淺談結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化設計對工程造價的影響

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在建筑結(jié)構(gòu)設計中，不同方案的選擇及不同建筑材料的選用對工程造價會有較大影響， 像基礎類型選用、進深與開間的確定、層高與層數(shù)的確定、結(jié)構(gòu)形式選擇等都存在著技術經(jīng)濟分析問題。據(jù)統(tǒng)計，在滿足同樣功能的條件下，技術經(jīng)濟合理的設計，可降低工程造價10%左右，有的可達20%.建筑結(jié)構(gòu)由基礎、柱、墻體、梁、樓板、屋面板等部分組成，各部分占工程總造價的比例不盡相同，結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化時對工程造價的影響也就不一樣，因此在方案優(yōu)化設計時我們所考慮的重點要有所側(cè)重。下面就主要結(jié)構(gòu)部分進行舉例說明：

　　1）基礎：基礎結(jié)構(gòu)的造價與工程所在地的地質(zhì)條件密切相關，其工期約占整個建筑物主體工程的25%-30%，造價約占總造價的10％-20％，基礎工程的重要性顯而易見。所以設計時應重視地質(zhì)勘察報告的交底工作，選擇合理的基礎型式，控制基礎的截面尺寸與埋深。如兩座相臨的住宅樓工程，根據(jù)地質(zhì)勘探資料，設計基礎承載力及埋深相同，地面以上部分結(jié)構(gòu)設計也相同，均為6層磚混結(jié)構(gòu)，建筑面積3236㎡；地面以下部分選用兩種基礎形式，1# 樓過于考慮安全性，設計選用了鋼筋砼條形基礎，C20砼澆筑， M10水泥砂漿、MU10磚砌筑，基礎總造價為16.13萬元。在2#樓設計中，將基礎改為毛石條形基礎，用MU20毛石、M10水泥砂漿砌，基礎總造價為10.35萬元。通過對比，基礎建筑面積造價，1# 樓為49.86元/㎡，2#樓僅為31.98元/㎡.在兩樓樓型、結(jié)構(gòu)及使用功能相同的情況，地質(zhì)條件滿足安全使用的前提下，只將鋼筋砼條形基礎改為毛石條形基礎，基礎部分的造價減少了35.88%.這對整座住宅樓工程造價的控制起到了積極作用。

　　2）柱網(wǎng)布局與柱子：柱網(wǎng)布局是確定柱子的行距（跨度）和間距（每行柱子相鄰兩柱間的距離）的依據(jù)。一般來講，柱網(wǎng)尺寸在6-12m之間，柱距小則傳力路線短，上部結(jié)構(gòu)節(jié)省材料，但可能基礎費用高，因而柱網(wǎng)布局是否合理，對工程的結(jié)構(gòu)造價有很大的影響。此外，柱子截面形狀及大小的選擇也對工程造價有著直接的影響。下面就柱子截面大小實例說明它對工程造價影響的程度。

　　某四層廠房根據(jù)工藝要求，在廠房結(jié)構(gòu)設計中采用現(xiàn)澆鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)，初始設計方案為：框架邊柱截面750mm×750mm，中柱截面750mm×1000mm； 框架梁截面統(tǒng)一為450mm×1900mm，受力主筋均采用Ⅱ級鋼筋。初始設計方案的主要消耗材料為： 框架梁混凝土130.82m3，梁受力主筋15179.4kg；框架柱受力主筋3654.2kg.初始方案的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總造價為19.12萬元。優(yōu)化設計時，以框架結(jié)構(gòu)尺寸和框架柱截面尺寸為常量，把框架梁截面高度尺寸為變量，并以模數(shù)50mm為步距進行變化。當框架梁截面高度變化時，框架梁自重及梁、柱配筋均相應變化，結(jié)構(gòu)總造價也相應變化。經(jīng)過分析，求得該四層廠房結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計方案的主要參數(shù)為：框架邊柱截面750mm×750mm ，中柱截面750mm×1000mm，框架梁截面統(tǒng)一為450mm×1600mm.優(yōu)化設計方案的主要消耗材料為：框架梁砼110.16m3（比初始方案減少20.66m3），梁受力主筋17185kg（比初始方案增加2005.6kg）；框架柱受力主筋4482kg（比初始方案增加827.8kg）優(yōu)化設計方案的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總造價為185823元。對比分析初始方案與最佳方案，該框架結(jié)構(gòu)總造價由19.12萬元下降到18.58萬元，僅主體結(jié)構(gòu)節(jié)省投資2.9%，經(jīng)濟效果比較顯著。

　　如果我們對柱子鋼筋連接方式進行方案優(yōu)化設計，有時也能節(jié)省大量資金。某綜合樓設計時，柱子鋼筋采用電渣壓力焊接技術，從而可比搭接方法節(jié)省10％還要多的主筋，僅此一項可節(jié)省數(shù)十萬元之巨。

