淺談建筑結構設計成本優(yōu)化

陳德勤

（貴陽市建筑設計院有限公司 貴州貴陽　550003）

淺談建筑結構設計成本優(yōu)化

陳德勤

（貴陽市建筑設計院有限公司 貴州貴陽550003）

本文主要對建筑結構設計成本優(yōu)化做了分析。研究內(nèi)容包括建筑結構成本優(yōu)化的內(nèi)涵性質(zhì)概述，并對建筑結構設計成本優(yōu)化的影響因素做了詳盡的闡述，以及結構設計成本優(yōu)化的方法做了介紹。其中，重點論述了建筑結構設計成本優(yōu)化影響和方法，并以提高結構設計的合理性為出發(fā)點，為建筑工程的結構設計成本優(yōu)化提供幫助。

建筑結構；設計成本；結構優(yōu)化

引言

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的飛速發(fā)展和生活水平的日益提高，建筑結構設計在房屋設計中所處的地位也越來越高。所以，建筑結構設計優(yōu)化直接影響到當今建筑企業(yè)的發(fā)展。此外，我國節(jié)約型經(jīng)濟社會在加大建設力度，無論是工程施工還是結構設計都要注重其質(zhì)量的保障，這不得不使得建筑結構設計須考慮其功能成本的完善和優(yōu)化。

1　建筑結構設計成本優(yōu)化綜述

建筑結構設計成本的過程包括（如圖1所示）：成本優(yōu)化是建設項目規(guī)劃和具體描述實施意圖，建筑結構優(yōu)化設計處理是技術與經(jīng)濟處理的關鍵性環(huán)節(jié)。建筑結構包括樓屋蓋系統(tǒng)結構、細部基礎和結構維護幾部分。若進一步細分，則可化為：房屋內(nèi)部基礎結構優(yōu)化；房屋維護方面和優(yōu)化設計的細節(jié)和總體結構；樓屋蓋結構優(yōu)化設計和房屋造價優(yōu)化控制設計等。設計人員在設計需要充分考慮到這些部分的受力情況，以及造價和布置等因素，才能使建筑結構在滿足人們?nèi)粘Ｐ枨蟮幕A上，最終達到經(jīng)濟效益最大化。結構設計的優(yōu)化是讓空間的延展性和資源的利用率，得到合理的分配，實現(xiàn)建筑材料和設備的充分使用。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方面更為節(jié)省。從長遠發(fā)展來看，建筑優(yōu)化設計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鍵的作用。

圖1　建筑結構設計成本的過程

2　影響建筑結構設計成本優(yōu)化的因素

在建筑結構設計成本優(yōu)化中，零部件的結構設計是其中重要的基礎環(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構尺寸的規(guī)格有關。因此，在完成零部件的結構設計工作時，為避免承載能力不足所引發(fā)得成本損失，設計時應該注意零部件結構尺寸的設計以及用料的選擇。但是其中有一定的原則，材料質(zhì)量只有合乎標準，才能保證結構設計工作的質(zhì)量。由此看來，選擇承受力好的材料，應用于零件的結構設計中，不僅能夠順利完成設計任務，而且保證建筑設計質(zhì)量，同時還可以節(jié)約設計成本，從而確保零件結構設計功能成本的有效投資。

2.2可行性的影響因素

零件的結構設計不能只從理論出發(fā)，重要的是結合實踐，并考慮其結構設計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系，所以設計的成本應考慮其結構的經(jīng)濟性、實用性以及可操作性。為了實現(xiàn)零件結構設計的功能成本優(yōu)化，節(jié)約設計工作的資金投入，應盡量使零件的安裝配置趨于自動化、簡便化。零件的結構尺寸與其可靠性成正比，如果其結構設計能保證可靠性，那么該零件結構在一定的條件下，便可充分發(fā)揮其最大的利用率。

2.3部件的使用與養(yǎng)護維修

零件的壽命周期可分為兩部分，即零部件的設計階段和制造階段。然而這兩個階段在零部件產(chǎn)品的使用以及維修中，有著經(jīng)濟和簡便的作用。因此，加強對部件使用過程中的養(yǎng)護和管理，可以對零部件結構設計的功能成本投資，實現(xiàn)節(jié)約。

2.4有關設計材料費用的影響因素

隨著零部件產(chǎn)品的結構設計不斷復雜化，其對結構設計的成本費用也隨之增加。由此而看，想要充分體現(xiàn)設計的經(jīng)濟和簡便化，就應在零部件的結構設計中注重成本費用節(jié)約。在零部件結構設計的成本經(jīng)濟化發(fā)展中，還需注重零部件結構設計材料選擇及其成本費用安排。此外還應注意部件造型的設計、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，其價格高于普通材料，所以必須通過合理的設計起到節(jié)約的作用。另外在零件結構設計中，常常容易忽略了材料的尺寸與實際尺寸的合理分配，增加了浪費，降低其利用率的。

