建筑结构选型的经济性考虑

建筑结构选型的经济性考虑
邵新毅

摘要：建筑结构的选型与建设投资的经济性联系紧密，选择合理的建筑结构体系是决定建筑结构是否合理、经济的关键。本文介绍了建筑结构的类型、影响建筑结构选型的因素、建筑结构选型与经济性的关系，并且讨论了如何对建筑结构选型进行综合性的经济分析，以期从经济角度出发，在进行建筑结构选型时能得到一个平衡各方面因素的最优建设方案。
关键词：建筑结构选型 影响因素 经济性
建筑结构的经济性，由项目决策、建设标准、场地环境、设计理念、结构选型、构造方式以及材料选择等因素决定。而建筑的结构体系的选择是决定建筑结构是否合理、经济的关键，在进行建筑结构设计时，结构工程师首要考虑的是结构选型的问题。在《混凝土结构设计规范》中提出：严格地贯彻、执行国家的技术和经济政策，既要做到技术先进、确保质量也要做到安全适用、经济合理。从这个规定可以看出：必须将经济性这个重要性因素在进行结构选型设计时考虑进去，一定要要进行经济方案的比选。本文简单的介绍了建筑结构型式、影响建筑结构类型的因素、建筑结构选型经济性的意义，并且讨论了如何综合性的将经济分析考虑到建筑结构选型中来。
1建筑结构型式的选择与经济性的关系
建筑物的结构形式对于建设成本的影响可谓至关重要，不合理的、没有经过仔细推敲的结构都会造成不同程度的浪费。建筑结构的选型包含了大量的不确定因素，综合性很强。综合性表现在其与适用与经济的关系上。一般在进行结构选型时，要遵循以下原则：适应建筑功能的要求、满足建筑造型的要求、充分发挥结构自身的优势、考虑材料和施工的条件、尽可能降低造价。没有选择最佳的结构体系肯定不能得到最为经济的建筑方案。例如，在中央电视台的新建大楼的台址的设计方案当中，主楼的两座塔楼在双向上向内侧倾斜了6%，由L型的悬臂结构在163m处连成一个整体。这样的结构美观性得到了保证，却由于过度的扭转以及结构的悬挑导致了结构安全性的降低，显得很不合理、不科学。为了保证其安全性，增加了大量的投资，投资数额在50~100亿元间，单方造价1~2万元。又如为迎接奥运我国建造的鸟巢体育场，为了防止概率很小的“赛事遇雨”，花费了几亿多的昂贵投资安装活动屋顶。这就不仅大大的增加了工程技术上的复杂性，也极大的降低了工程的经济性。由此可见不合理的进行建筑结构的选型，是不能保证工程的经济性的。建筑结构的选型必须从“结构必须合理，造价尽量最低”的角度，同时也要结合我国的建筑工业当下的发展水平进行综合性的考虑。考虑建筑设计时，选择的结构形式不仅仅需要满足建筑使用功能的要求，还需要满足如建筑造型艺术等的要求（主要指建筑美学艺术，包括建筑群及建筑所处环境的配合、建筑场地的地形地貌等），同时也要将适应未来的发展和便于灵活的进行改造考虑进去；考虑结构设计时，在符合现行规范的前提下，选择结构型式首先要有正确、明确的结构设计概念以及结构理论概念；其次也要对合理的应力分布和传力途径以及结构破坏机制予以保证；最后抗震的安全性以及可靠性、抗风的合理性和有效性也要得到满足；项目施工方面，要将施工操作一体化、建筑工业化、对施工的严格控制、工程造价的合理压低进行综合性的考虑；在选型时要考虑到建筑设备的选择与使用。良好的选型要将管线的布置和检修，建筑设备的安装与检修等综合性的进行考虑，使得施工时更加的方便和快速；在建筑材料方面，选型时要有利于将新型的建筑材料或是新型的组合体系的应用，提高行业整体的水平；在经济方面，结构选型要将单位面积的自重以及单位面积的材料用量尽量降低，对于单位面积的用工量和造价也要尽量降低。只有如上综合性的进行考虑，才能使建筑结构选型具有“最经济性”。如坐落于香港的中国银行的新大厦楼，建筑面积极大，有12.80万平方米，层高有170层。大厦的主要设计师列兹-罗伯森设计出色，使得此大厦的钢用量比在同等状况下的普通结构减少了40%左右，大大的节约了工程造价，经济性明显提高。
2 综合性的分析结构选型的经济性
建筑结构型式对于经济性以及投资的控制有着复杂的影响。结构选型时不仅要将某个方案进行实施时所需要的一次性投资考虑在内，也要将其全寿命期所需要的费用考虑进来；与此同时，核算结构的建设成本时不仅仅要考虑通过货币指标进行，也要考虑到各项经济指标如减少劳动力和节省材料消耗等。所以，综合多方面因素对建筑结构选型进行综合经济分析是衡量结构方案的手段之一。
2.1综合性地考虑建筑工程的直接费用
