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淺談結構設計優化對工程造價的影響

發布時間:2012-02-20 10:52所屬分類:城市規劃瀏覽:1加入收藏

結構造價在建筑產品中的比重很大,通過精心設計務必會帶來較可觀的經濟效益,在設計避免薄弱環節,確保理論計算與實際情況相吻合,并能使所有構件

工程造價的多少是決定建筑工程可行性的重要因素,工程造價的控制,應貫穿于整個工程建設的全過程。而建筑的結構設計對工程造價又有著非常重要的影響,在設計初級階段節省投資的可能性一般都會大于施工開始后節約投資的可能性。可以說,結構設計和工程造價是個統一的整體,相互配合、相互促進。
  • 建筑結構設計與工程造價的關系
建筑結構設計是建設項目進行全面規劃和具體描述實施意圖的過程,是工程建設的靈魂,是科學技術轉化為生產力的紐帶,是處理技術與經濟關鍵性環節,是具體實現技術與經濟對立統一的過程,是確定與控制工程造價的重點階段。工程造價是指工程從前期策劃、可行性研究、方案論證、設計招標、工程實施以及實施中的管理等各環節所花費的總費用。在不同階段工程造價所占的比例不同,據有關資料分析,投資決策階段對整個項目造價的影響為75%~95%,設計階段為35%~75%,施工階段為5%~35%,竣工階段為0%~5%。結構設計與工程造價的關系設計費一般只相當于建設工程全壽命費用的不到1%,但正是這少于的費用對投資的影響最高卻達到75%,在單項工程設計中,建筑結構方案的選擇及建筑材料的選用對投資都有較大影響。如結構設計中基礎類型的選用、結構形式的選擇、對于結構規范的理解應用等都存在著技術經濟分析問題。
基礎結構的造價與工程所在地的地質條件密切相關,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。如某城市兩座相臨的住宅樓工程,根據地質勘探資料,設計基礎承載力及埋深相同,地面以上部分結構設計也相同,均為6層磚混結構,建筑面積3236m2;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/m2,2#樓僅為31.98元/m2。在兩樓樓型、結構及使用功能相同的情況,地質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。
而且建筑的結構設計不僅影響項目建設的一次性投資,而且還影響使用階段的經常費用,如暖通、照明的能源消耗、清潔、保養、維修費等。可以說,結構設計首要任務是實現建筑功能的需求,保證其舒適度,使建筑更有生命力。
  • 優化設計的內涵和現狀
隨著時代的發展,對工程結構的要求愈來愈高,結構設計要考慮的因素也愈來愈多,用傳統設計的方法已難以解決復雜結構的設計問題。在這種情況下,采用符合現代化的結構優化的理論和方法則是社會發展的必然。而結構優化設計是近二十余年以來發展起來的一門新技術。目前,結構優化設計的發展正對結構設計產生重大影響。一個建筑方案產生后,結構從選型和布置開始就存在優化與否的問題,再加之后續每一道工序的精心設計、準確計算、合理選用等全過程的優化設計才能產生優化的結構。當前,在無成熟的優化設計分析軟件的情況下,主要是應用建筑結構分析軟件,采用人工分析進行調整,運用概念設計的方法對不同的結構選型和布置不斷的進行方案分析比較,以獲得比較理想的結構方案。
建筑結構的優化設計并不是簡單的用降低結構的安全度來換取經濟效益,也不僅僅是對由于設計人員的相對保守而做出的修改。真正的優化設計在節省了工程費用的同時,不僅沒有降低原設計的安全度水平,反而由于結構方案趨于合理,使之更為可靠。優化設計是在保證結構安全的前提下,通過設計人員自身的概念、經驗、悟性、判斷力和創造力對結構方案進行優化,以控制工程造價,滿足投資方的經濟要求,或在造價基本不變的情況上,增加建筑物的使用面積、改善建筑物結構的使用功能等。
三、優化建筑結構設計,節約工程造價,健全相關機制
