建筑結(jié)構(gòu)選型的經(jīng)濟(jì)性考慮

許 歆

華夏水利水電股份有限公司荊堤房地產(chǎn)綜合開(kāi)發(fā)公司（434000）

0 引言

影響建筑結(jié)構(gòu)選型的因素很多[1]，例如建筑物的功能、建筑材料、施工技術(shù)水平、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論等等。《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]等多本建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中提到要:“貫徹執(zhí)行國(guó)家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，做到技術(shù)先進(jìn)、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量”。因此，經(jīng)濟(jì)性是建筑結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)中所必須考慮的一個(gè)重要因素，在結(jié)構(gòu)選型時(shí)應(yīng)該進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比選。

1 建筑結(jié)構(gòu)選型及其與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系

根據(jù)建筑物的功能要求方可進(jìn)行結(jié)構(gòu)的選型。如對(duì)于高層建筑，在選型上可以考慮框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)以及筒中筒結(jié)構(gòu)等，在用材上可考慮鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)等。

影響建筑結(jié)構(gòu)選型的因素很多,從建筑設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，結(jié)構(gòu)選型應(yīng)首先滿足建筑使用功能的要求,其次應(yīng)滿足建筑造型藝術(shù)的要求,最后還要適應(yīng)未來(lái)發(fā)展與靈活改造的需要;從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，結(jié)構(gòu)型式要符合現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范，要有正確的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)、先進(jìn)的結(jié)構(gòu)理論概念、合理的傳力途徑、合理的應(yīng)力分布、合理的破壞機(jī)制、抗風(fēng)的有效性與合理性、抗震的可靠性與安全性等;從建筑施工的角度來(lái)看，結(jié)構(gòu)選型要有利于建筑工業(yè)化、有利于施工操作、有利于控制質(zhì)量、有利于縮短工期、有利于節(jié)約造價(jià)；從建筑設(shè)備的角度來(lái)看，結(jié)構(gòu)要便于設(shè)備的安裝與檢修、便于管道、線路的布設(shè)與檢修，并能保證設(shè)備的正常運(yùn)行；從建筑材料的角度，結(jié)構(gòu)型式應(yīng)便于輕質(zhì)高強(qiáng)材料、新型建筑材料和組合結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用；從經(jīng)濟(jì)角度看，結(jié)構(gòu)選型應(yīng)能減少和降低單位面積的自重、單位面積的材料用量、單位面積的造價(jià)、單位面積的用工量。

對(duì)于大多數(shù)建筑物,工程造價(jià)中約有50%～70%用于結(jié)構(gòu)工程,而且結(jié)構(gòu)工程的施工工期也約占建筑物施工總工期的2/3左右。因此抓好結(jié)構(gòu)工程對(duì)于建筑工程建設(shè)的質(zhì)量控制、投資控制和進(jìn)度控制有十分重要的作用[3]。而結(jié)構(gòu)工程的關(guān)鍵在于結(jié)構(gòu)選型，選型不當(dāng),即使結(jié)構(gòu)計(jì)算很精確，也有可能給結(jié)構(gòu)的安全使用及耐久性帶來(lái)無(wú)法彌補(bǔ)的缺陷，以致延誤工期，提高工程造價(jià)。所以結(jié)構(gòu)選型對(duì)于結(jié)構(gòu)的全壽命優(yōu)化有著舉足輕重的作用。

建筑結(jié)構(gòu)體系的選型[4]通常要遵循一定的原則，它不僅考慮到建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建筑施工的要求，而且要從建筑設(shè)備安裝，結(jié)構(gòu)選材方面進(jìn)行考慮。最后還需考慮各種結(jié)構(gòu)體系的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。只有在結(jié)構(gòu)選型階段綜合考慮了以上各方面因素之后,才能為以后單體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ),才有可能使結(jié)構(gòu)全壽命設(shè)計(jì)達(dá)到一個(gè)相對(duì)最優(yōu)的滿意解。

