建筑結構選型的經濟性考慮
邵新毅

摘要：建筑結構的選型與建設投資的經濟性聯系緊密，選擇合理的建筑結構體系是決定建筑結構是否合理、經濟的關鍵。本文介紹了建筑結構的類型、影響建筑結構選型的因素、建筑結構選型與經濟性的關系，并且討論了如何對建筑結構選型進行綜合性的經濟分析，以期從經濟角度出發，在進行建筑結構選型時能得到一個平衡各方面因素的最優建設方案。
關鍵詞：建筑結構選型 影響因素 經濟性
建筑結構的經濟性，由項目決策、建設標準、場地環境、設計理念、結構選型、構造方式以及材料選擇等因素決定。而建筑的結構體系的選擇是決定建筑結構是否合理、經濟的關鍵，在進行建筑結構設計時，結構工程師首要考慮的是結構選型的問題。在《混凝土結構設計規范》中提出：嚴格地貫徹、執行國家的技術和經濟政策，既要做到技術先進、確保質量也要做到安全適用、經濟合理。從這個規定可以看出：必須將經濟性這個重要性因素在進行結構選型設計時考慮進去，一定要要進行經濟方案的比選。本文簡單的介紹了建筑結構型式、影響建筑結構類型的因素、建筑結構選型經濟性的意義，并且討論了如何綜合性的將經濟分析考慮到建筑結構選型中來。
1建筑結構型式的選擇與經濟性的關系
建筑物的結構形式對于建設成本的影響可謂至關重要，不合理的、沒有經過仔細推敲的結構都會造成不同程度的浪費。建筑結構的選型包含了大量的不確定因素，綜合性很強。綜合性表現在其與適用與經濟的關系上。一般在進行結構選型時，要遵循以下原則：適應建筑功能的要求、滿足建筑造型的要求、充分發揮結構自身的優勢、考慮材料和施工的條件、盡可能降低造價。沒有選擇最佳的結構體系肯定不能得到最為經濟的建筑方案。例如，在中央電視臺的新建大樓的臺址的設計方案當中，主樓的兩座塔樓在雙向上向內側傾斜了6%，由L型的懸臂結構在163m處連成一個整體。這樣的結構美觀性得到了保證，卻由于過度的扭轉以及結構的懸挑導致了結構安全性的降低，顯得很不合理、不科學。為了保證其安全性，增加了大量的投資，投資數額在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上的復雜性，也極大的降低了工程的經濟性。由此可見不合理的進行建筑結構的選型，是不能保證工程的經濟性的。建筑結構的選型必須從“結構必須合理，造價盡量最低”的角度，同時也要結合我國的建筑工業當下的發展水平進行綜合性的考慮。考慮建筑設計時，選擇的結構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等的要求（主要指建筑美學藝術，包括建筑群及建筑所處環境的配合、建筑場地的地形地貌等），同時也要將適應未來的發展和便于靈活的進行改造考慮進去；考慮結構設計時，在符合現行規范的前提下，選擇結構型式首先要有正確、明確的結構設計概念以及結構理論概念；其次也要對合理的應力分布和傳力途徑以及結構破壞機制予以保證；最后抗震的安全性以及可靠性、抗風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、建筑工業化、對施工的嚴格控制、工程造價的合理壓低進行綜合性的考慮；在選型時要考慮到建筑設備的選擇與使用。良好的選型要將管線的布置和檢修，建筑設備的安裝與檢修等綜合性的進行考慮，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用，提高行業整體的水平；在經濟方面，結構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行考慮，才能使建筑結構選型具有“最經濟性”。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。大廈的主要設計師列茲-羅伯森設計出色，使得此大廈的鋼用量比在同等狀況下的普通結構減少了40%左右，大大的節約了工程造價，經濟性明顯提高。
2 綜合性的分析結構選型的經濟性
建筑結構型式對于經濟性以及投資的控制有著復雜的影響。結構選型時不僅要將某個方案進行實施時所需要的一次性投資考慮在內，也要將其全壽命期所需要的費用考慮進來；與此同時，核算結構的建設成本時不僅僅要考慮通過貨幣指標進行，也要考慮到各項經濟指標如減少勞動力和節省材料消耗等。所以，綜合多方面因素對建筑結構選型進行綜合經濟分析是衡量結構方案的手段之一。
