体、楼面等构件之间由铆钉连接。围护结构中内墙采用12mm厚石膏板, 外墙采用10mm厚欧松板、新型复合墙材等板材, 框架内填充75mm厚保温玻璃棉。各层平面图如图1所示。

　　 以图1所示房屋平面图中的轴网布置和房间使用功能布置为设计基础, 同时保持层高不变, 在相同设计荷载下通过PKPM结构设计软件分别进行同规格钢筋混凝土框架结构和砖混结构的施工图设计。

　　 建筑面积约187m², 采用独立基础, 基础垫层为100mm厚的C15混凝土, 基础高度为450mm, 保护层厚度为40mm, 混凝土强度等级为C30。梁、柱、板混凝土均采用C25, 各构件尺寸设计及相关受力、配筋均满足相关图集规范要求。

　　 砖混结构约176m², 考虑结构整体抗震性能, 确定外墙厚度为240mm, 内墙为200mm。墙体室外地坪以下部分选用MU15烧结普通砖, M5水泥砂浆, 室外地平以上部分选用MU20烧结普通砖, MU7.5混合砂浆。其他设计均满足规范要求。

　　 根据《工程量清单计价规范》, 采用广联达图形算量软件分别对三种结构形式的建筑编制工程量清单。对于钢筋混凝土框架结构与砖混结构房屋, 现行的《房屋建筑与装饰工程量计算规范》 (以下称《计算规范》) 中对涉及的工程量计算规则已较为完善, 可直接参考计算工程量。

　　 但目前冷弯薄壁型轻钢结构房屋可参照的的计算规则较欠缺, 根据实际情况, 本文按以下规则进行计算:

　　 1) 基础工程:参照《计算规范》中关于土石方工程、混凝土及钢筋混凝土工程项目的工程量进行计算;

　　 2) 主体钢结构工程:参照《计算规范》中“金属结构工程”相关项目——按设计图示尺寸以质量计算, 并考虑螺栓、铆钉的质量。

　　 3) 围护结构:冷弯薄壁型轻钢结构房屋门、窗工程量与传统房屋计算规则相同。轻型墙体材料既作为围护结构, 又能发挥装饰效果, 而在《计算规范》中对于冷弯薄壁型轻钢结构房屋围护结构类型的工程量计算规则相对较少, 因此围护结构工程量计算规则参考墙面装饰计算规则。结合现行《计算规范》中已有墙面装饰工程量计算所需考虑的重点及冷弯薄壁型轻钢房屋墙面板材施工工艺、材料特点, 提出“按设计图示尺寸以实际安装面积计算, 扣除门窗洞口及单个>0.3m²的空洞所占面积”;

　　 4) 屋面工程:屋面工程计算包括屋面钢桁架、钢屋面架、屋面板材基层、卷材防水层、屋面面层等项目。对比各项目计算规则后, 提出屋面板材基层项目工程计算规则“按设计图尺寸以斜面积计算;不扣除屋面面积≦0.3m²孔洞所占面积”, 其余部分均按照《计算规范》计算;

　　 5) 装饰工程:墙面装饰已算入围护结构中, 故装饰工程只包含楼地面、天棚灯项目, 工程量参考《计算规范》执行;

　　 表1为建筑面积分析对比表, 其中有效面积是使用面积和辅助面积之和, 房屋使用面积和建筑面积的比例为面积利用率。由表1分析可知冷弯薄壁型轻钢结构房屋建筑面积最小, 但有效面积最大, 面积利用率分别高出混凝土框架结构7.51%和砖混结构4.88%。

　　 除了面积利用率更大外, 轻钢结构通过增大柱网跨度使空间布局更加合理, 减少因结构造成使用上的“死角”, 而传统结构由于材料性质限制开间布局的自由。此外, 围护结构多为轻质填充墙, 墙板厚度小并且内部可埋置管线, 不占房屋的使用面积, 从而可节省建筑空间面积。综合分析, 从房屋面积利用率上看冷弯薄壁型轻钢结构增大其4%~8%具有更大的实用价值。

　　 相关资料表明:钢材回收利用率接近100%, 回收钢材1t可冶炼0.8t新钢材, 节约2~3t铁矿石, 减少排放废气约86%, 废水约76%, 废渣约97%。根据市场调研, 钢材每吨回收得利500元, 据此建立三种结构形式下钢材回收利用的直接与间接效益分析表 (表2) 。

　　 根据表2, 在钢材回收期冷弯薄壁型轻钢结构钢材回收利润为6545.60元, 框架结构和砖混结构则为3456.40元和1225.60元。仅比较钢材回收利润, 冷弯薄壁型轻钢结构房屋分别是框架结构、砖混结构的1.9倍和5.3倍。通过钢材的回收产生钢材回收利润、节约资源利润, 同时缩减排污费, 共获利25237.57元, 单位面积的潜在收益是147.97元, 比框架结构、砖混结构分别高55.39、121.15元。

　　 同时, 轻钢结构房屋以钢材代替砖、混凝土等不可再生材料的使用, 相比传统结构够很大限度地减少CO₂的排放, 有利于环境保护, 满足节能环保的需求是一种绿色的建筑结构。

　　 根据《四川省建设工程工程量清单计价定额》, 采用清单计价方式, 利用广联达计价软件GBQ4.0对三种结构形式的建筑进行建安工程费用计算并进行对比分析, 得到轻钢结构建筑的费用构成以及导致其与其他两种结构形式工程造价差异的原因。

