試論優化結構設計對成本控制的影響

摘 要：結構成本是整個設計階段成本中的重中之重，因為結構成本往往因為規劃和設計方案的好壞出現很大的波動。文章將淺談結構設計優化對成本控制的作用。如何降低工程成本、增加行業利潤，是每一個建筑行業人關注的問題。結構成本是整個設計階段成本管理中的重中之重，可以這樣說，建設項目前期的設計階段影響整個項目的可能性在80%以上。其中，結構成本占到建設成本的40%至60%。很多建筑結構設計做的并不精細。通過降低成本以求提高效益是建筑行業共同追求和努力的目標之一，而結構成本的控制是建筑行業成本控制的關鍵。

關鍵詞：結構成本；設計優化；造價控制

結構設計是在建筑平面布置及建筑立面表現的基礎上，根據國家或地方現行規范、規程、圖集等，通過結構荷載計算、荷載效應組合及各種荷載共同作用下結構的內力分析，最終確定結構體系、結構構件的尺寸、基礎尺寸及其材料類型和材料強度等的過程。結構設計是工程設計中降低成本相當大的一個環節。結構專業的優化設計，不能夠以犧牲結構安全度和抗震性能來換取經濟效益，而是以結構理論為基礎，以工程經驗為前提，根據對結構設計規范實質內涵的理解和靈活運用，還要以先進的結構分析方法為手段，對設計進行更合理的調整、改善與提高，對成本進行審核和監控，是對結構設計深化再加工的過程。結構成本控制必須貫穿整個設計和策劃的全過程，包括前期論證及策劃階段的地質情況調查、規劃階段的初勘、方案階段的結構介入、施工圖階段給設計人員灌輸工程成本意識以及施工圖配合階段變更、簽證的管理。其技術關鍵要點主要體現在下面幾方面：（1）控制層高在滿足建筑立面和使用凈高的前提下，減少層高不僅可以減少豎向構件的長度和體積，同時還可以減少基礎等土建成本和外裝、設備及運營成本。對于一般中檔房屋來講，層高每減少100mm，成本可減少30～40元/m2，地下室還會更高些。減少層高可以通過結構專業控制梁高、設備專業每層綜合布線來實現。某些部位還可以采用變截面梁或在梁中預埋套管等措施來保證樓層凈高的要求。（2）控制高寬比建筑高寬比越大，主體結構抗傾覆力矩也越大，安全所需抗側力構件（剪力墻）便越長，由此便會增加結構成本。控制高寬比成為了結構優化設計的顯著環節。（3）優化梁的布置及配筋方式，樓蓋造價占結構總造價的9%～13%，其重量占整個房屋重量的22%左右。梁屬于樓蓋的一部分，其布置直接影響著板的受力情況和配筋，合理布置梁也成為了控制造價的關鍵。對于常見的8.1m×8.1m～9.0m×9.0m柱網，標準層等承受荷載較小的樓板優先考慮平行梁或十字梁，其大概綜合成本（計算鋼筋的數量、混凝土的數量和模板的數量）會比井字梁低10%左右，而對于地下室頂板等承受荷載較大的樓板應選用井字梁，以滿足協調受力、保證凈高的要求。同時，可以取消那些小跨度樓板下部為支撐上部較短填充墻而設置的小梁（如廚房、衛生間等），因為樓板本身足以承載那些填充墻，不需要單獨設梁，這樣梁減少，成本降低，空間也變好。在大跨度框架梁配筋方面，應避免上部粗大鋼筋全梁貫通，盡量采用較小直徑鋼筋配置，這樣可以有效節省框架梁的鋼筋用量。（4）控制樓板厚度，樓板厚度直接影響著結構荷載，20mm厚樓板自重約占標準層總荷載3.3%，厚度增加，荷載加大，梁、墻、基礎均會加大，成本也隨之增加。同時，對于標準層較小樓板來講，配筋均按最小配筋率來要求，樓板厚度增加反而配筋增大，所以實際工程設計時樓板厚度也是一個降低成本的控制要素。

2004年7月，鳥巢沒有通過全國超限高層建筑工程抗震設防審查專家委員會的“抗震設防審查”。專家認為：可開啟、滑動式的鳥巢屋頂不但耗費大量鋼材，而且會是場館承重大大增加，給場館帶來可能的安全隱患。鳥巢每平米的用鋼量達到500公斤，總的用鋼量接近5萬噸。這是一個非常超標的用鋼量，2000年悉尼奧運會的平均用鋼量僅為30公斤每平米。鳥巢的施工方案將直接造成造價高、施工難度大等不良后果。因此，降低鳥巢的結構自重勢在必行。鳥巢經過相關論證及結構優化調整，用鋼量從約5萬噸降到約3.5萬噸，總投資預算從最初設計階段的38億元減少到31.3億元，節省了6.7億元。優化之后的鳥巢仍然是鳥巢，因為設計修改中最重要的原則就是保持鳥巢基本的設計理念不變。

總之，由于成本控制的不確定因素很多，想在不同的項目上應用同一種管理手段、方法進行成本管理是不可能的，也是不現實的。但在設計階段對結構設計進行優化，從而降低成本，這是可以實現的。

參考文獻

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作者簡介：張英健（1972，5-），男，漢，大專，工民建專業，中級職稱，1991年9月-1993年7月齊齊哈爾建設大學，1993年9月-2003年3月嫩江農墾建設科科員，2003年3月至今九三局建設局工程師。