陳德勤

（貴陽(yáng)市建筑設(shè)計(jì)院有限公司 貴州貴陽(yáng)　550003）

淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本優(yōu)化

陳德勤

（貴陽(yáng)市建筑設(shè)計(jì)院有限公司 貴州貴陽(yáng)550003）

本文主要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本優(yōu)化做了分析。研究?jī)?nèi)容包括建筑結(jié)構(gòu)成本優(yōu)化的內(nèi)涵性質(zhì)概述，并對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本優(yōu)化的影響因素做了詳盡的闡述，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本優(yōu)化的方法做了介紹。其中，重點(diǎn)論述了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本優(yōu)化影響和方法，并以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性為出發(fā)點(diǎn)，為建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本優(yōu)化提供幫助。

建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)成本；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

引言

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和生活水平的日益提高，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在房屋設(shè)計(jì)中所處的地位也越來(lái)越高。所以，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化直接影響到當(dāng)今建筑企業(yè)的發(fā)展。此外，我國(guó)節(jié)約型經(jīng)濟(jì)社會(huì)在加大建設(shè)力度，無(wú)論是工程施工還是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都要注重其質(zhì)量的保障，這不得不使得建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)須考慮其功能成本的完善和優(yōu)化。

1　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本優(yōu)化綜述

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本的過(guò)程包括（如圖1所示）：成本優(yōu)化是建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃和具體描述實(shí)施意圖，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)處理是技術(shù)與經(jīng)濟(jì)處理的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。建筑結(jié)構(gòu)包括樓屋蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、細(xì)部基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)維護(hù)幾部分。若進(jìn)一步細(xì)分，則可化為：房屋內(nèi)部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)優(yōu)化；房屋維護(hù)方面和優(yōu)化設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)和總體結(jié)構(gòu)；樓屋蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和房屋造價(jià)優(yōu)化控制設(shè)計(jì)等。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)需要充分考慮到這些部分的受力情況，以及造價(jià)和布置等因素，才能使建筑結(jié)構(gòu)在滿(mǎn)足人們?nèi)粘Ｐ枨蟮幕A(chǔ)上，最終達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最大化。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化是讓空間的延展性和資源的利用率，得到合理的分配，實(shí)現(xiàn)建筑材料和設(shè)備的充分使用。這樣建成的房屋不僅安全舒適和美觀，而且比一般的房屋在造價(jià)方面更為節(jié)省。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)的理念是一種可持續(xù)發(fā)展的觀念，并在資源充分利用方面起到了關(guān)鍵的作用。

圖1　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本的過(guò)程

2　影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本優(yōu)化的因素

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本優(yōu)化中，零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是其中重要的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。

2.1受力影響因素

所謂零部件的受力狀況是指載荷性質(zhì)的大小以及方向，零部件的受力程度與其結(jié)構(gòu)尺寸的規(guī)格有關(guān)。因此，在完成零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，為避免承載能力不足所引發(fā)得成本損失，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意零部件結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)以及用料的選擇。但是其中有一定的原則，材料質(zhì)量只有合乎標(biāo)準(zhǔn)，才能保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量。由此看來(lái)，選擇承受力好的材料，應(yīng)用于零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不僅能夠順利完成設(shè)計(jì)任務(wù)，而且保證建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量，同時(shí)還可以節(jié)約設(shè)計(jì)成本，從而確保零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能成本的有效投資。

2.2可行性的影響因素

零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能只從理論出發(fā)，重要的是結(jié)合實(shí)踐，并考慮其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可操作性以及操作的難易程度。由于零件加工產(chǎn)生的成本消耗，和操作的難易度之間有著大的關(guān)系，所以設(shè)計(jì)的成本應(yīng)考慮其結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性以及可操作性。為了實(shí)現(xiàn)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能成本優(yōu)化，節(jié)約設(shè)計(jì)工作的資金投入，應(yīng)盡量使零件的安裝配置趨于自動(dòng)化、簡(jiǎn)便化。零件的結(jié)構(gòu)尺寸與其可靠性成正比，如果其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能保證可靠性，那么該零件結(jié)構(gòu)在一定的條件下，便可充分發(fā)揮其最大的利用率。

2.3部件的使用與養(yǎng)護(hù)維修

零件的壽命周期可分為兩部分，即零部件的設(shè)計(jì)階段和制造階段。然而這兩個(gè)階段在零部件產(chǎn)品的使用以及維修中，有著經(jīng)濟(jì)和簡(jiǎn)便的作用。因此，加強(qiáng)對(duì)部件使用過(guò)程中的養(yǎng)護(hù)和管理，可以對(duì)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能成本投資，實(shí)現(xiàn)節(jié)約。

