建筑結構設計階段優化工程成本的方法及對策

秦志生

（北京科技建筑設計院有限責任公司一院，北京 100020）

0 引言

根據相關研究資料可以發現，在一個建筑工程項目之中，設計費用所占的比例大部分不超過1%，但是若根據相應的設計，獲取到的決策并無任何錯處，那么對于整個工程的成本影響可以達到70%。由此可見，控制成本的最佳環節，就是結構設計階段，在結構設計階段將成本優化工作做好，可以達到事半功倍的效果[1-2]。本文對建筑結構設計階段工程成本控制的技術方法進行分析，并探討關于優化成本的方法和對策。

1 價值工程理論應用于設計優化

項目的造價成本與投資控制貫穿了工程的全過程，而對整個項目造價影響高達35%~75%的設計階段無疑是工程造價的控制重點。為了有效控制工程造價，可以將價值工程理論應用于設計優化。價值工程理論是以最低成本實現必要功能，是提高產品或是作業價值的科學方法。其基本內涵為V=F/C，這是功能與成本的關系式。其中V代表的是價值，即產品給企業或是用戶帶來的經濟利益的流入，而產品自身的價值則是產品功能與成本的綜合反映；C代表的是成本，包括產品生產時企業的制造成本和用戶消費時的使用成本；F代表的是功能，即用戶消費產品感知到的使用價值。

根據價值工程理論的功能與成本公式可以看出，由于V只與F、C有關，通過降低成本提高效益，即提高V的數值，有5個途徑：

（1）F不變，降低C；

（2）C不變，提高F；

（3）F提高，降低C；

（4）提高C，F得到的提高大于C的提高；

（5）F降低，C降低幅度大于F。

不難理解，價值工程理論的核心就是尋找功能與成本的最佳組合點，以達到價值最高。將價值工程理論具體運用于建筑結構設計中，即要想降低造價以最大幅度提高經濟效益，必須在建筑結構設計階段推行價值工程，找到功能與成本的最佳組合點。事實證明，在建筑結構設計階段利用價值工程可以避免設計中的諸多問題，對于工程造價，可節約5%~15%，某些工程中，甚至可以高達35%[3]。

2 建筑結構設計階段成本控制的主要技術內容

總體來說，主要是參考國家及地方結構設計規范、標準以及相關的技術措施，從而提出建筑結構成本控制的技術內容[4-5]。

2.1 控制層高

2.1.1 控制地下室層高

地下室層高直接影響地下室基坑開挖的土方量及基坑支護面積與單價，并影響其他方面的成本（如豎向構件、水壓力、設備及運營等）。根據以往的工程經驗，地下室每加深100mm，增加成本約30元/m2。

2.1.2 控制地面以上層高

可以通過降低墻、柱的總體高度來控制地面以上層高，選擇適合的梁，如寬扁梁、變截面梁、無梁樓蓋等來達到降低層高的目的。選取合適的梁高，結構梁布置與管線布置平行同樣也可以達到控制層高的目的。

2.2 控制建筑高寬比

抗震超限的審查范圍不包括高寬比，但是高寬比對于一個建筑來說卻非常重要，它的超限程度直接影響著建筑結構成本。建筑高寬比越大，風荷載和地震荷載對建筑物產生的傾覆力矩就越大，當然為了保證結構安全，需要采取的相應措施就越多，從而導致建筑工程造價增加。某工程建筑物高寬比超限與造價影響如表1。建筑物的高寬比不建議超過表2所列最大值。

表1 某建筑物高寬比超限與增加造價

表2 鋼筋混凝土高層建筑結構的最大高寬比

2.3 控制剪力墻的布置

2.3.1 布置原則

布置剪力墻的時候整體遵循“均勻、分散、對稱、周邊”的布置原則，盡量布置在兩端或周邊，減少布置或盡量不布置內部和中間位置。

2.3.2 剪力墻數量

對于純剪力墻結構來說，層間位移比一般控制在1/1000，剪力墻截面面積與樓層建筑面積之比如表3所示。

表3 布墻率

2.3.3 控制剪力墻長度

剪力墻的長度直接影響工程造價。太長會造成結構成本增加，又使地震力增加；太短則結構抗震性能不好，構造配筋成倍放大，成本增大。工程經驗如下：（1）剪力墻長度宜為寬度的8倍+100mm；（2）翼墻設計長度通常取墻厚的3倍。

2.3.4 控制剪力墻的厚度

剪力墻的厚度計算應嚴格按照《高層建筑混凝土結構技術規程》（DB J15-92-2013）規定確定。

2.4 控制梁的布置與配筋

十字梁通常適合于承受荷載較小的上部樓層，井字梁通常適合于承受荷載較大的地下室頂板。如：8.5m×8.5m 柱網下，井字梁的造價比十字梁造價增加16%~22%；廚房、衛生間等部位的短墻下不設梁；梁頂貫通鋼筋應采用小直徑鋼筋。住宅標準層梁寬為200mm 或250mm 時，梁支座負筋采用小直徑鋼筋，角筋兼做通長筋，減少搭接；主次梁相交處不用布置吊筋，一般用加密箍筋就夠了。

