某多層智能電器制造鋼結構廠房優化設計過程中的造價分析

余濤，牛全睿，李唱唱，張議帆

（中機第一設計研究院有限公司，合肥 230601）

1 工程概況

某多層智能電器制造廠房占地面積33 137.64 m2，總建筑面積為60 658.24 m2，廠房建筑層數為3層，局部為單層和2層，建筑高度為23.875 m(室外地坪至廠房屋脊平均高度）。廠房結構形式為門式剛架結構及鋼框架結構，抗震設防烈度為7度。主體結構設計使用年限為50年，廠房屋面防水等級為II級。本建筑物生產的火災危險性及生產類別為戊類，耐火等級為二級。建筑行業建設項目設計規模為大型。其效果圖見圖1。

圖1 某智能電器制造廠房效果圖

原設計方案中鋼梁主要為熱軋H型鋼，鋼柱主要為箱形柱，墻面圍護結構為巖棉夾芯板加內板，窗戶主要為幕墻窗，屋面設計有防水透氣膜。

2 業主需求

業主在施工圖設計方案討論過程中希望能在原有設計方案的基礎上進行優化設計，在保證工程整體質量的前提下優化建筑結構設計，在結構方面合理減少用鋼量，在建筑方面合理優化，以期達到節省投資的目的。對于設計人員而言，對房屋建筑進行結構設計時，一定要注意在設計前期對優化技術的運用，從而降低成本，提升建筑的整體質量[1]。

3 優化過程

3.1 廠房主鋼構優化

3.1.1 用焊接H型鋼替代熱軋H型鋼

經過計算分析，原設計方案總用鋼量約為5 850 t，在其他條件不變的情況下，可采用焊接H型鋼替代熱軋H型鋼，大約能減少鋼材490 t。

3.1.2 廠房頂層采用H型柱加柱間支撐替代箱型柱，同時減小下層部分箱形柱壁厚

多層廠房頂層原方案采用箱型截面提供雙向剛度，現采用H型柱提供面內剛度，面外剛度采用設置柱間支撐的形式，但需要在每個縱向軸線設置4道柱間支撐。與此同時，下層的部分箱型柱壁厚能減薄。此方式合計減少用鋼量約320 t。

3.1.3 柱梁節點優化

通過減小箱型柱內隔板、梁柱連接加勁板的厚度等方式進行了柱梁節點的優化，減少用鋼量約30 t。

3.1.4 主梁采用變截面

原方案18 m跨度主梁為H1500 mm×350 mm×25 mm×28 mm，現一端改為H(1 500～1 000)mm×320 mm×25 mm×22 mm，中間改為H1 000 mm×300 mm×20 mm×22 mm，另一端改為H(1 000～1 500)mm×320 mm×25 mm×22 mm，減少用鋼量約120 t。

3.1.5 優化單層及二層柱梁截面

通過優化單層及二層柱梁截面，框架梁由HN700 mm×300 mm×13 mm×24 mm改為H700 mm×240 mm×12 mm×12 mm，箱型柱由口800 mm×500 mm×28 mm×20 mm改為口800 mm×500 mm×25 mm×18 mm等，減少用鋼量約60 t，具體優化前后主要柱梁截面對比詳見表1。

3.2 圍護結構優化

3.2.1 墻面圍護結構調整

廠房墻面面積約1.4×104m2（不含門窗和幕墻），由原墻面圍護結構巖棉夾芯板（0.8 mm外板+50 mm厚巖棉+0.5 mm內板）+內板調整為0.5 mm厚單層外板+75 mm厚保溫棉+0.35 mm厚單層內板，調整后可節省120元/m2，減少投資約168萬元。

3.2.2 墻面檁條優化

通過墻面單層壓型鋼板豎向排鋪，取消部分次檁條，優化墻面檁條布置，在不改變墻面檁條的寬度和截面高度的情況下，減小部分墻面檁條的厚度，由2.5 mm減小為2.0 mm，合計減少檁條約45 t，減少投資約36萬元。

3.2.3 屋面檁條優化

在不影響屋面板安裝以及安全的前提下，不改變屋面檁條的寬度和厚度，通過減小屋面檁條的截面高度，由250 mm減小為220 mm，減少檁條約10 t，減少投資約8萬元。

3.2.4 取消屋面防水透氣膜

原設計方案廠房屋面做法中有防水透氣膜，面積約為3.0×104m2，經與業主溝通，在不影響正常使用的情況下，取消屋面防水透氣膜，取消后可節省10元/m2，減少投資約30萬元。

3.2.5 玻璃幕墻窗優化

取消原設計部分玻璃幕墻，調整為普通窗，可節省造價。原設計玻璃幕墻面積約為2 400 m2，普通窗面積約為2 200 m2，原設計中部分玻璃幕墻可改為普通窗，修改后玻璃幕墻面積變為1 400 m2，普通窗面積變為3 200 m2，減少玻璃幕墻約1 000 m2，玻璃幕墻調整為普通窗后可節省350元/m2，減少投資約35萬元。

4 造價分析

通過對廠房主鋼構及圍護結構的優化，節約用鋼量及節省投資情況詳見表2，其中主鋼構單價按9 000元/t計算，檁條單價按8 000元/t計算。

表2 優化后造價分析表

根據優化過程，結合優化后造價分析表來分析得出，總用鋼量從原來的5 850 t減少至4 775 t，合計減少用鋼量1 075 t，減少比例約18.4%，用鋼量從原來的96.4 kg/m2降低至78.7kg/m2，節省投資1195萬元，優化后經濟效果顯著。在節省的投資中，廠房主鋼構優化后節省918萬元，占比約76.8%，圍護結構優化后節省277萬元，占比約23.2%，從中不難看出廠房主鋼構優化占主要部分，圍護結構優化占次要部分，故在鋼結構廠房建筑結構優化過程中應該更加側重主鋼構的優化。目前，該廠房已經投入使用，為業主節約了大量投資，取得了良好的經濟效益。

5 經驗總結

在建筑水平多樣化的時代背景下，要想在節約建筑成本與滿足實際需求中形成有效統一，就必定需要合理進行建筑結構優化設計。首先，建筑結構優化設計能夠在資源上節約成本的支出，發揮資源的最大功效；其次，建筑結構優化設計符合一定的經濟發展原理，對建設資金，建筑質量，設計理念都能做到合理優化；最后，建筑結構優化設計對于建筑行業的發展以及未來的經濟可持續性發展都發揮著至關重要的作用。

結構設計優化應貫穿項目設計階段及施工階段的始終[2]。本工程在項目設計階段從廠房主鋼構和圍護結構兩個方面進行了建筑結構優化設計，通過實際案例的分析能給類似工程項目提供一個設計優化的思路和方向，使建筑結構設計方案在經濟性上更具優勢，在發展理念上具有更趨合理，從而滿足工程的實際需求，達到期望的效果，贏得業主的認可。