2.4有關(guān)設(shè)計(jì)材料費(fèi)用的影響因素

隨著零部件產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不斷復(fù)雜化，其對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成本費(fèi)用也隨之增加。由此而看，想要充分體現(xiàn)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)和簡(jiǎn)便化，就應(yīng)在零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中注重成本費(fèi)用節(jié)約。在零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成本經(jīng)濟(jì)化發(fā)展中，還需注重零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)材料選擇及其成本費(fèi)用安排。此外還應(yīng)注意部件造型的設(shè)計(jì)、材料特性以及材料資源的節(jié)約，尤其在貴重金屬是使用中，其價(jià)格高于普通材料，所以必須通過(guò)合理的設(shè)計(jì)起到節(jié)約的作用。另外在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常常容易忽略了材料的尺寸與實(shí)際尺寸的合理分配，增加了浪費(fèi)，降低其利用率的。

2.5加工費(fèi)用的影響因素

零件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，其加工費(fèi)用常被忽略，但其常是資金消耗最多的地方，同時(shí)也是資金投入較多的環(huán)節(jié)。因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)零件的加工之前和加工期間做一個(gè)合理的劃分，選出最具合理和經(jīng)濟(jì)的加工方法，并明確其標(biāo)準(zhǔn)的衡量指標(biāo)，達(dá)到降低零部件的加工成本費(fèi)用的目的。對(duì)于某些產(chǎn)品的使用費(fèi)高于購(gòu)置費(fèi)的情況，其設(shè)計(jì)既要注意降低費(fèi)用，又要注意加強(qiáng)低能耗、可靠性、高效率和維修方便的設(shè)計(jì)。

2.6有關(guān)其他費(fèi)用的影響因素

除了上述所述的影響因素，其他因素還有包裝費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用以及安裝費(fèi)用等，但是這部分費(fèi)用往往不為設(shè)計(jì)人員所重視。

3　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與成本之間的分析

對(duì)于特定的結(jié)構(gòu)，其成本可用壽命周期成本來(lái)表示，則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能與成本的相互關(guān)聯(lián)。其中，設(shè)計(jì)變量是影響結(jié)構(gòu)成本的功能關(guān)聯(lián)因素。概念設(shè)計(jì)技術(shù)是遵從一般規(guī)律和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從房屋的多種設(shè)計(jì)方案中選擇出最優(yōu)化的方案，其中成本的計(jì)算必須考慮房屋結(jié)構(gòu)的荷載量，并確定房屋結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)化處理、具體參數(shù)選擇。只有綜合考慮這些因素，如圖2所示，才能最后選出最優(yōu)化的方案。

圖2　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與成本之間的關(guān)系

4　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本優(yōu)化的方法

4.1設(shè)計(jì)材料的優(yōu)化

設(shè)計(jì)材料的優(yōu)化，就是讓建筑材料得到充分的利用，其取材環(huán)節(jié)尤為重要，合適的材料既可以滿(mǎn)足使用的功能，又能提升房屋的建筑質(zhì)量。當(dāng)然，對(duì)于成本降低的最大化，必須在節(jié)省資源的同時(shí)，按規(guī)定采購(gòu)材料，選擇的材料性質(zhì)必須滿(mǎn)足質(zhì)量指標(biāo)。購(gòu)買(mǎi)材料時(shí)，還需遵循經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則，材料也要便于施工，保證施工的易操作性。

鋼筋是建筑時(shí)最重要的材料之一，在選擇時(shí)大部分設(shè)計(jì)人員都會(huì)注意鋼筋的配置計(jì)算，但是很容易忽視鋼筋的種類(lèi)。雖然現(xiàn)在市場(chǎng)中鋼筋的種類(lèi)很多，但優(yōu)化設(shè)計(jì)方案應(yīng)該更注重滿(mǎn)足設(shè)計(jì)承載力要求，并在此基礎(chǔ)下，選擇適合的鋼筋種類(lèi)和數(shù)量，從而降低資金的投入。

4.2設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

房屋設(shè)計(jì)的方案對(duì)建筑成本的投入影響很大，所以一定要注意設(shè)計(jì)方案的選擇。房屋的設(shè)計(jì)確定了建筑樓房的層數(shù)與層高，以及房間進(jìn)深和開(kāi)間大小，然而這些同樣也影響了設(shè)計(jì)方案的資金投入等。一個(gè)最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。其優(yōu)勢(shì)區(qū)別于普通的設(shè)計(jì)方案在于其差額中。最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，在完成房屋性能相等的情況下，成本之間能的差額能在10～20%左右。在設(shè)計(jì)方案中，各部分比例結(jié)構(gòu)占工程總成本的比例不相同，結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)工程成本的影響就不一樣。方案優(yōu)化設(shè)計(jì)還需有重點(diǎn)考慮，對(duì)不同的要點(diǎn)，關(guān)注度也是不同的。