　　3）梁：矩形截面梁是最普通的受彎構(gòu)件，在設計時常被使用，但材料利用率很低。一是因為靠近中和軸的材料應力較低；二是梁的彎矩沿梁長是變化的。由于等截面梁大部分區(qū)段應力低，材料得不到很好利用，只有在軸心受力時，材料利用率才可提高。因此，設計時可采用平面桁架代替矩形梁，平面桁架相當于掏空的梁，將梁中多余的材料掏去，這樣既經(jīng)濟，自重又可減輕。它還可發(fā)展為空間網(wǎng)架，材料的利用率就能大幅提高。某超大跨度工業(yè)廠房，設計時用桁架外形的設計代替矩形截面梁，經(jīng)濟上取得相當好的結(jié)果。

　　4）砼及鋼筋的選用：除了要滿足結(jié)構(gòu)的需求外，應力求方便施工，盡量減少砼標號與鋼筋型號的種類。有的工程梁、板、柱采用不同的標號，使施工難度加大，浪費了材料，加大了采購成本。鋼管砼結(jié)構(gòu)是將砼填入薄壁圓形鋼管內(nèi)而形成的一種新型結(jié)構(gòu)，它將兩種材料有機地結(jié)合，可借助內(nèi)填砼增強鋼管壁的穩(wěn)定性，借助鋼管對核心砼的套箍作用，使核心砼處于三向受壓狀態(tài)，從而具有更高的抗壓強度和抗變形能力。鋼管砼與鋼結(jié)構(gòu)相比，在自重相近和承載力相同條件下，可節(jié)約鋼材近50%，并節(jié)約大量的焊接工作量。與普通砼相比，在保持鋼材用量相近和承載力相同條件下，構(gòu)件截面面積可減少約50%，材料用量和構(gòu)件自重相應減少約50%.實踐證明在結(jié)構(gòu)設計時，使用這些新工藝設備可大大降低工程造價。

　　方案進行優(yōu)化設計，要把握好技術和經(jīng)濟的對立統(tǒng)一關系，既要反對片面強調(diào)節(jié)約，忽視技術上的合理要求的做法，又要反對設計保守浪費，只重技術，輕經(jīng)濟的思想。

　　根據(jù)現(xiàn)階段的情況，若要推行優(yōu)化設計，建議如下：

　　1、加大行政監(jiān)督和加快設計監(jiān)理工作。優(yōu)化設計工作的推行，政府主管部門首先要重視，通過行政手段來保證優(yōu)化工作的實施，加大對設計市場的管理力度，建立和完善相應法律法規(guī)，規(guī)范設計市場。其次建立設計監(jiān)理制度已成為形勢所迫，業(yè)主所需。目前還沒有客觀公正的“第三方”來監(jiān)理結(jié)構(gòu)設計的進行，所以通過設計監(jiān)理的方式可以打破設計單位自己“控制”自己的單一局面。

　　2、建立必要的設計競爭機制。為保證設計市場的公平競爭，設計經(jīng)營也應采用招標投標，并頒布相應的法規(guī)條例。各地可以成立合法的設計招標代理機構(gòu)，符合條件的項目必須招標。招標時對投標單位的資質(zhì)、信譽、技術等方面進行必要的資格審查，設立健全的評標機構(gòu)，運用價值工程等手段對備選方案進行優(yōu)化選擇。設計單位為提高自身競爭能力，在內(nèi)部管理上應把設計質(zhì)量同個人效益掛鉤，促使設計人員加強經(jīng)濟觀念，把技術與經(jīng)濟統(tǒng)一起來，改變以前設計過程不算帳，設計完了概算見分曉的現(xiàn)象。

　　3、推廣設計標準規(guī)范和標準設計。工程設計標準規(guī)范的形成，來源于大量成熟的、行之有效的實踐經(jīng)驗和科技成果，是科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的必要途徑。優(yōu)秀的工程設計標準和規(guī)范，不僅優(yōu)化了設計，減少設計的盲目性，還將大大提高設計速度，有效降低項目的全壽命費用。在標準規(guī)范中可以對一些重要的部位采取設計經(jīng)濟指標限額制度，對一些設計部位使用“宜”或“不宜”等引導性語言提示設計人員對方案進行優(yōu)化，鼓勵他們在設計中大膽使用新工藝和新材料。

　　綜上所述，結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化設計是一個系統(tǒng)工程， 它真正體現(xiàn)了事前控制的思想，能起到事半功倍的效果，達到花小錢辦大事的目的。只要我們嚴格遵守“經(jīng)濟、實用、合理”的原則，認清優(yōu)化設計在造價控制中的重要性， 確定合理目標，積極創(chuàng)造適宜條件，主動采用科學的控制方法，就一定能搞好設計階段的造價控制。