2.5加工費用的影響因素

零件在結構設計過程中，其加工費用常被忽略，但其常是資金消耗最多的地方，同時也是資金投入較多的環(huán)節(jié)。因此，應當對零件的加工之前和加工期間做一個合理的劃分，選出最具合理和經(jīng)濟的加工方法，并明確其標準的衡量指標，達到降低零部件的加工成本費用的目的。對于某些產(chǎn)品的使用費高于購置費的情況，其設計既要注意降低費用，又要注意加強低能耗、可靠性、高效率和維修方便的設計。

2.6有關其他費用的影響因素

除了上述所述的影響因素，其他因素還有包裝費用、運輸費用以及安裝費用等，但是這部分費用往往不為設計人員所重視。

3　結構設計與成本之間的分析

對于特定的結構，其成本可用壽命周期成本來表示，則結構設計的功能與成本的相互關聯(lián)。其中，設計變量是影響結構成本的功能關聯(lián)因素。概念設計技術是遵從一般規(guī)律和實踐經(jīng)驗，從房屋的多種設計方案中選擇出最優(yōu)化的方案，其中成本的計算必須考慮房屋結構的荷載量，并確定房屋結構的細節(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　結構設計與成本之間的關系

4　結構設計成本優(yōu)化的方法

4.1設計材料的優(yōu)化

設計材料的優(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足使用的功能，又能提升房屋的建筑質(zhì)量。當然，對于成本降低的最大化，必須在節(jié)省資源的同時，按規(guī)定采購材料，選擇的材料性質(zhì)必須滿足質(zhì)量指標。購買材料時，還需遵循經(jīng)濟實用原則，材料也要便于施工，保證施工的易操作性。

鋼筋是建筑時最重要的材料之一，在選擇時大部分設計人員都會注意鋼筋的配置計算，但是很容易忽視鋼筋的種類。雖然現(xiàn)在市場中鋼筋的種類很多，但優(yōu)化設計方案應該更注重滿足設計承載力要求，并在此基礎下，選擇適合的鋼筋種類和數(shù)量，從而降低資金的投入。

4.2設計方案的優(yōu)化

房屋設計的方案對建筑成本的投入影響很大，所以一定要注意設計方案的選擇。房屋的設計確定了建筑樓房的層數(shù)與層高，以及房間進深和開間大小，然而這些同樣也影響了設計方案的資金投入等。一個最優(yōu)的設計方案。其優(yōu)勢區(qū)別于普通的設計方案在于其差額中。最優(yōu)的設計方案，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。在設計方案中，各部分比例結構占工程總成本的比例不相同，結構方案優(yōu)化設計時，對工程成本的影響就不一樣。方案優(yōu)化設計還需有重點考慮，對不同的要點，關注度也是不同的。

4.3最適宜的基礎形式選擇

據(jù)相關數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計，建筑基礎的形式在房屋建筑投資成本中所占的比例為30%左右，所以建筑基礎形式對的工程成本的有著一定的影響。合理的優(yōu)化建筑工程的基礎形式，有利于建筑工期及工序等。目前我國房屋的建筑主要針對高層或者超高層的樓宇建筑，所以對地基的選擇是至關重要的。另外，基礎結構的造價與地質(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優(yōu)化形式。

4.4選擇合理的結構形式

建筑結構形式中，各有不同的優(yōu)勢，其設計應該在不同的結構方案中，考慮房屋架構的受力情況，以及各方面經(jīng)濟狀況，再根據(jù)不同地區(qū)差異，結合實際設計出成本低、性能好、質(zhì)量優(yōu)和安全度高的房屋。根據(jù)理論實踐，7層以內(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構，并在合適的墻體處設置好抗震墻，以此達到既抗震，又節(jié)省材料的作用。對于12～20層的建筑物，同樣易選擇使用框架結構，但應該在適當?shù)奈恢迷O置剛性筒體，增強房屋性能，實現(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基本且關鍵的方面，由于目前我國的建筑一般都是高層或超高層，導致鋼筋的利用量很大。外加鋼筋的價格也在不斷的攀升，房屋建設的鋼材成本也越來越大，因此合理的鋼筋用量和配置會對建筑成本產(chǎn)生明顯效果。合理的配筋率保證了房屋結構安全性和耐久性，房屋的實用性在其配比中要另外考慮。房屋結構規(guī)范的各項限值，以及合理的配置鋼筋的各種規(guī)格都對房屋的實用性起到影響。所以建筑設計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計設管理成本的合理性

在建筑行業(yè)中，通過國家撥款的資金基本采用靜態(tài)的計算方法。運算建筑成本時，基本不涉及資金時間的變動和其價值改變。但是現(xiàn)在情況有所改變，由于我國的經(jīng)濟體制日新變化，建筑工程的成本受其影響波動很大。資金的價值隨著時間改變而改變，其動態(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態(tài)管理系統(tǒng)，并以此來控制成本的支出。

5　結語

建筑結構設計成本優(yōu)化，在結構設計方案的正確性、選材以及整體協(xié)調(diào)等方面均有影響。通過對設計方案的調(diào)整改進，不僅可以發(fā)揮各項材料的優(yōu)勢，還可以節(jié)約社會資源。但是，結構設計成本優(yōu)化是一項復雜的工作，文中的優(yōu)化方法基本上屬于單因素方面問題，對于多因素方法，還有進一步探討的空間。

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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，大學本科，主要從事結構設計工作。