结构设计对建筑工程造价的影响

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［摘要］结构设计对建筑工程的有着重要影响，要在保证建筑质量及保证建筑安全的情况下，降低建筑工程造价，就需要设计师科学合理的进行结构的优化设计，提高经济性。本文作者提出控制工程造价的理念贯穿于整个设计阶段，指出影响建筑工程造价的主要因素，说明结构设计应做到技术和经济的有机结合，才能有效控制工程造价，提高工程投资效益。

［关键词］结构设计优化工程造价影响因素

引言

结构设计阶段对建筑工程的造价有重要影响，而许多工程均有进一步优化的空间，在原有设计基础上进行一定的优化分析，科学合理的进行结构设计，完全可以在保证满足建筑使用功能及安全性的基础上降低工程造价，提高经济性。

一、结构经济优化设计的目的和方法

结构经济优化设计的目的就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。确切地说，结构的经济优化设计绝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。

二、结构设计中影响建筑工程造价的因素

影响建造成本的主要因素显然是主体结构，而配套的水、电、通风、环境等设施是相对固定的支出。因此，在建筑材料的可变性不大的前提下，组成主体结构的两大主材，即钢筋和混凝土材料，就是影响主体成本的关键所在。

1.结构形式的选择

结构设计中结构形式的选择是十分重要的，选择一个好的结构形式，不仅要考虑建筑上的使用功能，结构上的安全合理，施工的可能性，还要考虑造价上的经济和造型的美观。所以，结构体系的合理选择必须建立在对所有结构体系深刻了解的基础上，分清影响因素中的主要方面和次要方面。因此，结构选型是一个多目标的有许多不确定因素的综合决策问题。

2.建筑物的经济高度

在高层建筑中，随着建筑层数的增多，水平荷载亦成为结构设计的控制因素。而水平荷载对结构产生的倾震力矩，以及由此引起的竖向构件产生的轴力，是与建筑物高度的平方成正比。另一方面，作为水平荷载的风载和地震作用，其数值是随着结构动力特性的不同而有较大的幅度的变化，因而它对高层建筑结构造价影响较大。

3.高宽比的经济性分析

高宽比是建筑物的总高度H和倾覆方向支承体系的总宽度b之比。高宽比对高层建筑物的造价影响相当大，有时甚至比建筑物的绝对高度影响更大。一般说来，建筑物的造价P和高宽比H/b成正比例关系，在外力相同的情况下，由于抵抗倾覆力矩有效宽度的降低，柱所承担的荷载与高宽比成正比例关系，即框架柱所承担的荷载随着结构高宽比的增大而增加，因此，造价也会相应的提高。

4.平立面设计的影响

4.1平面形状：建筑物平面形状越简单，用钢量就少。每层面积相同或相近时，外墙长度越大的建筑其用钢量就越大，平面形状是否规则不仅决定了用钢量的多少，而且可以衡量结构抗震性能的优劣。

4.2平面长宽比：平面长宽比较大的建筑物，由于两主轴方向的动力特性相差甚远，在水平力作用下，两向构件受力不均，造成配筋的增大。

4.3立面形状：建筑物竖向体型规则和均匀，刚度没有突变，抗侧刚度从上而下均匀变化，其受力均匀，用钢量就小，反之则大。

4.4柱网尺寸：合理的柱网尺寸及疏密程度会减少楼板及梁、柱的用钢量[1]。

5.结构延性对造价的影响

对于抗震区的建筑，为了防止突然倒塌，要求结构具有一定的延性，如果合理选用抗侧力机构，将各种结构构件做成延性，使之刚度不太大，在遇到地震作用时，结构就不易出现突然破坏，这种情形所带来的价值是显而易见的。相反，为了使建筑物具有较高的抗震性能，而将抗侧力机构构件做得相当大，反而使该建筑物潜在着更大的危险，这就造成虽花了很大的代价却使建筑结构处于更危险的境地的现象。从经济观点出发，延性越大，不仅结构的变形能力愈大，抗倒塌的能力愈强，而且作用于结构上的等效弹性地震力也愈小，较小载面的构件就能满足要求。增大结构的延性，可以显著减小所需承担地震力而所花的费用，使结构的造价迅速降低[2]。

6.高强钢筋和高强混凝土的应用

目前，国内工程中普遍使用的主要受力钢筋是HRB335，辅助钢筋大多为等级更低的HPB235,混凝土则以C20-C40为主。和发达国家相比，我国建设行业所用钢筋和混凝土强度普遍低1-2个等级。整个建筑物混凝土造价与混凝土价格成正比，而与混凝土强度成反比。在楼层数和高度不变的情况下，采用高强度材料的混凝土，混凝土造价将明显降低。同一建筑，在相同情况下，竖直构件采用C40混凝土时的造价，仅为采用C25时的65%左右，其经济效果是非常显著的。采用高强度混凝土后，其竖向构件的截面尺寸较小，混凝土总用量减少的同时，施工所需的模板、架料、水平、垂直运输量、施工工期等均可取得较好的经济效果。而采用高强钢筋如HRB400钢筋比HRB335钢筋可降低20%左右的造价。推广应用高强钢筋和高强混凝土可以节约钢筋和混凝土的用量，降低工程成本，获得巨大的直接或间接经济收益。

7.新技术的应用

减震隔震技术是近十多年来得到广泛研究和应用的一项新技术，在日本等经济发达国家被广泛采用。建筑结构的抗震理念发展至今，已经由传统抗震方法“硬抗”逐渐转变为结构抗震控制。而结构被动控制方法主要分为隔震技术和消能减振技术两大类。因其构造简单、造价相对低廉、便于维护且不需要依赖外部能源等优点且技术已经成熟而写入了最新版的建筑抗震设计规范，设计者如果能够结合施工进行设计，会取得明显的效果。

三、结语

结构设计应充分运用各种科学的方法对结构进行优化，既保证结构达到安全设防水准，又节省工程造价，同时还能最大程度地实现建筑师的创作，把技术和经济有机结合起来，通过技术比较、经济分析和效果评价，降低工程造价，这对创造更大的社会效益以及逐步完善设计人员自身的设计理念都有着重要的意义[3]。

本文分析了影响混凝土结构造价的各个因素，总结了一些降低工程造价的经验方法，只要结构工程师掌握好结构和构件的受力原理，积累对构件合理设计的经验，深刻理解规范条文，全方位行动，宏观上给予定性掌握，微观上给予定量控制，就能把结构造价控制在一个合理的范围内。