建筑結(jié)構(gòu)選型的經(jīng)濟(jì)性考慮

許 歆

華夏水利水電股份有限公司荊堤房地產(chǎn)綜合開發(fā)公司（434000）

0 引言

影響建筑結(jié)構(gòu)選型的因素很多[1]，例如建筑物的功能、建筑材料、施工技術(shù)水平、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論等等?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]等多本建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中提到要:“貫徹執(zhí)行國家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，做到技術(shù)先進(jìn)、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量”。因此，經(jīng)濟(jì)性是建筑結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)中所必須考慮的一個(gè)重要因素，在結(jié)構(gòu)選型時(shí)應(yīng)該進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比選。

1 建筑結(jié)構(gòu)選型及其與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系

根據(jù)建筑物的功能要求方可進(jìn)行結(jié)構(gòu)的選型。如對(duì)于高層建筑，在選型上可以考慮框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)以及筒中筒結(jié)構(gòu)等，在用材上可考慮鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)等。

影響建筑結(jié)構(gòu)選型的因素很多,從建筑設(shè)計(jì)的角度來看，結(jié)構(gòu)選型應(yīng)首先滿足建筑使用功能的要求,其次應(yīng)滿足建筑造型藝術(shù)的要求,最后還要適應(yīng)未來發(fā)展與靈活改造的需要;從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來看，結(jié)構(gòu)型式要符合現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范，要有正確的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)、先進(jìn)的結(jié)構(gòu)理論概念、合理的傳力途徑、合理的應(yīng)力分布、合理的破壞機(jī)制、抗風(fēng)的有效性與合理性、抗震的可靠性與安全性等;從建筑施工的角度來看，結(jié)構(gòu)選型要有利于建筑工業(yè)化、有利于施工操作、有利于控制質(zhì)量、有利于縮短工期、有利于節(jié)約造價(jià)；從建筑設(shè)備的角度來看，結(jié)構(gòu)要便于設(shè)備的安裝與檢修、便于管道、線路的布設(shè)與檢修，并能保證設(shè)備的正常運(yùn)行；從建筑材料的角度，結(jié)構(gòu)型式應(yīng)便于輕質(zhì)高強(qiáng)材料、新型建筑材料和組合結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用；從經(jīng)濟(jì)角度看，結(jié)構(gòu)選型應(yīng)能減少和降低單位面積的自重、單位面積的材料用量、單位面積的造價(jià)、單位面積的用工量。

對(duì)于大多數(shù)建筑物,工程造價(jià)中約有50%～70%用于結(jié)構(gòu)工程,而且結(jié)構(gòu)工程的施工工期也約占建筑物施工總工期的2/3左右。因此抓好結(jié)構(gòu)工程對(duì)于建筑工程建設(shè)的質(zhì)量控制、投資控制和進(jìn)度控制有十分重要的作用[3]。而結(jié)構(gòu)工程的關(guān)鍵在于結(jié)構(gòu)選型，選型不當(dāng),即使結(jié)構(gòu)計(jì)算很精確，也有可能給結(jié)構(gòu)的安全使用及耐久性帶來無法彌補(bǔ)的缺陷，以致延誤工期，提高工程造價(jià)。所以結(jié)構(gòu)選型對(duì)于結(jié)構(gòu)的全壽命優(yōu)化有著舉足輕重的作用。

建筑結(jié)構(gòu)體系的選型[4]通常要遵循一定的原則，它不僅考慮到建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建筑施工的要求，而且要從建筑設(shè)備安裝，結(jié)構(gòu)選材方面進(jìn)行考慮。最后還需考慮各種結(jié)構(gòu)體系的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。只有在結(jié)構(gòu)選型階段綜合考慮了以上各方面因素之后,才能為以后單體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ),才有可能使結(jié)構(gòu)全壽命設(shè)計(jì)達(dá)到一個(gè)相對(duì)最優(yōu)的滿意解。

