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      論結構方案優化設計對工程造價的影響
      發布時間:2014-07-21
        所謂方案優化設計,就是在原設計方案的基礎上,結合新工藝和設備的使用,新材料的投入,進行局部設計的改變,不僅使技術更可行,更加滿足功能要求,還能節約材料,使工程造價明顯降低。往往同一建設項目,同一單項、單位工程,可以有不同的設計方案,從而形成不同的工程造價,因此要通過方案優化設計對其進行選擇,使之真正達到以最優的設計、最經濟的投資,建造最好的工程項目的目的。本文僅針對建筑結構方案優化設計對工程造價產生的影響進行探討。
        在建筑結構設計中,不同方案的選擇及不同建筑材料的選用對工程造價會有較大影響, 像基礎類型選用、進深與開間的確定、層高與層數的確定、結構形式選擇等都存在著技術經濟分析問題。據統計,在滿足同樣功能的條件下,技術經濟合理的設計,可降低工程造價10%左右,有的可達20%.建筑結構由基礎、柱、墻體、梁、樓板、屋面板等部分組成,各部分占工程總造價的比例不盡相同,結構方案優化時對工程造價的影響也就不一樣,因此在方案優化設計時我們所考慮的重點要有所側重。下面就主要結構部分進行舉例說明:
        1)基礎:基礎結構的造價與工程所在地的地質條件密切相關,其工期約占整個建筑物主體工程的25%-30%,造價約占總造價的10%-20%,基礎工程的重要性顯而易見。所以設計時應重視地質勘察報告的交底工作,選擇合理的基礎型式,控制基礎的截面尺寸與埋深。如兩座相臨的住宅樓工程,根據地質勘探資料,設計基礎承載力及埋深相同,地面以上部分結構設計也相同,均為6層磚混結構,建筑面積3236m2;地面以下部分選用兩種基礎形式,1# 樓過于考慮安全性,設計選用了鋼筋砼條形基礎,C20砼澆筑, M10水泥砂漿、MU10磚砌筑,基礎總造價為16.13萬元。在2#樓設計中,將基礎改為毛石條形基礎,用MU20毛石、M10水泥砂漿砌,基礎總造價為10.35萬元。通過對比,基礎建筑面積造價,1# 樓為49.86元/m2,2#樓僅為31.98元/m2。在兩樓樓型、結構及使用功能相同的情況,地質條件滿足安全使用的前提下,只將鋼筋砼條形基礎改為毛石條形基礎,基礎部分的造價減少了35.88%。這對整座住宅樓工程造價的控制起到了積極作用。
        2)柱網布局與柱子:柱網布局是確定柱子的行距(跨度)和間距(每行柱子相鄰兩柱間的距離)的依據。一般來講,柱網尺寸在6-12m之間,柱距小則傳力路線短,上部結構節省材料,但可能基礎費用高,因而柱網布局是否合理,對工程的結構造價有很大的影響。此外,柱子截面形狀及大小的選擇也對工程造價有著直接的影響。下面就柱子截面大小實例說明它對工程造價影響的程度。
        某四層廠房根據工藝要求,在廠房結構設計中采用現澆鋼筋砼框架結構,初始設計方案為:框架邊柱截面750mm×750mm,中柱截面750mm×1000mm; 框架梁截面統一為450mm×1900mm,受力主筋均采用Ⅱ級鋼筋。初始設計方案的主要消耗材料為: 框架梁混凝土130.82m3,梁受力主筋15179.4kg;框架柱受力主筋3654.2kg。初始方案的結構系統總造價為19.12萬元。優化設計時,以框架結構尺寸和框架柱截面尺寸為常量,把框架梁截面高度尺寸為變量,并以模數50mm為步距進行變化。當框架梁截面高度變化時,框架梁自重及梁、柱配筋均相應變化,結構總造價也相應變化。經過分析,求得該四層廠房結構優化設計方案的主要參數為:框架邊柱截面750mm×750mm ,中柱截面750mm×1000mm,框架梁截面統一為450mm×1600mm。優化設計方案的主要消耗材料為:框架梁砼110.16m3(比初始方案減少20.66m3),梁受力主筋17185kg(比初始方案增加2005.6kg);框架柱受力主筋4482kg(比初始方案增加827.8kg)優化設計方案的結構系統總造價為185823元。對比分析初始方案與最佳方案,該框架結構總造價由19.12萬元下降到18.58萬元,僅主體結構節省投資2.9%,經濟效果比較顯著。
