建筑結(jié)構(gòu)選型的經(jīng)濟(jì)性考慮
邵新毅

摘要：建筑結(jié)構(gòu)的選型與建設(shè)投資的經(jīng)濟(jì)性聯(lián)系緊密，選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)體系是決定建筑結(jié)構(gòu)是否合理、經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵。本文介紹了建筑結(jié)構(gòu)的類型、影響建筑結(jié)構(gòu)選型的因素、建筑結(jié)構(gòu)選型與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系，并且討論了如何對建筑結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行綜合性的經(jīng)濟(jì)分析，以期從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)選型時能得到一個平衡各方面因素的最優(yōu)建設(shè)方案。
關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)選型 影響因素 經(jīng)濟(jì)性
建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，由項目決策、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、場地環(huán)境、設(shè)計理念、結(jié)構(gòu)選型、構(gòu)造方式以及材料選擇等因素決定。而建筑的結(jié)構(gòu)體系的選擇是決定建筑結(jié)構(gòu)是否合理、經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，結(jié)構(gòu)工程師首要考慮的是結(jié)構(gòu)選型的問題。在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中提出：嚴(yán)格地貫徹、執(zhí)行國家的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)政策，既要做到技術(shù)先進(jìn)、確保質(zhì)量也要做到安全適用、經(jīng)濟(jì)合理。從這個規(guī)定可以看出：必須將經(jīng)濟(jì)性這個重要性因素在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型設(shè)計時考慮進(jìn)去，一定要要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)方案的比選。本文簡單的介紹了建筑結(jié)構(gòu)型式、影響建筑結(jié)構(gòu)類型的因素、建筑結(jié)構(gòu)選型經(jīng)濟(jì)性的意義，并且討論了如何綜合性的將經(jīng)濟(jì)分析考慮到建筑結(jié)構(gòu)選型中來。
1建筑結(jié)構(gòu)型式的選擇與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系
建筑物的結(jié)構(gòu)形式對于建設(shè)成本的影響可謂至關(guān)重要，不合理的、沒有經(jīng)過仔細(xì)推敲的結(jié)構(gòu)都會造成不同程度的浪費。建筑結(jié)構(gòu)的選型包含了大量的不確定因素，綜合性很強(qiáng)。綜合性表現(xiàn)在其與適用與經(jīng)濟(jì)的關(guān)系上。一般在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型時，要遵循以下原則：適應(yīng)建筑功能的要求、滿足建筑造型的要求、充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)自身的優(yōu)勢、考慮材料和施工的條件、盡可能降低造價。沒有選擇最佳的結(jié)構(gòu)體系肯定不能得到最為經(jīng)濟(jì)的建筑方案。例如，在中央電視臺的新建大樓的臺址的設(shè)計方案當(dāng)中，主樓的兩座塔樓在雙向上向內(nèi)側(cè)傾斜了6%，由L型的懸臂結(jié)構(gòu)在163m處連成一個整體。這樣的結(jié)構(gòu)美觀性得到了保證，卻由于過度的扭轉(zhuǎn)以及結(jié)構(gòu)的懸挑導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)安全性的降低，顯得很不合理、不科學(xué)。為了保證其安全性，增加了大量的投資，投資數(shù)額在50~100億元間，單方造價1~2萬元。又如為迎接奧運我國建造的鳥巢體育場，為了防止概率很小的“賽事遇雨”，花費了幾億多的昂貴投資安裝活動屋頂。這就不僅大大的增加了工程技術(shù)上的復(fù)雜性，也極大的降低了工程的經(jīng)濟(jì)性。