论结构方案优化设计对工程造价的影响

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1、论结构方案优化设计对工程造价的影响　　所谓方案优化设计，就是在原设计方案的基础上，结合新工艺和设备的使用，新材料的投入，进行局部设计的改变，不仅使技术更可行，更加满足功能要求，还能节约材料，使工程造价明显降低。往往同一建设项目，同一单项、单位工程，可以有不同的设计方案，从而形成不同的工程造价，因此要通过方案优化设计对其进行选择，使之真正达到以最优的设计、最经济的投资，建造最好的工程项目的目的。本文仅针对建筑结构方案优化设计对工程造价产生的影响进行探讨。　　在建筑结构设计中，不同方案的选择及不同建筑材料的选用对工程造价会有较大影响，像基础类型选用、进深与开间的确定、层高与层

2、数的确定、结构形式选择等都存在着技术经济分析问题。据统计，在满足同样功能的条件下，技术经济合理的设计，可降低工程造价10%左右，有的可达20%.建筑结构由基础、柱、墙体、梁、楼板、屋面板等部分组成，各部分占工程总造价的比例不尽相同，结构方案优化时对工程造价的影响也就不一样，因此在方案优化设计时我们所考虑的重点要有所侧重。下面就主要结构部分进行举例说明：　　1）基础：基础结构的造价与工程所在地的地质条件密切相关，其工期约占整个建筑物主体工程的25%-30%，造价约占总造价的10％-20％，基础工程的重要性显而易见。所以设计时应重视地质勘察报告的交底工作，选择合理的基础型式，

3、控制基础的截面尺寸与埋深。如两座相临的住宅楼工程，根据地质勘探资料，设计基础承载力及埋深相同，地面以上部分结构设计也相同，均为6层砖混结构，建筑面积3236m2；地面以下部分选用两种基础形式，1#楼过于考虑安全性，设计选用了钢筋砼条形基础，C20砼浇筑，M10水泥砂浆、MU10砖砌筑，基础总造价为万元。在2#楼设计中，将基础改为毛石条形基础，用MU20毛石、M10水泥砂浆砌，基础总造价为万元。通过对比，基础建筑面积造价，1#楼为元/m2，2#楼仅为元/m2。在两楼楼型、结构及使用功能相同的情况，地质条件满足安全使用的前提下，只将钢筋砼条形基础改为毛石条形基础，基础部分的造

4、价减少了%。这对整座住宅楼工程造价的控制起到了积极作用。　　2）柱网布局与柱子：柱网布局是确定柱子的行距和间距的依据。一般来讲，柱网尺寸在6-12m之间，柱距小则传力路线短，上部结构节省材料，但可能基础费用高，因而柱网布局是否合理，对工程的结构造价有很大的影响。此外，柱子截面形状及大小的选择也对工程造价有着直接的影响。下面就柱子截面大小实例说明它对工程造价影响的程度。　　某四层厂房根据工艺要求，在厂房结构设计中采用现浇钢筋砼框架结构，初始设计方案为：框架边柱截面750mm×750mm，中柱截面750mm×1000mm；框架梁截面统一为450mm×1900mm，受力主筋均采

5、用Ⅱ级钢筋。初始设计方案的主要消耗材料为：框架梁混凝土，梁受力主筋；框架柱受力主筋。初始方案的结构系统总造价为万元。优化设计时，以框架结构尺寸和框架柱截面尺寸为常量，把框架梁截面高度尺寸为变量，并以模数50mm为步距进行变化。当框架梁截面高度变化时，框架梁自重及梁、柱配筋均相应变化，结构总造价也相应变化。经过分析，求得该四层厂房结构优化设计方案的主要参数为：框架边柱截面750mm×750mm，中柱截面750mm×1000mm，框架梁截面统一为450mm×1600mm。优化设计方案的主要消耗材料为：框架梁砼，梁受力主筋17185kg；框架柱受力主筋4482kg优化设计方案的

6、结构系统总造价为185823元。对比分析初始方案与最佳方案，该框架结构总造价由万元下降到万元，仅主体结构节省投资%，经济效果比较显著。　　如果我们对柱子钢筋连接方式进行方案优化设计，有时也能节省大量资金。某综合楼设计时，柱子钢筋采用电渣压力焊接技术，从而可比搭接方法节省10％还要多的主筋，仅此一项可节省数十万元之巨。　　3）梁：矩形截面梁是最普通的受弯构件，在设计时常被使用，但材料利用率很低。一是因为靠近中和轴的材料应力较低；二是梁的弯矩沿梁长是变化的。由于等截面梁大部分区段应力低，材料得不到很好利用，只有在轴心受力时，材料利用率才可提高。因此，设计时可采用平面桁架代替矩

7、形梁，平面桁架相当于掏空的梁，将梁中多余的材料掏去，这样既经济，自重又可减轻。它还可发展为空间网架，材料的利用率就能大幅提高。某超大跨度工业厂房，设计时用桁架外形的设计代替矩形截面梁，经济上取得相当好的结果。　　4）砼及钢筋的选用：除了要满足结构的需求外，应力求方便施工，尽量减少砼标号与钢筋型号的种类。有的工程梁、板、柱采用不同的标号，使施工难度加大，浪费了材料，加大了采购成本。钢管砼结构是将砼填入薄壁圆形钢管内而形成的一种新型结构，它将两种材料有机地结合，可借助内填砼增强钢管壁的稳定性，借助钢管对核心砼的套箍作用，使核心砼处