2 結(jié)構(gòu)選型的綜合經(jīng)濟(jì)分析法

結(jié)構(gòu)型式對(duì)于投資控制和經(jīng)濟(jì)性的影響是錯(cuò)綜復(fù)雜的，例如,不但要考慮某個(gè)結(jié)構(gòu)方案付諸實(shí)施時(shí)的一次性投資費(fèi)用，還要考慮其全壽命期費(fèi)用；除了考慮以貨幣指標(biāo)核算結(jié)構(gòu)的建造成本外,還要從節(jié)省材料消耗和節(jié)約勞動(dòng)力等各項(xiàng)指標(biāo)來衡量;而建設(shè)速度與一次性初始投資也具有密切關(guān)系，加快竣工速度可以較快地回收投資。因此，衡量結(jié)構(gòu)方案的經(jīng)濟(jì)性的手段是進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)分析，綜合多方面的因素來考慮的。

2.1 建筑工程直接費(fèi)用的綜合考慮

眾所周知，建筑工程的直接費(fèi)用主要由人工費(fèi)、材料費(fèi)、施工機(jī)械使用費(fèi)三部分組成,因此在一般條件下節(jié)省材料消耗量必將節(jié)省投資費(fèi)用。但是某些情況也不盡然。例如，平板空間鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)由于受力合理，和普通平面鋼結(jié)構(gòu)相比，每平米建筑面積的用鋼量可以有較大的節(jié)約。當(dāng)跨度為80 m及100 m時(shí),平板鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的每平米用鋼量分別約為46 kg及57 kg；而普通鋼屋架則分別約為125 kg及135 kg。但由于網(wǎng)架多采用鋼管,和一般平面鋼屋架采用角鋼相比每噸單價(jià)較高，而且又由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)多采用球節(jié)點(diǎn)，加工費(fèi)用較高，網(wǎng)架的制作安裝也較復(fù)雜。所以對(duì)于大跨度結(jié)構(gòu)，采用平板空間鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)肯定可以降低工程造價(jià),但對(duì)于跨度較小的情況，采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不一定比普通鋼屋架經(jīng)濟(jì)。在一般條件下，材料消耗的節(jié)約和勞動(dòng)力用量的節(jié)約是一致的。

2.2 材料、結(jié)構(gòu)方案的綜合考慮

新型建筑材料可能單價(jià)較高，但能給建筑物整體造價(jià)帶來好處。例如輕骨料混凝土，它的單價(jià)比普通混凝土高，但由于采用輕骨料混凝土后,結(jié)構(gòu)自重減輕而使基礎(chǔ)造價(jià)降低以及結(jié)構(gòu)斷面尺寸的減少可能有利于建筑物總造價(jià)的節(jié)約。這種情況常出現(xiàn)在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中。例如，某高層住宅工程為框架—剪力墻體系，地面以上15層，局部16層，層高2.7 m，建筑總高度44.2 m，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值120 kPa，采用陶?；炷令A(yù)制大樓板,內(nèi)、外填充墻分別采用100mm及200mm厚的加氣混凝土砌塊，每層平均重量僅為8.31 kN/m2，而一般框架—剪力墻體系的高層住宅每層平均重量約為12～13 kN/m2。因此該高層建筑采用天然地基箱形基礎(chǔ)，從而大大減少了基礎(chǔ)費(fèi)用。又如在一定跨度條件下密肋樓板與梁板結(jié)構(gòu)的比較。采用密肋樓板由于單位面積用鋼量較高以及模殼費(fèi)用較高,每平米建筑面積的造價(jià)可能高于普通梁板結(jié)構(gòu)，但由于采用密肋樓板后使結(jié)構(gòu)高度降低，因此可降低建筑物層高而帶來的綜合經(jīng)濟(jì)效益可能更大。

2.3 土地資源與能源的綜合考慮

隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，資源的消耗也越來越嚴(yán)重，特別是土地資源,可利用土地面積正在以前所未有的速度大幅度減少，人多地少的矛盾已成為突出問題。因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案經(jīng)濟(jì)性分析時(shí),不僅要考慮結(jié)構(gòu)方案的一次性投資費(fèi)用，而且應(yīng)盡量選擇節(jié)約土地資源的方案。

高層住宅結(jié)構(gòu)方案和多層住宅的結(jié)構(gòu)方案相比,造價(jià)高60%～100%，此外高層住宅在使用功能上及使用維護(hù)費(fèi)用上和多層住宅相比都占劣勢。但是全國許多城市尤其是人口密集的大中城市在近年來已積極建造高層住宅,其主要考慮因素是節(jié)約建設(shè)用地。