2.5 控制樓板的厚度

住宅項目中，樓板的主要作用有以下幾點：

（1）承受水平方向的豎直荷載；

（2）墻、柱水平方向的支撐及聯系桿件；

（3）保持墻柱的穩定性；

（4）承受風載和地震作用引起的水平荷載；

（5）傳遞水平荷載給墻、柱，再由墻、柱并傳給基礎。

針對樓板的重要作用，在設計板厚時應依據板的跨度、荷載狀況初選跨度的1/40左右，必須符合《混凝土結構設計規范》（GB 50010-2010）中各種用途房屋樓板的最小厚度要求。在結構設計時，應細化樓板的厚度，建議按表4取值。

表4 實際工程參考樓板厚度

2.6 合理選擇混凝土強度等級和鋼筋材料

一般混凝土強度等級每提高一級，價格增加15~35元/m3。混凝土強度等級越高，價格增加越多，每增加一級，單價提高5%~8%。選擇鋼筋材料時盡量采用高強鋼筋，高強鋼筋構造配筋率低。實際工程中，建議HRB400級螺紋鋼用于結構墻、柱、梁；樓板鋼筋優先選高強、高延性CRB600H級鋼筋。

2.7 優先選用天然地基或采用復合地基

地基關系到樁基的配筋，從而影響工程的造價。設計時優先選用天然地基，尤其是淺基礎。因為天然地基上的淺基礎造價低廉、施工方便、施工速度快。當天然地基的變形和承載力不能滿足時，則應考慮復合地基。

3 建筑結構設計階段優化成本的方法與對策

3.1 運用價值工程優化設計方案

價值工程又稱價值分析，以提高產品價值為中心，對其各項功能進行分析評價，使之以最低的總成本，實現必要的功能。建筑設計中如何將工程項目的功能要求與投資有機結合，根據工程的實際情況，既不單純追求降低成本，也不片面追求提高功能，而是力求提高功能與成本的比值，獲得最佳的設計方案，價值工程作為一種相當成熟而又行之有效的管理辦法，在許多國家的工程建設中得到了廣泛應用。

3.2 優化建筑結構基礎設計

眾所周知，地基是建筑工程的重中之重，有了好的基礎，才能實現高樓聳立。那么在結構設計中，地基結構設計會影響到整體設計效果，進而影響整體工程的成本。所以，在設計過程中，要想優化成本，就必須要優化基礎設計。這就需要設計人員對建筑力學以及結構形式等方面進行綜合系統的分析，同時結合地基周圍環境，開展調研工作，在充分了解實際情況之后，再合理優化基礎設計，這樣才能獲取最優化的地基設計結構。

3.3 優化結構設計造價

當前，人們的審美水平在提高，對建筑結構的不規則和復雜性有一定的需求，這類需求的設計會影響成本的控制。如果要優化成本，設計者就要明確具體影響成本的因素，如結構體系、傳力途徑、構件形式、建材選用等，都關系到工程造價。對此，設計人員需要全面掌握結構設計理論和材料性能與價格體系，在使建筑結構本身穩定性得到保證的前提下，滿足業主需求的同時最大化降低成本。

3.4 選用靈活的結構形式

成本的優化與結構形式的選擇直接相關，若結構形式過于笨重，后續對于一些施工材料的需求會耗費更多的成本。因此，靈活選用結構形式十分關鍵。例如，現階段很多樓房的層數在6層以下，那么在設計之初，選取混合結構，就可以保證后續應用最少量的鋼筋混凝土，滿足建筑強度要求的同時，還能最大化降低成本；針對一些高層建筑，整體層數超出了6層，那么就要側重于復雜的結構形式，但是需要特別注意一點，一旦選定了某種結構形式，即不可隨意更改。現階段，最受人們青睞的結構類型就是框架結構，可以根據具體的建筑類型，選取異形柱或者是矩形柱等。

4 結束語

總之，在整個建筑工程的建設過程中，成本控制貫穿其首尾，但根據大量的分析可以發現，對成本起到最重要作用的是結構設計階段。為了最大化優化工程成本，保證設計質量，同時為后續的施工保駕護航，必須從結構設計階段進行著手：在開展設計之前，就融入優化成本的理念；在設計的過程中，結合優化成本的方法，落實后續施工中的種種考慮，選取最具科學合理的結構形式；在結構設計最后階段，仍然要開展系統的審核工作，避免出現問題，導致后續成本增加。設計人員也要不斷提升自身的設計能力，學習并掌握更多成本優化技能，才能確保在最初的建筑結構設計階段，更好地優化成本，為后續的施工建設奠定堅實的基礎，控制整體的成本，最終促進建筑企業持續穩定發展。