1、建筑结构优化设计研究【摘 要】 “成本管理”的目的应是“成本优化”或“成本效益最大化”，项目的每一个设计环节都会受到其上游成本预算条件制约，成本部门的成本控制要求应成为设计部门的成本控制目标，而建筑结构的合理设计费、合理的设计周期是保证质量与进度的基本条件之一。在目前的建筑结构设计中，结构工程师一般只从建筑结构的安全性、适用性、耐久性三项功能要求来考虑，而很少考虑其经济性；其实，控制结构成本，并不会导致结构的安全储备的降低，而是要取消掉其中的无效成本。对此，如果要达到对结构成本的控制，就必须从建筑结构设计入手，优化建筑结构设计方案，从而达到建筑工程成本有效控制的目的。 /1/view-1228
2、7935.htm【关键词】 建筑结构设计；成本优化；设计方案通过建筑结构的优化设计，是实现建筑本体功能与控制建筑造价成本的重要手段。另一方面，建筑投资者或开发商不能过分强调结构优化设计的经济性，通过减少材料、降低技术、放低质量标准来追求经济性，同时也反对一味重视技术要求、忽略经济成本的做法。结构优化设计的终极目标是实现建筑的本体功能性、安全性、经济性与环保性。因此，在保障全面发挥建筑本体功能性、保证安全性的条件下追求建筑投资建设的经济性与环保性是建筑建设的科学合理选择。为了实现这一目标，未来的建筑结构设计者将遵循功能性、安全性、经济性、环保性四位一体的设计思路，真正实现未来建筑结构的优化升级，
3、为人类提供一个更好的物质生存与发展环境。1建筑层高对成本的影响与控制1.1建筑结构优化设计的基本理论建筑结构的优化设计主要体现在建筑工程的决策阶段、设计阶段、建设阶段。在建筑工程的决策阶段，确定结构优化设计所要达到的总体目标，满足本体功能，最大程度保障安全性，缩减投资成本；在建筑工程的设计阶段，确定每一个子系统及整体结构的优化布局；在建筑工程的建设阶段，以结构优化设计为建设原则，组织建设好每一个子系统从而实现整体结构优化布局。决策阶段结构优化选择是关键，设计阶段结构优化设计是核心，建设阶段结构优化建设是基础，3个阶段互相验证、互为补充、缺一不可。1.1.1对于地面以上部分减少层高可以减少所有结
4、构柱、剪力墙等竖向构件的长度和体积；减少建筑的总高度、降低结构的总荷载，间接降低结构成本；降低上部结构所承受的地震力、风荷载，间接降低结构成本；1.1.2对于地面以下部分减少层高可以减少地下室土方开挖及运输的数量、基坑支护的面积、基坑支护的单价；减少地下室底板及侧壁的截面及配筋；减少抗拔桩、抗拔锚杆的费用；减少基坑降水的数量及费用；1.2建筑层高对成本的控制减少层高可以更好地满足节能规范的要求、减少空调等设备的负荷量、减少后期空调等设备的运营成本。在满足建筑功能的前提下，可以以各种技术措施减少层高。实际上，对于许多建筑，包括地下空间，规范或者客户所真正关注的并不是建筑物的层高，而是使用空间的净
5、高。所以净高的控制才是我们成本控制的关键。影响净高主要有两因素：1.2.1结构梁高对于结构梁高的设计，设计院通常的做法是取结构本身最经济的梁高（一般为1/8-1/12的跨度），而实际上综合各种成本因素，取值应较正常结构本身最经济的梁高降低10%-30%，建议为1/12-1/18的跨度更加节约成本，就是说对于结构梁本身，梁高即使相对最经济梁高减少，造成配筋加大了，但综合上述的各种成本因素，总体成本还是节约的。即降低梁高要在降低层高，保证净高的角度出发。当然也应该根据建筑本身的功能定位以及荷载取值来确定最为合理的梁高。1.2.2机电的管道空间设计院通常的做法是空调、电缆、水管各占一个标高，实际空间
6、利用率很低。实际上可以要求设计院做每一层的综合管线图，来优化各专业管线的交叉布置和统一协调，采用综合管线图，对机电管线进行认真的优化设计后，对于地下室经常可以节省出近 200mm 的高度空间。如果能结合建筑的平面布局来布置次梁，给相关管线留下通路，即结构布置时就考虑管线的走向可能，就可以优化整体净空。所以结构设计人员一定程度上也要熟悉设备专业的基本知识。2结构超限对成本的影响与控制2.1结构超限对成本的影响在超限高层中，总结结构超限的相关影响是非常有必要的。结构超限必然会增加结构成本，同时必然增加设计周期，延长开发周期。2.1.1总体造价与分析相对高层建筑而言，超高层建筑设计复杂，对项目设计及
