浅谈结构设计优化对工程造价的影响

来源:期刊VIP网所属分类:城市规划发布时间:2012-02-20浏览:

工程造价的多少是决定建筑工程可行性的重要因素,工程造价的控制,应贯穿于整个工程建设的全过程。而建筑的结构设计对工程造价又有着非常重要的影响,在设计初级阶段节省投资的可能性一般都会大于施工开始后节约投资的可能性。可以说,结构设计和工程造价是个统一的整体,相互配合、相互促进。
  • 建筑结构设计与工程造价的关系
建筑结构设计是建设项目进行全面规划和具体描述实施意图的过程,是工程建设的灵魂,是科学技术转化为生产力的纽带,是处理技术与经济关键性环节,是具体实现技术与经济对立统一的过程,是确定与控制工程造价的重点阶段。工程造价是指工程从前期策划、可行性研究、方案论证、设计招标、工程实施以及实施中的管理等各环节所花费的总费用。在不同阶段工程造价所占的比例不同,据有关资料分析,投资决策阶段对整个项目造价的影响为75%~95%,设计阶段为35%~75%,施工阶段为5%~35%,竣工阶段为0%~5%。结构设计与工程造价的关系设计费一般只相当于建设工程全寿命费用的不到1%,但正是这少于的费用对投资的影响最高却达到75%,在单项工程设计中,建筑结构方案的选择及建筑材料的选用对投资都有较大影响。如结构设计中基础类型的选用、结构形式的选择、对于结构规范的理解应用等都存在着技术经济分析问题。
基础结构的造价与工程所在地的地质条件密切相关,其工期约占整个建筑物主体工程的25%-30%,造价约占总造价的10%-20%,基础工程的重要性显而易见。所以设计时应重视地质勘察报告的交底工作,选择合理的基础型式,控制基础的截面尺寸与埋深。如某城市两座相临的住宅楼工程,根据地质勘探资料,设计基础承载力及埋深相同,地面以上部分结构设计也相同,均为6层砖混结构,建筑面积3236m2;地面以下部分选用两种基础形式,1# 楼过于考虑安全性,设计选用了钢筋砼条形基础,C20砼浇筑, M10水泥砂浆、MU10砖砌筑,基础总造价为16.13万元。在2#楼设计中,将基础改为毛石条形基础,用MU20毛石、M10水泥砂浆砌,基础总造价为10.35万元。通过对比,基础建筑面积造价,1# 楼为49.86元/m2,2#楼仅为31.98元/m2。在两楼楼型、结构及使用功能相同的情况,地质条件满足安全使用的前提下,只将钢筋砼条形基础改为毛石条形基础,基础部分的造价减少了35.88%。这对整座住宅楼工程造价的控制起到了积极作用。
而且建筑的结构设计不仅影响项目建设的一次性投资,而且还影响使用阶段的经常费用,如暖通、照明的能源消耗、清洁、保养、维修费等。可以说,结构设计首要任务是实现建筑功能的需求,保证其舒适度,使建筑更有生命力。
  • 优化设计的内涵和现状
随着时代的发展,对工程结构的要求愈来愈高,结构设计要考虑的因素也愈来愈多,用传统设计的方法已难以解决复杂结构的设计问题。在这种情况下,采用符合现代化的结构优化的理论和方法则是社会发展的必然。而结构优化设计是近二十余年以来发展起来的一门新技术。目前,结构优化设计的发展正对结构设计产生重大影响。一个建筑方案产生后,结构从选型和布置开始就存在优化与否的问题,再加之后续每一道工序的精心设计、准确计算、合理选用等全过程的优化设计才能产生优化的结构。当前,在无成熟的优化设计分析软件的情况下,主要是应用建筑结构分析软件,采用人工分析进行调整,运用概念设计的方法对不同的结构选型和布置不断的进行方案分析比较,以获得比较理想的结构方案。
建筑结构的优化设计并不是简单的用降低结构的安全度来换取经济效益,也不仅仅是对由于设计人员的相对保守而做出的修改。真正的优化设计在节省了工程费用的同时,不仅没有降低原设计的安全度水平,反而由于结构方案趋于合理,使之更为可靠。优化设计是在保证结构安全的前提下,通过设计人员自身的概念、经验、悟性、判断力和创造力对结构方案进行优化,以控制工程造价,满足投资方的经济要求,或在造价基本不变的情况上,增加建筑物的使用面积、改善建筑物结构的使用功能等。
三、优化建筑结构设计,节约工程造价,健全相关机制