4.3最適宜的基礎(chǔ)形式選擇

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)，建筑基礎(chǔ)的形式在房屋建筑投資成本中所占的比例為30%左右，所以建筑基礎(chǔ)形式對(duì)的工程成本的有著一定的影響。合理的優(yōu)化建筑工程的基礎(chǔ)形式，有利于建筑工期及工序等。目前我國(guó)房屋的建筑主要針對(duì)高層或者超高層的樓宇建筑，所以對(duì)地基的選擇是至關(guān)重要的。另外，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的造價(jià)與地質(zhì)條件之間存在的非常緊密聯(lián)系，因此一定選擇最好的基礎(chǔ)優(yōu)化形式。

4.4選擇合理的結(jié)構(gòu)形式

建筑結(jié)構(gòu)形式中，各有不同的優(yōu)勢(shì)，其設(shè)計(jì)應(yīng)該在不同的結(jié)構(gòu)方案中，考慮房屋架構(gòu)的受力情況，以及各方面經(jīng)濟(jì)狀況，再根據(jù)不同地區(qū)差異，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)出成本低、性能好、質(zhì)量?jī)?yōu)和安全度高的房屋。根據(jù)理論實(shí)踐，7層以?xún)?nèi)的建筑物，混凝土的用量較少，而7～12層的建筑最好使用框架結(jié)構(gòu)，并在合適的墻體處設(shè)置好抗震墻，以此達(dá)到既抗震，又節(jié)省材料的作用。對(duì)于12～20層的建筑物，同樣易選擇使用框架結(jié)構(gòu)，但應(yīng)該在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置剛性筒體，增強(qiáng)房屋性能，實(shí)現(xiàn)材料最優(yōu)化。

4.5配筋率合理配比

配筋率是建筑中一項(xiàng)基本且關(guān)鍵的方面，由于目前我國(guó)的建筑一般都是高層或超高層，導(dǎo)致鋼筋的利用量很大。外加鋼筋的價(jià)格也在不斷的攀升，房屋建設(shè)的鋼材成本也越來(lái)越大，因此合理的鋼筋用量和配置會(huì)對(duì)建筑成本產(chǎn)生明顯效果。合理的配筋率保證了房屋結(jié)構(gòu)安全性和耐久性，房屋的實(shí)用性在其配比中要另外考慮。房屋結(jié)構(gòu)規(guī)范的各項(xiàng)限值，以及合理的配置鋼筋的各種規(guī)格都對(duì)房屋的實(shí)用性起到影響。所以建筑設(shè)計(jì)中要有效合理的控制鋼筋用量，從而保證工程成本的最低化。

4.6計(jì)設(shè)管理成本的合理性

在建筑行業(yè)中，通過(guò)國(guó)家撥款的資金基本采用靜態(tài)的計(jì)算方法。運(yùn)算建筑成本時(shí)，基本不涉及資金時(shí)間的變動(dòng)和其價(jià)值改變。但是現(xiàn)在情況有所改變，由于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)體制日新變化，建筑工程的成本受其影響波動(dòng)很大。資金的價(jià)值隨著時(shí)間改變而改變，其動(dòng)態(tài)的因素就是其中不可忽視的方面，優(yōu)秀的建筑企業(yè)一定要有一套完整的動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)，并以此來(lái)控制成本的支出。

5　結(jié)語(yǔ)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本優(yōu)化，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的正確性、選材以及整體協(xié)調(diào)等方面均有影響。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)方案的調(diào)整改進(jìn)，不僅可以發(fā)揮各項(xiàng)材料的優(yōu)勢(shì)，還可以節(jié)約社會(huì)資源。但是，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本優(yōu)化是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，文中的優(yōu)化方法基本上屬于單因素方面問(wèn)題，對(duì)于多因素方法，還有進(jìn)一步探討的空間。

[1]陶小林，楊楊.淺談房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（16）：264.

[2]王廣輝.淺析高層建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].中國(guó)科技財(cái)富，2011（4）：99.

[3]曲浩.淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)與其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?013（2）：172.

[4]陳大勇.淺談房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].建筑界，2013（2）：15～16.

F275.3

A

1673-0038（2015）20-0130-02

2015-4-26

陳德勤（1979-），男，仡佬族，貴州道真人，工程師，大學(xué)本科，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。