單層門式鋼架結構工業廠房設計參數對造價的影響研究

皇甫琪

(太原市熱力設計有限公司，山西 太原 030000)

我國制造業一直處于長遠發展進程中，據行業預測，未來很長一段時間，產業的投資仍舊是增長趨勢，那么投資擴大的前提下，實現節約社會資本目的，優化規模效應與效果，就成為未來工業建筑行業可持續發展和經濟效益增長的關注點。結合當下的工業建筑造價管理工作分析，做好優化設計工作，是基于經濟視角滿足效益需求的重要途徑之一，且設計同樣是工程技術處理與經濟關系建設的重點工作節點，因此其就成為工程造價確認和控制工作開展要點。鑒于此，本次研究展開具有重要現實意義。

1 影響鋼架結構工業廠房造價的主要設計參數選擇

1.1 鋼架結構工業廠房的受力結構體系

本次研究中，重點主要圍繞廠房的受力結構與結構特征作探討，分析單層工業廠房建設中都涉及哪些施工參數，經過研究發現，該類廠房的受力結構整體比較復雜，包括橫向、縱向平面框架結構+屋蓋結構+圍護結構。

廠房的設計工作中，設計內容包括三種，分別是承重構建的結構設計，構件本身的設計以及構件的空間布置設計[1]。多項設計工作質量想要得到保障，做好廠房內部高度、伸縮縫及柱網布設工作，很有必要。與此同時，結合結構構件的建造條件與要求，針對廠房真實受力參數，廠房尺寸做好計算，更利于提升構件設計與構件連接設計工作開展的質量。

1.2 影響鋼架結構工業廠房造價的主要設計參數

1.2.1 滿足生產工藝要求的設計參數

為了提升廠房建設后的質量，與工藝生活需求相契合，設計人員在工作中，應該著重分析廠房后續用于生產時的具體工藝操作流程，對于設備的高度調研、生產需求分析，都需處理到位，才能確保后續廠房柱網平面布局更科學合理，對于廠房高度設計也更精準[2]。另外，在設計柱網平面時，還需將柱距的橫向數據、縱向數據整理清楚。整合來看，就是完成高度、跨度、柱距三項主要參數的設計工作[3]。

1.2.2 滿足經濟性要求的設計參數

為了保障廠房設計符合建筑施工經濟要求，當廠房的層高越高，建筑的整體強度標準會隨之更高，抗震等級設計隨之提升。當排除掉承重構件自身尺寸后，想要確保建筑高度更合理，必須針對內外墻、分隔構件尺寸、電氣、空調等垂直管道、管徑，也應該做適當高度提升工作[4]。單層工業廠房建設中，柱距是否居于合理范疇內，對于造價范圍是否合理具有很大影響。一般情況下，經濟柱距在7～9m之間，而柱距>9m后，建筑用鋼量數據會出現變化，尤其是吊車梁用鋼、墻架體系用鋼會增長，此時建筑造價必然隨之提升。構件生產中，單位面積用鋼量測算出現變化時，基本會在柱距發生改變后隨之改變。鋼梁與鋼柱的用鋼面積出現變化，也會受到柱距升高因素的影響。另外，廠房總計用鋼量下降影響因素，也包括柱距增加因素，當用量的大幅度下降后，會開始逐漸回升。

廠房跨度設計工作中，需要重點分析房屋的設計高度參數。柱高、荷載參數兩項數據確認之后，設計師需要加大跨度，雖然鋼架上的用鋼量變化不大，但可以將空間的利用優勢發揮出來，降低造價支出，優化整個建設廠房的綜合效益水平[5]。但是，廠房設計的檐高數據太高時，不得采納大跨度單跨鋼架設計方案。正確的做法是，將多跨度鋼架方案應用于廠房設計中，不僅可以將用鋼量節省16.7%，降低造價，對于綜合效益提升也有助益。

綜上而言，單層鋼架結構廠房設計工作開展中，重點做好建筑高度、跨度以及柱距這三項主要設計參數的處理工作十分有必要，如此才能真正了解其對于工程造價的具體影響，為工程造價節約提供支持，優化工程建造綜合效益。

2 設計參數變化對鋼架結構工業廠房造價影響的測算

2.1 工程概況

研究中選定的工程位于某市機場附近的廠房，為單層門式鋼架廠房。工程鋼架以變截面實腹為主，初始設計中，工程的檐口高度、柱距、跨度、外墻長度、寬度分別為13.1m、8.5m、32.0m、102.2m、64.2m，建筑面積達到了564.24m2。

2.2 研究假設

研究人員做工業廠房工程的單層門式鋼架結構設計時，設計參數分別為建筑高度、建筑柱距、建筑跨度三項，其中，高度浮動空間在1m左右，跨度及柱距需控制在經濟合理范圍內[6]。因此，本次研究中提出下列研究假設。