由此可見不合理的進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的選型，是不能保證工程的經(jīng)濟(jì)性的。建筑結(jié)構(gòu)的選型必須從“結(jié)構(gòu)必須合理，造價盡量最低”的角度，同時也要結(jié)合我國的建筑工業(yè)當(dāng)下的發(fā)展水平進(jìn)行綜合性的考慮。考慮建筑設(shè)計時，選擇的結(jié)構(gòu)形式不僅僅需要滿足建筑使用功能的要求，還需要滿足如建筑造型藝術(shù)等的要求（主要指建筑美學(xué)藝術(shù)，包括建筑群及建筑所處環(huán)境的配合、建筑場地的地形地貌等），同時也要將適應(yīng)未來的發(fā)展和便于靈活的進(jìn)行改造考慮進(jìn)去；考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計時，在符合現(xiàn)行規(guī)范的前提下，選擇結(jié)構(gòu)型式首先要有正確、明確的結(jié)構(gòu)設(shè)計概念以及結(jié)構(gòu)理論概念；其次也要對合理的應(yīng)力分布和傳力途徑以及結(jié)構(gòu)破壞機(jī)制予以保證；最后抗震的安全性以及可靠性、抗風(fēng)的合理性和有效性也要得到滿足；項目施工方面，要將施工操作一體化、建筑工業(yè)化、對施工的嚴(yán)格控制、工程造價的合理壓低進(jìn)行綜合性的考慮；在選型時要考慮到建筑設(shè)備的選擇與使用。良好的選型要將管線的布置和檢修，建筑設(shè)備的安裝與檢修等綜合性的進(jìn)行考慮，使得施工時更加的方便和快速；在建筑材料方面，選型時要有利于將新型的建筑材料或是新型的組合體系的應(yīng)用，提高行業(yè)整體的水平；在經(jīng)濟(jì)方面，結(jié)構(gòu)選型要將單位面積的自重以及單位面積的材料用量盡量降低，對于單位面積的用工量和造價也要盡量降低。只有如上綜合性的進(jìn)行考慮，才能使建筑結(jié)構(gòu)選型具有“最經(jīng)濟(jì)性”。如坐落于香港的中國銀行的新大廈樓，建筑面積極大，有12.80萬平方米，層高有170層。大廈的主要設(shè)計師列茲-羅伯森設(shè)計出色，使得此大廈的鋼用量比在同等狀況下的普通結(jié)構(gòu)減少了40%左右，大大的節(jié)約了工程造價，經(jīng)濟(jì)性明顯提高。
2 綜合性的分析結(jié)構(gòu)選型的經(jīng)濟(jì)性
建筑結(jié)構(gòu)型式對于經(jīng)濟(jì)性以及投資的控制有著復(fù)雜的影響。結(jié)構(gòu)選型時不僅要將某個方案進(jìn)行實施時所需要的一次性投資考慮在內(nèi)，也要將其全壽命期所需要的費用考慮進(jìn)來；與此同時，核算結(jié)構(gòu)的建設(shè)成本時不僅僅要考慮通過貨幣指標(biāo)進(jìn)行，也要考慮到各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如減少勞動力和節(jié)省材料消耗等。所以，綜合多方面因素對建筑結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)分析是衡量結(jié)構(gòu)方案的手段之一。
2.1綜合性地考慮建筑工程的直接費用
建筑工程的直接費用，包括材料費用，人工費用以及機(jī)械使用費用三個部分，由此在一般情況下，節(jié)省了材料的消耗量，就能使投資費用大大減少，但是有些情況卻并不如此。例如，現(xiàn)有一受力合理的平板空間鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，每平方米建筑面積的用鋼量與普通的平面鋼結(jié)構(gòu)相比可以有較大的節(jié)約量。當(dāng)平板鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的跨度為80m和100m時，用鋼量約為46kg/㎡和57kg/㎡；而普通的鋼屋架的用鋼量則為125 kg/㎡和135 kg/㎡。但是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大多是采用鋼管，單位質(zhì)量的單價比一般的平面屋架采用的角鋼要多很多；同時，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制作安裝和球節(jié)點的采用也大大的增加了施工費用和制作成本。由此可以推出，大跨度的鋼結(jié)構(gòu)上使用平板空間鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與使用普通鋼屋架相比可以節(jié)約工程造價；但是對于跨度較小的結(jié)構(gòu)，采用普通鋼屋架結(jié)構(gòu)可能比采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更經(jīng)濟(jì)。