能源問題已成為限制我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的又一大瓶頸。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)方案選擇時(shí)應(yīng)考慮節(jié)約建造建筑結(jié)構(gòu)所需的能源。節(jié)約生產(chǎn)能耗將越來越成為選用結(jié)構(gòu)材料及結(jié)構(gòu)方案的重要考慮因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，具有相同荷載能力的鋼筋混凝土構(gòu)件的總耗能值(包括原料采運(yùn)、冶煉、鑄造、拌和、澆筑、搗固直到使用前的總耗能值折算成石油消耗量)比采用鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件節(jié)省2/3左右。

我國建筑能耗約占全國總能耗的25%～30%,隨著人民生活水平提高，建筑能耗在我國總能耗中所占比例還將增加。根據(jù)國內(nèi)外分析，日常使用能耗占建筑總能耗的90%以上，因此建筑節(jié)能的重點(diǎn)為日常使用能耗,其中尤以采暖及空調(diào)耗能為主。因此在結(jié)構(gòu)選型中要重視建筑節(jié)能以達(dá)到建筑在使用過程中的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。

2.4 建筑施工周期的綜合考慮

建筑工程由于投資巨大，施工周期一般較長。結(jié)構(gòu)施工周期的縮短可以使整個(gè)建筑更早地投入使用，取得經(jīng)營收入，同時(shí)還可以縮短貸款建設(shè)的還貸時(shí)間，從而減少還貸利息。因此，即使結(jié)構(gòu)方案的一次性投資費(fèi)用較高，但其施工周期短，也可能是經(jīng)濟(jì)的方案。眾所周知，鋼結(jié)構(gòu)的工程造價(jià)比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要高得多,但是鋼結(jié)構(gòu)也有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，其中，鋼結(jié)構(gòu)比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)縮短工期1/3～1/2，由此產(chǎn)生的時(shí)間效益對(duì)造價(jià)的補(bǔ)償不可低估。所以，在建筑結(jié)構(gòu)方案選型時(shí)應(yīng)考慮施工周期對(duì)整個(gè)建設(shè)成本的綜合影響。

2.5 結(jié)構(gòu)全壽命期費(fèi)用的綜合考慮

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的經(jīng)濟(jì)性分析時(shí),只考慮一次性投資費(fèi)用是不夠全面的。一幢建筑物在其整個(gè)使用壽命期內(nèi)還會(huì)發(fā)生其它費(fèi)用，如結(jié)構(gòu)的一般維護(hù)、維修費(fèi)用，災(zāi)后的重建費(fèi)用等等。而這些費(fèi)用的數(shù)額往往也是不容忽視的，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型時(shí)也應(yīng)予以考慮。例如，對(duì)于一幢高層建筑[5]，如果結(jié)構(gòu)方案采用鋼結(jié)構(gòu)，則由于鋼材易于銹蝕，在整個(gè)建筑物投入使用后,必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行定期的防銹蝕處理和維護(hù)，從建筑的整個(gè)使用壽命期來看，這一筆維護(hù)費(fèi)用的數(shù)額是巨大的。但如果結(jié)構(gòu)方案采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，則基本上不需要對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行維護(hù),從建筑的整個(gè)使用壽命期來看，基本上不存在發(fā)生于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的維護(hù)費(fèi)用。當(dāng)對(duì)類似的高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的選擇時(shí)，就要綜合考慮，權(quán)衡各方面利弊，從結(jié)構(gòu)的全壽命期來進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)分析，才能得出令人滿意的決策結(jié)論。

3 結(jié)語

任何國家的工程建設(shè)實(shí)踐都必須考慮提高投資的經(jīng)濟(jì)效益。我國長期以來確定的建設(shè)方針是“適用、經(jīng)濟(jì)、安全、美觀”，把經(jīng)濟(jì)放在重要地位。在從經(jīng)濟(jì)性的角度來進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)選型時(shí)需要全面地考慮,最終得到一個(gè)平衡多方面因素的最優(yōu)方案。

[1]葉浩波.高層建筑結(jié)構(gòu)選型影響因素分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2007,(13):153-154

[2]GB50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[3]田世宇.建設(shè)工程投資控制[M].北京:知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社,2003

[4]王湛.建筑結(jié)構(gòu)選型[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2009

[5]陳杰.論高層建筑結(jié)構(gòu)的選型[J].上海建材,2009,(15)