H1：建筑高度降低，會影響廠房單方造價降低。

H2：柱網布置為大柱距與大跨度時，對于廠房單方造價減低有利。

H3：對比跨度、柱距與建筑高度對單方造價的影響，前者的影響程度更大。

2.3 研究方案

2.3.1 研究方案設計

結合廠房項目設計參數的差異存在，本次設計方案共計9個。其中方案1～4中，建筑高度為變化值，柱距與跨度不變；方案5～7中，柱距為變化值，高度與跨度不變；方案7～9中，跨度為變化值，柱距與高度不變。為了在設計中確保廠房的施工功能不受影響，研究人員將方案5～9做了面積、外墻長度與寬度統一，分別設計為固定的5400m2、90m、60m。

2.3.2 結構分析和構件設計

上述研究方案確定之后，研究人員需要整合相關標準與規范，包括《鋼架結構設計標準》(GB 50017—2017)、《門式剛架輕型房屋鋼架結構技術規范》(GB 51022—2015)等，完成了9個方案的工程結構與構建設計工作。方案設計中，廠房的跨度、柱距與高度出現參數改變時，建筑主鋼架的中柱、邊柱、鋼梁、抗風柱等一系列受力構件，在尺寸上均需要做出匹配性的調整[7]。后續，主要應用了中國建筑研究院推出的PKPM-STS軟件完成多個方案的構建設計工作。

2.3.3 計量和計價

進行工程量計算時，主要使用廣聯達鋼架結構算量軟件(GLG2015)來完成計算過程，所有的計算流程及計算標準，均參考《房屋建筑與裝飾工程工程量計算規范》(GB 50854—2013)和《F市建設工程預算定額》(2012)中規定的內容去執行[8]。

3 設計參數變化對鋼架結構工業廠房造價影響的數據分析

3.1 設計參數變化對鋼材用量的影響

結合圖1所示，可以清晰觀察到廠房多項方案總單位面積的鋼材用量，可見單純考量跨度、高度、柱距三項參數中的一個參數，無法將用鋼量降低，必須做好三項因素的合理搭配[9]。分析圖1還可以發現，門式鋼架結構設計中，跨度變化出現了臨界值，一旦超出該臨界值，用鋼量將會顯著減少。

圖1 多項方案總單位用鋼量統計

3.2 設計參數變化對單方造價的影響

本次研究中，設計了工程造價方案，主要按照平方米和立方米兩種造價方案處理，如圖2、3所示。結合設計信息分析，比較單方造價分析，廠房跨度變化，屬于施工方向相同的變化，與之相比，柱距的變化則相反。廠房的高度變化，與單位評價造價之間相比，屬于同方向變化，而與之比較，單位立方米的造價計算數據大小則呈反比例。分析本次廠房設計中的單項因素變化情況可以發現，廠房設計的高度低，那么平方造價隨之降低，柱距設計高，則平方造價降低[10]。當廠房的設計跨度未超出30m時，那么平方造價隨之降低。當跨度持續增長時，造價則會開始逐步降低。分析三種參數的組合變化結果，廠房平方米造價最低的方案是1，廠房立方米造價最低的方案是5。

圖3 各方案立方米造價統計圖

綜合來講，基于單方造價的視角來看，大柱距、大跨度、低高度的建筑方案更利于降低廠房施工的單方造價額。

3.3 敏感性分析

工作人員在計算廠房建設工程造價時，需要提前將高度、跨度、柱距等會對造價變化形成影響的單項因素測試整理出來。一方面可以將會影響造價的參數敏感度統計出來，另一方面則可以將廠房設計的不確定因素確定出來，包括高度、跨度、柱距。評價指標設定時，可以選擇單位平方米來造價，提升敏感度系數的計算準確度，本次統計出的評價指標參數值分別為13.1m、9m、30m。

通過對工業廠房造價的三項影響因素做分析可知，參數與造價之間未形成線性關系。對每一項因素敏感度系數進行均值計算時，可以得出下列結果：

(1)

(2)

(3)

分析公式(1)、(2)(3)可知：

|E(跨度)|>|E(柱距)|>|E(高度)|

本次研究中，廠房造價設計的敏感性分析結果如圖4，可得出具體敏感度處理方案高度低于柱距，柱距低于跨度，那么就代表著假設方案H3符合事實，即方案成立。

圖4 三項參數敏感性統計圖

分析廠房設計數據后，可發現，高度、跨度、柱距三項數據會形成下述幾項影響。

一方面，在廠房設計中，單方造價高低，會與房屋的高度參數、跨度參數共同升高或降低。但與柱距參數變化升高或降低相反。

另一方面，廠房的設計高度增加，單平方的用鋼造價也會隨之增長，如高度+1m，則造價+(0.1-0.2)%。當廠房跨度未超出30m，那么-(10-15)m，則單平方造價-(4.0-4.5)%。此外，廠房柱距設計參數減少1.5m，那么單平方造價則會增加，增加幅度在(0.8-2.5)%。

4 結論與啟示

當跨度處于30m范圍內時，跨度逐漸增加，會導致用鋼量及造價金額增長，跨度居于30～32m之間，用鋼量及造價明顯降低。

注重把控跨度臨界點。跨度臨界點處，無論是用鋼量還是造價，均會產生較大的變化，因此為避免對廠房跨度及造價產生不良影響，必須充分做好臨界點的設計工作。