　　 由表3关于三种结构形式的总造价分析可知冷弯薄壁型轻钢结构房屋总造价291163.39元, 单方造价1707.09元, 均大于其他两种传统结构形式房屋。分析构成管理费、利润和措施项目费总造价的三种基本造价元素——人工费、材料费和机械费。冷弯薄壁型轻钢结构房屋与框架结构、砖混结构的材料费差额分别占总造价差额的69.62%、90.9%, 机械费差额分别占总造价差额的44.24%、16.98%, 而在人工费方面轻钢结构稍小于其他两种结构形式, 这是由于冷弯薄壁型轻钢结构工业机械化程度较高, 人工消耗量相对减少。故材料费、机械费是造成冷弯薄壁型钢结构房屋与传统结构房屋分部分项工程费差距较大的主要因素。

　　 分部分项工程人工费见表4。比较表4可知冷弯薄壁型轻钢结构房屋主体结构人工费最大, 但墙、柱面装饰工程较其他两种结构形式的人工费节约最多。

　　 冷弯薄壁型轻钢房屋主体结构工程主要涉及钢结构的切割、制作, 比传统房屋主体结构工程涉及的钢筋焊接、绑扎、混凝土浇筑用工技术要求高, 其人工消耗量、日工资单价均高于传统结构, 因此使主体工程人工费最大。但是, 随着随着相关标准的优化与构件的标准化、产业化, 国家对劳动力和专业技能的提升, 主体结构施工中的人工费会有降低的趋势。

　　 冷弯薄壁型轻钢结构的墙、柱面装饰工程人工费比框架结构和砖混结构分别少2178.27元、4670.72元, 这是由于其工业化程度高, 墙、柱面装饰工程较其他房屋施工工艺简单, 许多构件如墙板、楼板、屋面板通过吊装即可完成, 节省时间和人力、缩短工期, 因此墙、柱面装饰工程是缩小冷弯结构与传统结构人工费差距的关键。

　　 冷弯薄壁型轻钢结构房屋主体结构工程由混凝土及钢筋混凝土工程、金属结构工程两部分项目构成。分部分项工程材料费汇总见表4, 冷弯薄壁型轻钢结构材料费最高, 主体结构中钢材的费用占比高达40.7%。但目前, 我国钢材市场处于持续低迷状态、钢材价格不断降低, 这将会拉小轻钢结构与传统结构材料费的差距。

　　 轻钢结构分部分项工程材料费中占比仅次于主体结构的为墙、柱面装饰工程, 占总材料费的21.24%, 相比之下框架结构和砖混结构对应的装饰工程材料费仅占总材料费的16.94%、9.02%。因此墙、柱面装饰工程的材料费是造成轻钢结构材料费增大的重要因素。究其缘由, 轻钢结构房屋墙、柱面装饰工程所用材料主要为保温玻璃棉、欧松板、金属面装饰复合板材等新型墙面装饰材料, 这些新型墙材制造工艺尚不成熟, 材料成本也偏高, 并且在建筑装饰工程项目中, 墙、柱面装饰工程与其他项目相比材料消耗量本身就较大, 因而导致轻钢结构的墙、柱面装饰工程的材料费较其他两种传统结构形式房屋更高。

　　 分部分项工程机械费汇总如表4所示, 构成机械使用费的两个基本要素是机械消耗量和机械台班单价。由于冷弯薄壁型轻钢结构构件属轻钢结构, 金属构件重量小, 人工搬运安装已能完成, 其施工机械使用台班消耗量应较小。在机械台班单价相同的情况下, 机械费应较传统结构机械费低。但由表4可知, 冷弯薄壁型轻钢结构房屋机械费远高与传统结构, 分别为框架结构、砖混结构的2.99、3.88倍。说明套用现行的《计算规范》计算结果与现实不符, 应予以改变。

　　 由表4可知, 金属结构工程占总机械费88.17%, 是轻钢结构房屋机械费的主要构成项目, 但在金属结构工程计价定额机械费中包含有金属构件制作机械费用, 冷弯薄壁型轻钢结构房屋施工并不应包含构件制作, 因此在工程计价中也不应计入构件制作费用。

　　 综上分析, 由于现行计价定额中不包含类似于冷弯薄壁型轻钢结构房屋的装配式建筑计价定额, 造成计价过程中金属结构工程施工机械费增加。实际上, 以本工程为例其金属结构工程构件制作机械费为4060.11元, 扣除该部分机械费后, 房屋施工机械费为5370.49元, 缩减了与框架结构总造价间的差距。

　　 本文通过对同规格、同使用功能要求的冷弯薄壁轻钢结构、框架结构和砖混结构三种结构形式设计方案进行经济性分析, 主要得到以下结论:

　　 1) 与传统结构相比, 轻钢结构房屋增大房屋利用率4%~8%, 并且由于工期短、节约资源、建筑垃圾少等特点具有很大的实用价值。

　　 2) 从钢材回收利用、减少炼钢污染的角度出发, 本工程轻钢结构单位面积的潜在收益为147.97元, 经济效益较大。

　　 3) 从构成总造价的三种基本影响因素出发, 由于钢结构房屋材料的特性, 人工费成为可缩小钢结构房屋与其他两种传统结构形式房屋造价的原因, 而钢结构房屋的材料费和机械费由于各种不同因素造成其造价高于其他两种传统结构。

　　 4) 轻钢结构房屋总造价较传统结构总造价偏高的主要因素是材料费, 而墙、柱面装饰材料是除钢材外材料费居高的重要原因, 因此建议优化墙面装饰工程材料, 深入探究新型墙面装饰材料的生产加工工艺, 以降低其工程造价。

　　 5) 对于轻钢结构房屋参照现行计价规范中关于金属结构工程的计量计价原则会导致机械费用陡增, 若扣除计算不合理部分费用, 将降低轻钢结构总造价, 缩短与框架结构总造价的差距。因此为控制该类轻钢结构房屋成本, 建议对有关现行工程计价定额进行更新与改进。