目前我國大多數設計單位和建造施工單位是不同的兩個機構,設計過程與施工進程也是截然分割開來。這種模式缺乏在一個主體下的有效控制,協調成本高,難以發揮設計的主導作用。設計與施工脫節,往往造成施工的返工、窩工現象,提高造價。而采用設計和建造聯合承包體的形式,則有利于承包商從設計、施工整體上考慮和處理工程問題,有利于進行設計方案的優化,更能好的配合和設備、材料采購和施工的關系,對整個工程的造價進行有效的控制。另外,有關部門要對設計成果進行考核和評價對方案的經濟性進行評估,加強管理設計市場,杜絕越級、無證、借用設計。由于設計工作的特殊性,不同的項目有不同的特點,應針對不同項目的設計成果,工程造價制定明確的考核指標。同時還要引入必要的設計競爭機制,使設計單位為提高競爭力,在內部管理上把設計質量同個人效益掛鉤,促使設計人員加強經濟觀念,把技術與經濟統一起來,并和造價工程師一起把關,減少因結構設計產生的工程項目造價偏高的現象。
四、選擇合適的結構類型
不同的結構形式的工程造價是不同的。對于建筑而言,剪力墻結構是采用較多的結構形式,根據《高層建筑混凝土結構技術規程》規定抗震設計時,短肢剪力墻的抗震等級應比相應的剪力墻的抗震等級提高一級采用,所以在平面布置上應盡量減少短肢墻的數量,相應地減少構造鋼筋的用量。框架結構的特點是開間大、靈活性好、抗震性能較好,造價較低,但由于柱截面大于隔墻厚度而造成柱角外凸,影響家具的布置和美觀,有時由于建筑中房間分隔的不規則性又造成柱網的難以布置。框架——剪力墻結構是在框架結構中布置一定數量的剪力墻。它是高層建筑中應用比較廣泛的一種主體結構型式。其特點是平面靈活,適用性強,結構合理,能使框架、剪力墻兩種有不同變形性能的抗側力結構很好地協同發揮作用。另外,由于異形柱無外露柱角能夠取得較好的室內效果,近年來在高層建筑中異形柱框架——剪力墻結構使用較多。采用異形柱后對結構整體受力性能影響不大,但對加強結構空間整體性、提高結構抗風、抗震性能是有利的。但異形柱較普通矩形柱的變形能力低,節點抗震性能不好,易致脆性破壞延性小。隨著時代的發展和人們生活水平的提高,原來建造的小開間剪力墻體系建筑在建筑功能上的局限性變得日益明顯。因此大開間剪力墻應運而生。室內一般無承重的橫墻和縱墻,可以按照住戶的不同要求靈活分隔,隨著家庭的變化還可重新布置。短肢剪力墻墻肢截面高度與厚度之比為一的剪力墻介乎于異形框架柱和一般剪力墻之間,由于這種結構體系在建筑功能、結構形式、投資效益、節能指標等多方面效果良好,是高層建筑的主要結構形式。
抗震設計經濟化對高層建筑結構造價的影響最大的是水平荷載的作用,而水平荷載除風載以外,主要就是地震荷載。對于有抗震要求的建筑物,其抗側力機構的選擇和應用成為控制建筑結構造價的重點所在,隨著建筑物層數的增大,抗側力結構體系造價迅速增加。所以,合理有效地選用抗側力機構,對結構造價非常重要。對于一個結構,從設計一開始,設計人員就應把握好地震能量的輸入,房屋的體型,結構體系、剛度分布、構件延性等幾個方面,從根本上把握抗震中的薄弱環節,再輔以必要的計算和構造措施,才有可能使設計出的高層建筑既有良好的抗震性能和抗震可靠度,同時又做到經濟節約。
結構方案優化設計是一個系統工程,它真正體現了事前控制的思想,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“經濟、實用、合理”的原則,認清優化設計在造價控制中的重要性,確定合理目標,積極創造適宜條件,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。
 
參考文獻
  1. 史芳   《房地產開發過程中工程造價的有效控制》住宅科技 2003
  2. 何新華 《設計階段建筑結構系統造價的優化分析》 建筑科學 2000
  3. 王光遠  《結構選型的智能優化設計進程研究》   同濟大學出版社 2001
  4. 姜慧,吳強  《工程造價》               水利水電出版社   2006

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