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1、建筑結構優化設計研究【摘 要】 “成本管理”的目的應是“成本優化”或“成本效益最大化”，項目的每一個設計環節都會受到其上游成本預算條件制約，成本部門的成本控制要求應成為設計部門的成本控制目標，而建筑結構的合理設計費、合理的設計周期是保證質量與進度的基本條件之一。在目前的建筑結構設計中，結構工程師一般只從建筑結構的安全性、適用性、耐久性三項功能要求來考慮，而很少考慮其經濟性；其實，控制結構成本，并不會導致結構的安全儲備的降低，而是要取消掉其中的無效成本。對此，如果要達到對結構成本的控制，就必須從建筑結構設計入手，優化建筑結構設計方案，從而達到建筑工程成本有效控制的目的。 /1/view-12282、7935.htm【關鍵詞】 建筑結構設計；成本優化；設計方案通過建筑結構的優化設計，是實現建筑本體功能與控制建筑造價成本的重要手段。另一方面，建筑投資者或開發商不能過分強調結構優化設計的經濟性，通過減少材料、降低技術、放低質量標準來追求經濟性，同時也反對一味重視技術要求、忽略經濟成本的做法。結構優化設計的終極目標是實現建筑的本體功能性、安全性、經濟性與環保性。因此，在保障全面發揮建筑本體功能性、保證安全性的條件下追求建筑投資建設的經濟性與環保性是建筑建設的科學合理選擇。為了實現這一目標，未來的建筑結構設計者將遵循功能性、安全性、經濟性、環保性四位一體的設計思路，真正實現未來建筑結構的優化升級，3、為人類提供一個更好的物質生存與發展環境。1建筑層高對成本的影響與控制1.1建筑結構優化設計的基本理論建筑結構的優化設計主要體現在建筑工程的決策階段、設計階段、建設階段。在建筑工程的決策階段，確定結構優化設計所要達到的總體目標，滿足本體功能，最大程度保障安全性，縮減投資成本；在建筑工程的設計階段，確定每一個子系統及整體結構的優化布局；在建筑工程的建設階段，以結構優化設計為建設原則，組織建設好每一個子系統從而實現整體結構優化布局。決策階段結構優化選擇是關鍵，設計階段結構優化設計是核心，建設階段結構優化建設是基礎，3個階段互相驗證、互為補充、缺一不可。1.1.1對于地面以上部分減少層高可以減少所有結4、構柱、剪力墻等豎向構件的長度和體積；減少建筑的總高度、降低結構的總荷載，間接降低結構成本；降低上部結構所承受的地震力、風荷載，間接降低結構成本；1.1.2對于地面以下部分減少層高可以減少地下室土方開挖及運輸的數量、基坑支護的面積、基坑支護的單價；減少地下室底板及側壁的截面及配筋；減少抗拔樁、抗拔錨桿的費用；減少基坑降水的數量及費用；1.2建筑層高對成本的控制減少層高可以更好地滿足節能規范的要求、減少空調等設備的負荷量、減少后期空調等設備的運營成本。在滿足建筑功能的前提下，可以以各種技術措施減少層高。實際上，對于許多建筑，包括地下空間，規范或者客戶所真正關注的并不是建筑物的層高，而是使用空間的凈5、高。所以凈高的控制才是我們成本控制的關鍵。影響凈高主要有兩因素：1.2.1結構梁高對于結構梁高的設計，設計院通常的做法是取結構本身最經濟的梁高（一般為1/8-1/12的跨度），而實際上綜合各種成本因素，取值應較正常結構本身最經濟的梁高降低10%-30%，建議為1/12-1/18的跨度更加節約成本，就是說對于結構梁本身，梁高即使相對最經濟梁高減少，造成配筋加大了，但綜合上述的各種成本因素，總體成本還是節約的。即降低梁高要在降低層高，保證凈高的角度出發。當然也應該根據建筑本身的功能定位以及荷載取值來確定最為合理的梁高。1.2.2機電的管道空間設計院通常的做法是空調、電纜、水管各占一個標高，實際空間6、利用率很低。實際上可以要求設計院做每一層的綜合管線圖，來優化各專業管線的交叉布置和統一協調，采用綜合管線圖，對機電管線進行認真的優化設計后，對于地下室經常可以節省出近 200mm 的高度空間。如果能結合建筑的平面布局來布置次梁，給相關管線留下通路，即結構布置時就考慮管線的走向可能，就可以優化整體凈空。