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，人工費用以及機械使用費用三個部分，由此在一般情況下，節省了材料的消耗量，就能使投資費用大大減少，但是有些情況卻并不如此。例如，現有一受力合理的平板空間鋼網架結構，每平方米建筑面積的用鋼量與普通的平面鋼結構相比可以有較大的節約量。當平板鋼網架結構的跨度為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/㎡。但是網架結構大多是采用鋼管，單位質量的單價比一般的平面屋架采用的角鋼要多很多；同時，網架結構復雜的制作安裝和球節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，大跨度的鋼結構上使用平板空間鋼網架結構與使用普通鋼屋架相比可以節約工程造價；但是對于跨度較小的結構，采用普通鋼屋架結構可能比采用網架結構更經濟。
2.2綜合考慮材料、結構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，可以將結構的自重降低，從而降低了基礎的造價，并且由于減少了結構的斷面尺寸，節約了大量的材料，有利于節約建筑物總造價。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。地基承載力標準值120kPa。每層層高2．7m，總高度為44.2m。樓板采用陶粒混凝土預制，內、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，但是一般情況下結構體系為框架—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費用應采用天然地基箱形基礎。又如，在一定的跨度條件下，對于采用密勒樓板還是鋼梁結構如何進行取舍呢？經過分析可知，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構相比較高。但是從整體角度來看，由于使用密勒樓板后，結構物的層高降低，能夠帶來相比之下更大的經濟效益。
2.3將土地資源考慮到結構選型中
土地資源和其它能源一樣，隨著經濟的飛速發展消耗的越來越快，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，在分析建筑結構選型的幾種方案的經濟性時，不僅僅要將結構方案的一次性投資費用考慮進來，同時也要將盡量節約土地資源的問題考慮進來。高層住宅作為結構方案，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勢。但是考慮到要節約建筑用地，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營收入，同時也能將貸款建設的時間縮短，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構方案變成比較經濟的方案。相比于鋼筋混凝土結構，鋼結構的工程造價要多得多，但是其施工工期比鋼筋混凝土結構短1／3—1／2，由此產生了可以補償造價的時間效益。因此，不能在建筑結構選型時忽略施工周期對整個工程造價、成本的影響。
2.5綜合考慮結構全壽命期費用
對建筑結構方案進行經濟性分析時，不能夠僅僅考慮一次性的投資費用，還要將建筑物產生在整個使用壽命期間內的其它如維修、維護費用或是受災后重建所需要的費用考慮進來。舉個例子，有一幢高層住宅，若是采用的結構方案為鋼結構，那么由于鋼材容易銹蝕等原因，要定期的對所有鋼結構構件進行防銹蝕處理和維護，從整個使用壽命期來看，這筆投資是巨大的。但是若是結構為鋼筋混凝土結構，基本就不需要對其進行維護，節省了整個壽命期的維護費用。從上面可以看出，要選出令人滿意的結構方案，就要在結構方案必須按時，綜合考慮，權衡利弊，綜合性的對其全壽命周期進行經濟分析。
3結語
結構設計是一項綜合性技術工作，要將結構分析和數學優化方法，以及計算機技術集合在一起，實用性很強。針對傳統設計方法大大的浪費了現有資源的現狀，推行結構優化設計方法勢在必行。建筑結構選型是結構的靈魂，而經濟性是影響結構選型的重要因素。我們要貫徹實施 “適用、經濟、安全、美觀”的建筑方針，把經濟擺在首要地位，綜合考慮各方面因素，從而找出一個最優建設方案。
參考文獻
［1］沈蒲生.高層建筑結構設計.2005-1-1
［2］混凝土結構設計規范.GB50010—2002
［3］陳杰.論高層建筑結構的選型
［4］呂倩.初探建筑設計中的經濟性理念.20050622
［5］張志義.淺談結構選型與建筑使用功能、經濟造價的關系