7、管理水平要求严格，因此设计、工程管理费用可能增加；配套设施建设费或会因建筑物层数不同而收费基准有异。超高层建筑造价增加主要体现在以下四个方面：项目整体设计与建筑标准；基础及结构；屋面及外立面。2.1.2施工难度、成本分析，施工周期的长短100m和150m建筑的施工难度对于有经验的特级施工企业来说没什么区别，施工时垂直运输的成本会有所增加，如果用滑动脚手架，则脚手架的每平方成本会有所下降，总的来说100m和150m建筑施工成本变化很少；施工周期会按比例相应的有所拉长，由于垂直运输的时间加长，到顶部几层施工的时间相应的会加长12天。结构超限不仅仅是结构高度的超限，还有高宽比、平面、立面的规则性等方
8、方面面。高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制的一个重要的指标。在设计初期，结构方案制定时有效的避免结构超限问题，至少不要因为结构专业的方案错误导致结构超限。在我的从业经历中，有遇到过因为结构师设缝位置不合理，在大开洞边上设缝，导致结构超限的案例，一定要在设计过程中避免。3 勘察要求及成果对成本的影响与控制一般来讲勘察的费用仅占整个项目建设费用的很小一部分，但由勘察成果决定的基础的成本却占土建成本的相当大的比例，所以对勘察的要求和成果应该引起足够的重视。对此，必须在初勘和详勘阶段对于以下问题予以重点把握：（A）初勘尽可能的做，并且初勘和详勘最好不是同一单位，对于地块较大的
9、项目，勘察可以有两单位同时进行，有利于最终成果的对比，择优选用，利于成本的优化控制；（B）对于勘察成果，必须根据地方经验或者相邻工程经验，对其成果的合理性进行判断；（C）对于有地下室的项目，勘察要求需提供最高水位标高，优化地下室的抗浮和抗拔桩的设计，由于此数据有一定的风险，勘察单位往往不予提供。（D）对于地质情况比较复杂或者据特殊地质情况的项目，勘察布点要求可以适当提高甚至进行超前钻。4地下室的设计地下室设计是建筑物结构设计成本控制的重要部分。地下室层高及柱网尺寸应结合停车、消防、人防等使用功能要求进行多方案比较后合理确定；地下室底板及顶板宜采用双向板梁板结构，当地下室有防水要求时，底板厚不小
10、于250 mm，侧墙厚不小于250 mm，构件配筋宜采用长纵筋 +短纵筋布置方案，以节省钢筋。地下室外墙土压力应为静止土压力，土水分算或土水合算外侧配筋。内侧配筋满足受力裂缝计算和构造要求即可，不必取与外侧相同配筋。同时，还应重视找坡问题，地下室可考虑采用结构找坡方式解决排水坡度问题。同时还可以节省垫层找坡材料，并减少层高，节约成本，并不影响工程整体进度。结束语：随着国民经济水平的不断提高，人们物质需求及市场价格变化使得建筑的成本攀升。从建筑工程建设表面看来，尽管设计费在建设工程全过程费用中比例不大，但对工程造价的影响可达75%以上，按我国现行的建筑工程造价构成分析，采用优化的设计方法可以使建
11、筑工程造价降低6%-34%，结构方案的选择与优化更直接决定工程的成本。因此，在对建筑结构设计中，必须合理的选择建筑结构类型，加强建筑地基基础、上部结构的设计，减少钢用量，降低混凝土强度，同时各方面人员之间还应在建筑设计过程中建立良好的成本节约沟通，提高结构设计人员设计技术水平，从而在保证设计结构质量安全的前提下达到建筑结构设计成本优化的目的。参考文献：1江文通.浅议建筑工程结构设计的成本优化措施.科学向导.2010. （67）：1452王琼.浅谈建筑结构设计方案与成本控制的关系.财经管理.2011.（09）： 1333刘阿伦.探讨建筑结构设计成本控制及优化方法.科学导报.2012.（32）：65
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