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(duì)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(shí)能得到一個(gè)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(xiàng)目決策、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、場(chǎng)地環(huán)境、設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)工程師首要考慮的是結(jié)構(gòu)選型的問(wèn)題。在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中提出：嚴(yán)格地貫徹、執(zhí)行國(guó)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(gè)規(guī)定可以看出：必須將經(jīng)濟(jì)性這個(gè)重要性因素在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)時(shí)考慮進(jìn)去，一定要要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)方案的比選。本文簡(jiǎn)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(lái)。
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(duì)于建設(shè)成本的影響可謂至關(guān)重要，不合理的、沒(méi)有經(jīng)過(guò)仔細(xì)推敲的結(jié)構(gòu)都會(huì)造成不同程度的浪費(fèi)。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(shí)，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(shì)、考慮材料和施工的條件、盡可能降低造價(jià)。沒(méi)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(tái)的新建大樓的臺(tái)址的設(shè)計(jì)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(gè)整體。這樣的結(jié)構(gòu)美觀性得到了保證，卻由于過(guò)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(jià)1~2萬(wàn)元。又如為迎接奧運(yùn)我國(guó)建造的鳥(niǎo)巢體育場(chǎng)，為了防止概率很小的“賽事遇雨”，花費(fèi)了幾億多的昂貴投資安裝活動(dòng)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(jiàn)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(jià)盡量最低”的角度，同時(shí)也要結(jié)合我國(guó)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(jì)時(shí)，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(chǎng)地的地形地貌等），同時(shí)也要將適應(yīng)未來(lái)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(jì)時(shí)，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(jì)概念以及結(jié)構(gòu)理論概念；其次也要對(duì)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(xiàng)目施工方面，要將施工操作一體化、建筑工業(yè)化、對(duì)施工的嚴(yán)格控制、工程造價(jià)的合理壓低進(jìn)行綜合性的考慮；在選型時(shí)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(shí)更加的方便和快速；在建筑材料方面，選型時(shí)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(duì)于單位面積的用工量和造價(jià)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(guó)銀行的新大廈樓，建筑面積極大，有12.80萬(wàn)平方米，層高有170層。大廈的主要設(shè)計(jì)師列茲-羅伯森設(shè)計(jì)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(jià)，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(duì)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(shí)不僅要將某個(gè)方案進(jìn)行實(shí)施時(shí)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(fèi)用考慮進(jìn)來(lái)；與此同時(shí)，核算結(jié)構(gòu)的建設(shè)成本時(shí)不僅僅要考慮通過(guò)貨幣指標(biāo)進(jìn)行，也要考慮到各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如減少勞動(dòng)力和節(jié)省材料消耗等。所以，綜合多方面因素對(duì)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(fèi)用
建筑工程的直接費(fèi)用，包括材料費(fèi)用，人工費(fèi)用以及機(jī)械使用費(fèi)用三個(gè)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(fèi)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(shí)，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(jià)比一般的平面屋架采用的角鋼要多很多；同時(shí)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制作安裝和球節(jié)點(diǎn)的采用也大大的增加了施工費(fèi)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(jià)；但是對(duì)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(jià)較高，但是能夠有效地降低建筑物整體的工程造價(jià)。舉個(gè)例子，采用了單價(jià)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(jià)，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(jià)。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(fèi)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(duì)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(guò)分析可知，密勒樓板的單位面積用鋼量和模殼費(fèi)用與使用普通梁板結(jié)構(gòu)相比較高。但是從整體角度來(lái)看，由于使用密勒樓板后，結(jié)構(gòu)物的層高降低，能夠帶來(lái)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(lái)越快，最近幾年，我國(guó)土地的可利用面積正在大幅度減少，突出問(wèn)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(shí)，不僅僅要將結(jié)構(gòu)方案的一次性投資費(fèi)用考慮進(jìn)來(lái)，同時(shí)也要將盡量節(jié)約土地資源的問(wèn)題考慮進(jìn)來(lái)。高層住宅作為結(jié)構(gòu)方案，其造價(jià)比多層住宅方案高60％-100％，而且高層住宅在維修費(fèi)用和使用功能上都不占什么優(yōu)勢(shì)。但是考慮到要節(jié)約建筑用地，目前來(lái)看，全國(guó)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(zhǎng)。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(yíng)收入，同時(shí)也能將貸款建設(shè)的時(shí)間縮短，以減少所要?dú)w還的利息。所以，縮短施工周期可以把一次性投資費(fèi)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(jià)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(jià)的時(shí)間效益。因此，不能在建筑結(jié)構(gòu)選型時(shí)忽略施工周期對(duì)整個(gè)工程造價(jià)、成本的影響。
2.5綜合考慮結(jié)構(gòu)全壽命期費(fèi)用
對(duì)建筑結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析時(shí)，不能夠僅僅考慮一次性的投資費(fèi)用，還要將建筑物產(chǎn)生在整個(gè)使用壽命期間內(nèi)的其它如維修、維護(hù)費(fèi)用或是受災(zāi)后重建所需要的費(fèi)用考慮進(jìn)來(lái)。舉個(gè)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(duì)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(gè)使用壽命期來(lái)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(duì)其進(jìn)行維護(hù)，節(jié)省了整個(gè)壽命期的維護(hù)費(fèi)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(shí)，綜合考慮，權(quán)衡利弊，綜合性的對(duì)其全壽命周期進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。
3結(jié)語(yǔ)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)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(jì)算機(jī)技術(shù)集合在一起，實(shí)用性很強(qiáng)。針對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法大大的浪費(fèi)了現(xiàn)有資源的現(xiàn)狀，推行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法勢(shì)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(shí)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(gè)最優(yōu)建設(shè)方案。
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