所以結構設計人員一定程度上也要熟悉設備專業的基本知識。2結構超限對成本的影響與控制2.1結構超限對成本的影響在超限高層中，總結結構超限的相關影響是非常有必要的。結構超限必然會增加結構成本，同時必然增加設計周期，延長開發周期。2.1.1總體造價與分析相對高層建筑而言，超高層建筑設計復雜，對項目設計及7、管理水平要求嚴格，因此設計、工程管理費用可能增加；配套設施建設費或會因建筑物層數不同而收費基準有異。超高層建筑造價增加主要體現在以下四個方面：項目整體設計與建筑標準；基礎及結構；屋面及外立面。2.1.2施工難度、成本分析，施工周期的長短100m和150m建筑的施工難度對于有經驗的特級施工企業來說沒什么區別，施工時垂直運輸的成本會有所增加，如果用滑動腳手架，則腳手架的每平方成本會有所下降，總的來說100m和150m建筑施工成本變化很少；施工周期會按比例相應的有所拉長，由于垂直運輸的時間加長，到頂部幾層施工的時間相應的會加長12天。結構超限不僅僅是結構高度的超限，還有高寬比、平面、立面的規則性等方8、方面面。高寬比是對結構剛度、整體穩定、承載能力和經濟合理性的宏觀控制的一個重要的指標。在設計初期，結構方案制定時有效的避免結構超限問題，至少不要因為結構專業的方案錯誤導致結構超限。在我的從業經歷中，有遇到過因為結構師設縫位置不合理，在大開洞邊上設縫，導致結構超限的案例，一定要在設計過程中避免。3 勘察要求及成果對成本的影響與控制一般來講勘察的費用僅占整個項目建設費用的很小一部分，但由勘察成果決定的基礎的成本卻占土建成本的相當大的比例，所以對勘察的要求和成果應該引起足夠的重視。對此，必須在初勘和詳勘階段對于以下問題予以重點把握：（A）初勘盡可能的做，并且初勘和詳勘最好不是同一單位，對于地塊較大的9、項目，勘察可以有兩單位同時進行，有利于最終成果的對比，擇優選用，利于成本的優化控制；（B）對于勘察成果，必須根據地方經驗或者相鄰工程經驗，對其成果的合理性進行判斷；（C）對于有地下室的項目，勘察要求需提供最高水位標高，優化地下室的抗浮和抗拔樁的設計，由于此數據有一定的風險，勘察單位往往不予提供。（D）對于地質情況比較復雜或者據特殊地質情況的項目，勘察布點要求可以適當提高甚至進行超前鉆。4地下室的設計地下室設計是建筑物結構設計成本控制的重要部分。地下室層高及柱網尺寸應結合停車、消防、人防等使用功能要求進行多方案比較后合理確定；地下室底板及頂板宜采用雙向板梁板結構，當地下室有防水要求時，底板厚不小10、于250 mm，側墻厚不小于250 mm，構件配筋宜采用長縱筋 +短縱筋布置方案，以節省鋼筋。地下室外墻土壓力應為靜止土壓力，土水分算或土水合算外側配筋。內側配筋滿足受力裂縫計算和構造要求即可，不必取與外側相同配筋。同時，還應重視找坡問題，地下室可考慮采用結構找坡方式解決排水坡度問題。同時還可以節省墊層找坡材料，并減少層高，節約成本，并不影響工程整體進度。結束語：隨著國民經濟水平的不斷提高，人們物質需求及市場價格變化使得建筑的成本攀升。從建筑工程建設表面看來，盡管設計費在建設工程全過程費用中比例不大，但對工程造價的影響可達75%以上，按我國現行的建筑工程造價構成分析，采用優化的設計方法可以使建11、筑工程造價降低6%-34%，結構方案的選擇與優化更直接決定工程的成本。因此，在對建筑結構設計中，必須合理的選擇建筑結構類型，加強建筑地基基礎、上部結構的設計，減少鋼用量，降低混凝土強度，同時各方面人員之間還應在建筑設計過程中建立良好的成本節約溝通，提高結構設計人員設計技術水平，從而在保證設計結構質量安全的前提下達到建筑結構設計成本優化的目的。參考文獻：1江文通.淺議建筑工程結構設計的成本優化措施.科學向導.2010. （67）：1452王瓊.淺談建筑結構設計方案與成本控制的關系.財經管理.2011.（09）： 1333劉阿倫.探討建筑結構設計成本控制及優化方法.科學導報.2012.（32）：65