2 結(jié)構(gòu)選型的綜合經(jīng)濟(jì)分析法

結(jié)構(gòu)型式對(duì)于投資控制和經(jīng)濟(jì)性的影響是錯(cuò)綜復(fù)雜的，例如,不但要考慮某個(gè)結(jié)構(gòu)方案付諸實(shí)施時(shí)的一次性投資費(fèi)用，還要考慮其全壽命期費(fèi)用；除了考慮以貨幣指標(biāo)核算結(jié)構(gòu)的建造成本外,還要從節(jié)省材料消耗和節(jié)約勞動(dòng)力等各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)衡量;而建設(shè)速度與一次性初始投資也具有密切關(guān)系，加快竣工速度可以較快地回收投資。因此，衡量結(jié)構(gòu)方案的經(jīng)濟(jì)性的手段是進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)分析，綜合多方面的因素來(lái)考慮的。

2.1 建筑工程直接費(fèi)用的綜合考慮

眾所周知，建筑工程的直接費(fèi)用主要由人工費(fèi)、材料費(fèi)、施工機(jī)械使用費(fèi)三部分組成,因此在一般條件下節(jié)省材料消耗量必將節(jié)省投資費(fèi)用。但是某些情況也不盡然。例如，平板空間鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)由于受力合理，和普通平面鋼結(jié)構(gòu)相比，每平米建筑面積的用鋼量可以有較大的節(jié)約。當(dāng)跨度為80 m及100 m時(shí),平板鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的每平米用鋼量分別約為46 kg及57 kg；而普通鋼屋架則分別約為125 kg及135 kg。但由于網(wǎng)架多采用鋼管,和一般平面鋼屋架采用角鋼相比每噸單價(jià)較高，而且又由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)多采用球節(jié)點(diǎn)，加工費(fèi)用較高，網(wǎng)架的制作安裝也較復(fù)雜。所以對(duì)于大跨度結(jié)構(gòu)，采用平板空間鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)肯定可以降低工程造價(jià),但對(duì)于跨度較小的情況，采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不一定比普通鋼屋架經(jīng)濟(jì)。在一般條件下，材料消耗的節(jié)約和勞動(dòng)力用量的節(jié)約是一致的。

2.2 材料、結(jié)構(gòu)方案的綜合考慮

新型建筑材料可能單價(jià)較高，但能給建筑物整體造價(jià)帶來(lái)好處。例如輕骨料混凝土，它的單價(jià)比普通混凝土高，但由于采用輕骨料混凝土后,結(jié)構(gòu)自重減輕而使基礎(chǔ)造價(jià)降低以及結(jié)構(gòu)斷面尺寸的減少可能有利于建筑物總造價(jià)的節(jié)約。這種情況常出現(xiàn)在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中。例如，某高層住宅工程為框架—剪力墻體系，地面以上15層，局部16層，層高2.7 m，建筑總高度44.2 m，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值120 kPa，采用陶粒混凝土預(yù)制大樓板,內(nèi)、外填充墻分別采用100mm及200mm厚的加氣混凝土砌塊，每層平均重量?jī)H為8.31 kN/m2，而一般框架—剪力墻體系的高層住宅每層平均重量約為12～13 kN/m2。因此該高層建筑采用天然地基箱形基礎(chǔ)，從而大大減少了基礎(chǔ)費(fèi)用。又如在一定跨度條件下密肋樓板與梁板結(jié)構(gòu)的比較。采用密肋樓板由于單位面積用鋼量較高以及模殼費(fèi)用較高,每平米建筑面積的造價(jià)可能高于普通梁板結(jié)構(gòu)，但由于采用密肋樓板后使結(jié)構(gòu)高度降低，因此可降低建筑物層高而帶來(lái)的綜合經(jīng)濟(jì)效益可能更大。

2.3 土地資源與能源的綜合考慮

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，資源的消耗也越來(lái)越嚴(yán)重，特別是土地資源,可利用土地面積正在以前所未有的速度大幅度減少，人多地少的矛盾已成為突出問(wèn)題。因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案經(jīng)濟(jì)性分析時(shí),不僅要考慮結(jié)構(gòu)方案的一次性投資費(fèi)用，而且應(yīng)盡量選擇節(jié)約土地資源的方案。

高層住宅結(jié)構(gòu)方案和多層住宅的結(jié)構(gòu)方案相比,造價(jià)高60%～100%，此外高層住宅在使用功能上及使用維護(hù)費(fèi)用上和多層住宅相比都占劣勢(shì)。但是全國(guó)許多城市尤其是人口密集的大中城市在近年來(lái)已積極建造高層住宅,其主要考慮因素是節(jié)約建設(shè)用地。