建筑工程的直接费用，包括材料费用，人工费用以及机械使用费用三个部分，由此在一般情况下，节省了材料的消耗量，就能使投资费用大大减少，但是有些情况却并不如此。例如，现有一受力合理的平板空间钢网架结构，每平方米建筑面积的用钢量与普通的平面钢结构相比可以有较大的节约量。当平板钢网架结构的跨度为80m和100m时，用钢量约为46kg/㎡和57kg/㎡；而普通的钢屋架的用钢量则为125 kg/㎡和135 kg/㎡。但是网架结构大多是采用钢管，单位质量的单价比一般的平面屋架采用的角钢要多很多；同时，网架结构复杂的制作安装和球节点的采用也大大的增加了施工费用和制作成本。由此可以推出，大跨度的钢结构上使用平板空间钢网架结构与使用普通钢屋架相比可以节约工程造价；但是对于跨度较小的结构，采用普通钢屋架结构可能比采用网架结构更经济。
2.2综合考虑材料、结构方案虽然新型建筑材料单价较高，但是能够有效地降低建筑物整体的工程造价。举个例子，采用了单价比普通混凝土高的轻骨料混凝土，可以将结构的自重降低，从而降低了基础的造价，并且由于减少了结构的断面尺寸，节约了大量的材料，有利于节约建筑物总造价。某高层建筑为框架—剪力墙体系，在地面以上总有共15层，局部16层。地基承载力标准值120kPa。每层层高2．7m，总高度为44.2m。楼板采用陶粒混凝土预制，内、外填充墙采用加气混凝土砌块，厚度分别为100mm和200mm,每层平均容重为每平方米8.41KN，但是一般情况下结构体系为框架—剪力墙的高层住宅，每一层的平均重量大约是12~13KN/㎡。因此，该高层建筑为了减少基础费用应采用天然地基箱形基础。又如，在一定的跨度条件下，对于采用密勒楼板还是钢梁结构如何进行取舍呢？经过分析可知，密勒楼板的单位面积用钢量和模壳费用与使用普通梁板结构相比较高。但是从整体角度来看，由于使用密勒楼板后，结构物的层高降低，能够带来相比之下更大的经济效益。
2.3将土地资源考虑到结构选型中
土地资源和其它能源一样，随着经济的飞速发展消耗的越来越快，最近几年，我国土地的可利用面积正在大幅度减少，突出问题就是人多地少。所以，在分析建筑结构选型的几种方案的经济性时，不仅仅要将结构方案的一次性投资费用考虑进来，同时也要将尽量节约土地资源的问题考虑进来。高层住宅作为结构方案，其造价比多层住宅方案高60％-100％，而且高层住宅在维修费用和使用功能上都不占什么优势。但是考虑到要节约建筑用地，目前来看，全国许多城市尤其是那些人口密集的大中型城市已积极建造高层住宅。
2.4综合考虑建筑施工周期
建筑工程的施工周期由于其投资巨大等原因，一般都较长。若是能使建筑物更早的投入使用，缩短施工周期，这就能尽早的取得经营收入，同时也能将贷款建设的时间缩短，以减少所要归还的利息。所以，缩短施工周期可以把一次性投资费用较高的结构方案变成比较经济的方案。相比于钢筋混凝土结构，钢结构的工程造价要多得多，但是其施工工期比钢筋混凝土结构短1／3—1／2，由此产生了可以补偿造价的时间效益。因此，不能在建筑结构选型时忽略施工周期对整个工程造价、成本的影响。
2.5综合考虑结构全寿命期费用
对建筑结构方案进行经济性分析时，不能够仅仅考虑一次性的投资费用，还要将建筑物产生在整个使用寿命期间内的其它如维修、维护费用或是受灾后重建所需要的费用考虑进来。举个例子，有一幢高层住宅，若是采用的结构方案为钢结构，那么由于钢材容易锈蚀等原因，要定期的对所有钢结构构件进行防锈蚀处理和维护，从整个使用寿命期来看，这笔投资是巨大的。但是若是结构为钢筋混凝土结构，基本就不需要对其进行维护，节省了整个寿命期的维护费用。从上面可以看出，要选出令人满意的结构方案，就要在结构方案必须按时，综合考虑，权衡利弊，综合性的对其全寿命周期进行经济分析。
3结语
结构设计是一项综合性技术工作，要将结构分析和数学优化方法，以及计算机技术集合在一起，实用性很强。针对传统设计方法大大的浪费了现有资源的现状，推行结构优化设计方法势在必行。建筑结构选型是结构的灵魂，而经济性是影响结构选型的重要因素。我们要贯彻实施 “适用、经济、安全、美观”的建筑方针，把经济摆在首要地位，综合考虑各方面因素，从而找出一个最优建设方案。
参考文献
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［4］吕倩.初探建筑设计中的经济性理念.20050622
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