        如果我們對柱子鋼筋連接方式進行方案優化設計,有時也能節省大量資金。某綜合樓設計時,柱子鋼筋采用電渣壓力焊接技術,從而可比搭接方法節省10%還要多的主筋,僅此一項可節省數十萬元之巨。
        3)梁:矩形截面梁是最普通的受彎構件,在設計時常被使用,但材料利用率很低。一是因為靠近中和軸的材料應力較低;二是梁的彎矩沿梁長是變化的。由于等截面梁大部分區段應力低,材料得不到很好利用,只有在軸心受力時,材料利用率才可提高。因此,設計時可采用平面桁架代替矩形梁,平面桁架相當于掏空的梁,將梁中多余的材料掏去,這樣既經濟,自重又可減輕。它還可發展為空間網架,材料的利用率就能大幅提高。某超大跨度工業廠房,設計時用桁架外形的設計代替矩形截面梁,經濟上取得相當好的結果。
        4)砼及鋼筋的選用:除了要滿足結構的需求外,應力求方便施工,盡量減少砼標號與鋼筋型號的種類。有的工程梁、板、柱采用不同的標號,使施工難度加大,浪費了材料,加大了采購成本。鋼管砼結構是將砼填入薄壁圓形鋼管內而形成的一種新型結構,它將兩種材料有機地結合,可借助內填砼增強鋼管壁的穩定性,借助鋼管對核心砼的套箍作用,使核心砼處于三向受壓狀態,從而具有更高的抗壓強度和抗變形能力。鋼管砼與鋼結構相比,在自重相近和承載力相同條件下,可節約鋼材近50%,并節約大量的焊接工作量。與普通砼相比,在保持鋼材用量相近和承載力相同條件下,構件截面面積可減少約50%,材料用量和構件自重相應減少約50%。實踐證明在結構設計時,使用這些新工藝設備可大大降低工程造價。
        方案進行優化設計,要把握好技術和經濟的對立統一關系,既要反對片面強調節約,忽視技術上的合理要求的做法,又要反對設計保守浪費,只重技術,輕經濟的思想。
        根據現階段的情況,若要推行優化設計,筆者有如下建議:
        1、加大行政監督和加快設計監理工作。優化設計工作的推行,政府主管部門首先要重視,通過行政手段來保證優化工作的實施,加大對設計市場的管理力度,建立和完善相應法律法規,規范設計市場。其次建立設計監理制度已成為形勢所迫,業主所需。目前還沒有客觀公正的“第三方”來監理結構設計的進行,所以通過設計監理的方式可以打破設計單位自己“控制”自己的單一局面。
        2、建立必要的設計競爭機制。為保證設計市場的公平競爭,設計經營也應采用招標投標,并頒布相應的法規條例。各地可以成立合法的設計招標代理機構,符合條件的項目必須招標。招標時對投標單位的資質、信譽、技術等方面進行必要的資格審查,設立健全的評標機構,運用價值工程等手段對備選方案進行優化選擇。設計單位為提高自身競爭能力,在內部管理上應把設計質量同個人效益掛鉤,促使設計人員加強經濟觀念,把技術與經濟統一起來,改變以前設計過程不算帳,設計完了概算見分曉的現象。
        3、推廣設計標準規范和標準設計。工程設計標準規范的形成,來源于大量成熟的、行之有效的實踐經驗和科技成果,是科技轉化為生產力的必要途徑。優秀的工程設計標準和規范,不僅優化了設計,減少設計的盲目性,還將大大提高設計速度,有效降低項目的全壽命費用。在標準規范中可以對一些重要的部位采取設計經濟指標限額制度,對一些設計部位使用“宜”或“不宜”等引導性語言提示設計人員對方案進行優化,鼓勵他們在設計中大膽使用新工藝和新材料。
        綜上所述,結構方案優化設計是一個系統工程, 它真正體現了事前控制的思想,能起到事半功倍的效果,達到花小錢辦大事的目的。只要我們嚴格遵守“經濟、實用、合理”的原則,認清優化設計在造價控制中的重要性, 確定合理目標,積極創造適宜條件,主動采用科學的控制方法,就一定能搞好設計階段的造價控制。

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