2.2綜合考慮材料、結(jié)構(gòu)方案雖然新型建筑材料單價較高，但是能夠有效地降低建筑物整體的工程造價。舉個例子，采用了單價比普通混凝土高的輕骨料混凝土，可以將結(jié)構(gòu)的自重降低，從而降低了基礎(chǔ)的造價，并且由于減少了結(jié)構(gòu)的斷面尺寸，節(jié)約了大量的材料，有利于節(jié)約建筑物總造價。某高層建筑為框架—剪力墻體系，在地面以上總有共15層，局部16層。地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值120kPa。每層層高2．7m，總高度為44.2m。樓板采用陶粒混凝土預(yù)制，內(nèi)、外填充墻采用加氣混凝土砌塊，厚度分別為100mm和200mm,每層平均容重為每平方米8.41KN，但是一般情況下結(jié)構(gòu)體系為框架—剪力墻的高層住宅，每一層的平均重量大約是12~13KN/㎡。因此，該高層建筑為了減少基礎(chǔ)費用應(yīng)采用天然地基箱形基礎(chǔ)。又如，在一定的跨度條件下，對于采用密勒樓板還是鋼梁結(jié)構(gòu)如何進(jìn)行取舍呢？經(jīng)過分析可知，密勒樓板的單位面積用鋼量和模殼費用與使用普通梁板結(jié)構(gòu)相比較高。但是從整體角度來看，由于使用密勒樓板后，結(jié)構(gòu)物的層高降低，能夠帶來相比之下更大的經(jīng)濟(jì)效益。
2.3將土地資源考慮到結(jié)構(gòu)選型中
土地資源和其它能源一樣，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展消耗的越來越快，最近幾年，我國土地的可利用面積正在大幅度減少，突出問題就是人多地少。所以，在分析建筑結(jié)構(gòu)選型的幾種方案的經(jīng)濟(jì)性時，不僅僅要將結(jié)構(gòu)方案的一次性投資費用考慮進(jìn)來，同時也要將盡量節(jié)約土地資源的問題考慮進(jìn)來。高層住宅作為結(jié)構(gòu)方案，其造價比多層住宅方案高60％-100％，而且高層住宅在維修費用和使用功能上都不占什么優(yōu)勢。但是考慮到要節(jié)約建筑用地，目前來看，全國許多城市尤其是那些人口密集的大中型城市已積極建造高層住宅。
2.4綜合考慮建筑施工周期
建筑工程的施工周期由于其投資巨大等原因，一般都較長。若是能使建筑物更早的投入使用，縮短施工周期，這就能盡早的取得經(jīng)營收入，同時也能將貸款建設(shè)的時間縮短，以減少所要歸還的利息。所以，縮短施工周期可以把一次性投資費用較高的結(jié)構(gòu)方案變成比較經(jīng)濟(jì)的方案。相比于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)的工程造價要多得多，但是其施工工期比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)短1／3—1／2，由此產(chǎn)生了可以補(bǔ)償造價的時間效益。因此，不能在建筑結(jié)構(gòu)選型時忽略施工周期對整個工程造價、成本的影響。
2.5綜合考慮結(jié)構(gòu)全壽命期費用
對建筑結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析時，不能夠僅僅考慮一次性的投資費用，還要將建筑物產(chǎn)生在整個使用壽命期間內(nèi)的其它如維修、維護(hù)費用或是受災(zāi)后重建所需要的費用考慮進(jìn)來。舉個例子，有一幢高層住宅，若是采用的結(jié)構(gòu)方案為鋼結(jié)構(gòu)，那么由于鋼材容易銹蝕等原因，要定期的對所有鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行防銹蝕處理和維護(hù)，從整個使用壽命期來看，這筆投資是巨大的。但是若是結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基本就不需要對其進(jìn)行維護(hù)，節(jié)省了整個壽命期的維護(hù)費用。從上面可以看出，要選出令人滿意的結(jié)構(gòu)方案，就要在結(jié)構(gòu)方案必須按時，綜合考慮，權(quán)衡利弊，綜合性的對其全壽命周期進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。
3結(jié)語
結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項綜合性技術(shù)工作，要將結(jié)構(gòu)分析和數(shù)學(xué)優(yōu)化方法，以及計算機(jī)技術(shù)集合在一起，實用性很強(qiáng)。針對傳統(tǒng)設(shè)計方法大大的浪費了現(xiàn)有資源的現(xiàn)狀，推行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法勢在必行。建筑結(jié)構(gòu)選型是結(jié)構(gòu)的靈魂，而經(jīng)濟(jì)性是影響結(jié)構(gòu)選型的重要因素。我們要貫徹實施 “適用、經(jīng)濟(jì)、安全、美觀”的建筑方針，把經(jīng)濟(jì)擺在首要地位，綜合考慮各方面因素，從而找出一個最優(yōu)建設(shè)方案。
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