能源問(wèn)題已成為限制我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的又一大瓶頸。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)方案選擇時(shí)應(yīng)考慮節(jié)約建造建筑結(jié)構(gòu)所需的能源。節(jié)約生產(chǎn)能耗將越來(lái)越成為選用結(jié)構(gòu)材料及結(jié)構(gòu)方案的重要考慮因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，具有相同荷載能力的鋼筋混凝土構(gòu)件的總耗能值(包括原料采運(yùn)、冶煉、鑄造、拌和、澆筑、搗固直到使用前的總耗能值折算成石油消耗量)比采用鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件節(jié)省2/3左右。

我國(guó)建筑能耗約占全國(guó)總能耗的25%～30%,隨著人民生活水平提高，建筑能耗在我國(guó)總能耗中所占比例還將增加。根據(jù)國(guó)內(nèi)外分析，日常使用能耗占建筑總能耗的90%以上，因此建筑節(jié)能的重點(diǎn)為日常使用能耗,其中尤以采暖及空調(diào)耗能為主。因此在結(jié)構(gòu)選型中要重視建筑節(jié)能以達(dá)到建筑在使用過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。

2.4 建筑施工周期的綜合考慮

建筑工程由于投資巨大，施工周期一般較長(zhǎng)。結(jié)構(gòu)施工周期的縮短可以使整個(gè)建筑更早地投入使用，取得經(jīng)營(yíng)收入，同時(shí)還可以縮短貸款建設(shè)的還貸時(shí)間，從而減少還貸利息。因此，即使結(jié)構(gòu)方案的一次性投資費(fèi)用較高，但其施工周期短，也可能是經(jīng)濟(jì)的方案。眾所周知，鋼結(jié)構(gòu)的工程造價(jià)比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要高得多,但是鋼結(jié)構(gòu)也有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，其中，鋼結(jié)構(gòu)比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)縮短工期1/3～1/2，由此產(chǎn)生的時(shí)間效益對(duì)造價(jià)的補(bǔ)償不可低估。所以，在建筑結(jié)構(gòu)方案選型時(shí)應(yīng)考慮施工周期對(duì)整個(gè)建設(shè)成本的綜合影響。

2.5 結(jié)構(gòu)全壽命期費(fèi)用的綜合考慮

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的經(jīng)濟(jì)性分析時(shí),只考慮一次性投資費(fèi)用是不夠全面的。一幢建筑物在其整個(gè)使用壽命期內(nèi)還會(huì)發(fā)生其它費(fèi)用，如結(jié)構(gòu)的一般維護(hù)、維修費(fèi)用，災(zāi)后的重建費(fèi)用等等。而這些費(fèi)用的數(shù)額往往也是不容忽視的，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型時(shí)也應(yīng)予以考慮。例如，對(duì)于一幢高層建筑[5]，如果結(jié)構(gòu)方案采用鋼結(jié)構(gòu)，則由于鋼材易于銹蝕，在整個(gè)建筑物投入使用后,必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行定期的防銹蝕處理和維護(hù)，從建筑的整個(gè)使用壽命期來(lái)看，這一筆維護(hù)費(fèi)用的數(shù)額是巨大的。但如果結(jié)構(gòu)方案采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，則基本上不需要對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行維護(hù),從建筑的整個(gè)使用壽命期來(lái)看，基本上不存在發(fā)生于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的維護(hù)費(fèi)用。當(dāng)對(duì)類似的高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的選擇時(shí)，就要綜合考慮，權(quán)衡各方面利弊，從結(jié)構(gòu)的全壽命期來(lái)進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)分析，才能得出令人滿意的決策結(jié)論。

3 結(jié)語(yǔ)

任何國(guó)家的工程建設(shè)實(shí)踐都必須考慮提高投資的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)確定的建設(shè)方針是“適用、經(jīng)濟(jì)、安全、美觀”，把經(jīng)濟(jì)放在重要地位。在從經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)選型時(shí)需要全面地考慮,最終得到一個(gè)平衡多方面因素的最優(yōu)方案。

[1]葉浩波.高層建筑結(jié)構(gòu)選型影響因素分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2007,(13):153-154

[2]GB50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[3]田世宇.建設(shè)工程投資控制[M].北京:知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社,2003

[4]王湛.建筑結(jié)構(gòu)選型[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2009

[5]陳杰.論高層建筑結(jié)構(gòu)的選型[J].上海建材,2009,(15)