目前我国大多数设计单位和建造施工单位是不同的两个机构,设计过程与施工进程也是截然分割开来。这种模式缺乏在一个主体下的有效控制,协调成本高,难以发挥设计的主导作用。设计与施工脱节,往往造成施工的返工、窝工现象,提高造价。而采用设计和建造联合承包体的形式,则有利于承包商从设计、施工整体上考虑和处理工程问题,有利于进行设计方案的优化,更能好的配合和设备、材料采购和施工的关系,对整个工程的造价进行有效的控制。另外,有关部门要对设计成果进行考核和评价对方案的经济性进行评估,加强管理设计市场,杜绝越级、无证、借用设计。由于设计工作的特殊性,不同的项目有不同的特点,应针对不同项目的设计成果,工程造价制定明确的考核指标。同时还要引入必要的设计竞争机制,使设计单位为提高竞争力,在内部管理上把设计质量同个人效益挂钩,促使设计人员加强经济观念,把技术与经济统一起来,并和造价工程师一起把关,减少因结构设计产生的工程项目造价偏高的现象。
四、选择合适的结构类型
不同的结构形式的工程造价是不同的。对于建筑而言,剪力墙结构是采用较多的结构形式,根据《高层建筑混凝土结构技术规程》规定抗震设计时,短肢剪力墙的抗震等级应比相应的剪力墙的抗震等级提高一级采用,所以在平面布置上应尽量减少短肢墙的数量,相应地减少构造钢筋的用量。框架结构的特点是开间大、灵活性好、抗震性能较好,造价较低,但由于柱截面大于隔墙厚度而造成柱角外凸,影响家具的布置和美观,有时由于建筑中房间分隔的不规则性又造成柱网的难以布置。框架——剪力墙结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙。它是高层建筑中应用比较广泛的一种主体结构型式。其特点是平面灵活,适用性强,结构合理,能使框架、剪力墙两种有不同变形性能的抗侧力结构很好地协同发挥作用。另外,由于异形柱无外露柱角能够取得较好的室内效果,近年来在高层建筑中异形柱框架——剪力墙结构使用较多。采用异形柱后对结构整体受力性能影响不大,但对加强结构空间整体性、提高结构抗风、抗震性能是有利的。但异形柱较普通矩形柱的变形能力低,节点抗震性能不好,易致脆性破坏延性小。随着时代的发展和人们生活水平的提高,原来建造的小开间剪力墙体系建筑在建筑功能上的局限性变得日益明显。因此大开间剪力墙应运而生。室内一般无承重的横墙和纵墙,可以按照住户的不同要求灵活分隔,随着家庭的变化还可重新布置。短肢剪力墙墙肢截面高度与厚度之比为一的剪力墙介乎于异形框架柱和一般剪力墙之间,由于这种结构体系在建筑功能、结构形式、投资效益、节能指标等多方面效果良好,是高层建筑的主要结构形式。
抗震设计经济化对高层建筑结构造价的影响最大的是水平荷载的作用,而水平荷载除风载以外,主要就是地震荷载。对于有抗震要求的建筑物,其抗侧力机构的选择和应用成为控制建筑结构造价的重点所在,随着建筑物层数的增大,抗侧力结构体系造价迅速增加。所以,合理有效地选用抗侧力机构,对结构造价非常重要。对于一个结构,从设计一开始,设计人员就应把握好地震能量的输入,房屋的体型,结构体系、刚度分布、构件延性等几个方面,从根本上把握抗震中的薄弱环节,再辅以必要的计算和构造措施,才有可能使设计出的高层建筑既有良好的抗震性能和抗震可靠度,同时又做到经济节约。
结构方案优化设计是一个系统工程,它真正体现了事前控制的思想,能起到事半功倍的效果,达到花小钱办大事的目的。只要我们严格遵守“经济、实用、合理”的原则,认清优化设计在造价控制中的重要性,确定合理目标,积极创造适宜条件,主动采用科学的控制方法,就一定能搞好设计阶段的造价控制。
 
参考文献
  1. 史芳   《房地产开发过程中工程造价的有效控制》住宅科技 2003
  2. 何新华 《设计阶段建筑结构系统造价的优化分析》 建筑科学 2000
  3. 王光远  《结构选型的智能优化设计进程研究》   同济大学出版社 2001
  4. 姜慧,吴强  《工程造价》               水利水电出版社   2006

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