合理的结构设计对于降低工程造价的意义

邓凯

摘 要：设计阶段对工程造价的影响相当显著，对于土建工程来说，结构设计的合理与否对工程造价的影响很大。如何做出合理的结构设计，有效降低工程造价，是值得探讨的问题。本文就结构设计中应当注意的可优化点进行了分析，以供参考。

关键词：结构设计；优化；降低造价

中图分类号：TU31 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）09-0150-01

根据国内外有关的统计资料表明：初步设计阶段影响工程投资数额幅度的可能性为70%～90%，在技术设计阶段（施工图设计）影响投资的可能性为30%～75%；在施工阶段（实施阶段）的影响工程投资的可能性为5%～25%。具体地说，设计阶段影响工程投资的可能性为80%，而实施阶段影响投资的可能性，充其量不会超过20%，即通过各种措施降低成本最大限度不外乎为20%以下。因此，无论是建设单位，还是设计单位，都应该充分重视设计的合理性。在日益竞争激烈的建筑设计市场上，作为设计人员，有责任为建设单位进行结构优化设计，为建设单位创造良好的经济效益，为创建节约型社会做出应有的贡献，同时也使自己在激烈的市场竞争中不被淘汰。下面，笔者就近年在设计工作中总结到的，关于结构设计优化方面的一些经验和想法进行分享，以供参考。

1 地基及基础

现有常用的基础形式有独立基础、条形基础、筏板基础、桩基础等。对于基础持力层埋深较浅，地基土承载力较高的建筑物，一般采用独立基础或者条形基础比较合理；对于地基土承载力稍差，且结构对沉降敏感时，可采用天然地基筏板基础；而对于基础下软土层很厚，持力层埋深很深的建筑物，采用桩基础是最为经济合理的。在实际工程中，也会遇到比较尴尬的情况：比如某结构基础持力层为中风化泥岩，工程性能良好，但是该持力层埋深在基础底面标高下5m左右，采用天然独立基础就需要大开挖，增加土方工程量；采用桩基础，又因为桩长太短，實际只能按墩基础进行设计，桩的利用率低，可能会增加较多的桩数；这时就应该根据土方开挖量、开挖难度（独立基础）和桩的综合造价进行评估，选取最为经济合理的方案。另外，如果上层软土可以通过复合地基处理达到天然地基承载力要求，或将独立基础改为整体筏板基础（即增加基础面积）后上层软土能够达到承载要求，那么也应该纳入基础处理经济性方案的比选。

2 合理选取各种计算参数、系数

现在结构设计计算基本都采用计算机电算，最常用的典型的结构计算软件就是PKPM系列软件。使用软件过程中需要设置诸多参数，任何一个参数设置不当，都有可能导致浪费。比如“双向水平地震作用扭转效应”勾选与否对配筋的影响。抗震规范5.1.1-3、及高规3.3.2-2条规定，质量和刚度分布明显不对称、不均匀的结构，应计入双向地震作用下的扭转影响。但是有些设计人员无论结构形式如何、是否均匀，均勾选“双向水平地震作用扭转效应”选项，认为这样的计算结果更为安全，但是却忽略了经济性的问题。

再比如“梁端弯矩调幅系数”的选取，高规5.2.3 条规定，在竖向荷载作用下，可考虑框架梁端塑性变形内力重分布对梁端负弯矩乘以调幅系数进行调幅，并应符合下列规定：装配整体式框架梁端负弯矩调幅系数可取为0.7～0.8；现浇框架梁端负弯矩调幅系数可取为0.8～0.9。有些设计人员设计时梁端弯矩不调幅，是不恰当的，因为更容易引起梁端负弯矩钢筋过大、根数过多，影响混凝土浇筑，而且造成钢筋的浪费。

3 材料选取

钢筋混凝土结构主要由混凝土和钢筋组成，混凝土和钢筋的性价比对造价的影响明显，应当尽可能使用高等级的混凝土和高强度的钢筋，来提高性价比。一般C30混凝土采购价格仅比C25贵10元/m?左右，但是C30比C25的抗压强度提高了20%；而据中国钢铁现货网2013年10月23日“上海市场螺纹钢最新指导报价”显示，宝钢生产的HRB400的采购价为3510元/t，HRB335的采购价为3490元/t，价格相差无几，但HRB400的抗拉强度设计值比HRB335提高了20%。最新的《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第4.2.1条规定：纵向受力普通钢筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋，箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500钢筋。从新的混凝土规范的要求来看，也是提倡采用高强度钢筋替代原来常用的HPB235和HRB335钢筋，其内在含义应该也包括了对建筑材料的节约要求。

另外，建筑物内部的填充结构，在不影响建筑物使用功能的前提下，也应该尽量采用轻质材料，降低设计荷载取值，以减小梁、板、柱的截面和配筋，同时降低了上部结构传递至基础的负荷，以达到降低工程造价的目的。

4 结构形式

建筑物上部的结构形式的选取对于工程造价的影响也是非常明显的。这里所说的结构形式不仅包括大到整个建筑是采用砖混、框架、剪力墙或筒体的问题，还包括是采用混凝土结构、钢结构或网架结构的问题，甚至还包括各种细部节点形式的选取等。以工业厂房常用的结构形式——门式钢架为例，根据有关研究资料表明：当荷载条件相同时，柱距与用钢量之间的关系密切，门式刚架的经济柱距一般为7～9m。一般情况下，门式刚架的最优间距不宜超过9.5m，超过9.5m时，屋面檩条、拉条、屋面支撑的用钢量也会相应增加较快，造价并不经济；当荷载条件相同时，在各种柱距下，总用钢量与跨度关系曲线基本相同，随跨度的增加，总用钢量接近直线关系递增，跨度数量的变化对曲线变化趋势影响也不明显，因此，在满足结构使用要求的前提下，宜采用较小跨度。可以看出，即使简单的调整柱距和跨度，也能明显影响造价的经济性。

综上所述，建筑结构设计工作是一项非常严谨且具有一定创新要求的工作，合理的结构设计不仅对结构安全性有重大影响，而且对于降低工程造价也有现实的意义。工程设计者们应该加强基础理论、新规范和设计软件的学习和研究，并在一定程度掌握施工工艺和造价知识，提高设计水平，认真对待每一个设计项目，真正作到结构安全、实用、美观和经济节约。

参考文献

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[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50010-2010 混凝土结构设计规范[S].中国建筑工业出版社，2011.

[4] 郁娜.建筑钢结构体系的经济性探析[J].松江区二期课改专题网，2010（05）.