从建筑结构设计角度分析工程的经济性

石凯

【摘要】为了更加准确的从建筑结构设计角度分析工程的经济性，本文从建筑结构形式和适用范围出发，研究了建筑的规则性和建筑材料的选用，强调了正确选取结构计算参数是结构设计的前提，分析了基础工程投资与工程造价的相关知识。

【关键词】建筑结构设计；工程；经济性

前言

在全球资源紧缺的大背景下，节约资源成为了建筑工作的重要考虑因素，在一个建筑工程中，除了满足其建筑功能，确保项目的安全性，第二重要的就是保证项目进行的经济性。若该项目投资巨大，却在有限的时间内无法将成本收回，这无疑是一项失败的投资。多年的实践经验告诉我们，项目的设计阶段会决定投资金额的85%，所以说，设计阶段在投资项目中是起着决定性作用的。

一. 结构形式和适用范围

相对于钢结构来说，砖混结构与混凝土结构是比较经济的。当前我国建筑应用中，主要以混凝土结构形式为主。混凝土结构中种类很多，主要由筒体结构、 框筒结构、剪力墙结构、框剪结构与框架结构等形式组成，这些结构形式用于不同的建筑条件中。对于筒体结构来说，高度小于六十米的建筑是不宜采用的，它非常适用于三十层以上或者一百米以上的建筑。而剪力墙结构则适用于墙体较多的像住宅楼、酒店、医院病房等高层建筑，由于住宅对室内效果的要求，并结合相关建筑功能，十层以上的小高层建筑结构形式也可以选择剪力墙结构或短肢剪力墙结构。对于高层住宅以及需要大空间的办公建筑来说，框剪结构形式无疑是最合适的选择。框架结构形式主要在十层以下的建筑工程上得到应用，并广泛应用于公共建筑和住宅等民用建筑中，但是要注意在抗震设防高烈度区，尤其是十层以上，一定要避免采用纯框架结构；对于抗震性能较差的砖混结构，可在多层建筑和小开间的建筑上广泛应用，但是会影响到房屋的装修与改改建扩建，所以，当前经济较为发达的地区很少会采用这种结构形式。

二. 建筑的规则性

此处的规则性是从结构意义上来说的。即使是一个方方正正的建筑，若其竖向抗侧力构件布置不连续或者侧向刚度不规则，从结构上来判定的话，它仍是一个不规则的建筑。与其相反，若一个看似不规则的建筑，但竖向抗侧力构件连续或者侧向刚度规则，结构性能却十分高。对于抗震地区的工程来说，抗侧力构件布置是否科学是可以直接影响到结构受力的合理性和建筑经济性。由于墙柱的截面和配筋会受平面的不规则的建筑物的影响，遇到地震时，也会导致结构处于危险状态。不规则的建筑不但不具备经济性，在地震力作用下还会导致建筑物不安全。保证建筑结构的规则性，必须在结构方案的设计阶段，合理的划分平面，并按照规范要求来布置结构的抗侧力构件，实现抗侧力构件的刚度的均衡，尽量达到刚心和质心的位置重合，进一步减小扭转效应。为了达到更好的效果，首先要做到建筑专业知识的协调与完善，将抗震概念设计应用在建筑方案中，并注意在合适的地方设置结构缝，根据实际情况科学的划分结构单元，实现结构单元的平面规则，避免过大的平面凸出和凹入。第二，在抗侧力构件的布置过程中，一定要遵循均匀、分散、对称和周边的原则，避免结构的抗侧刚度在某个地方过于集中或者突变。在计算步骤中位移比没有达到规范要求时，很可能是由抗侧力构件分布不均匀导致的。

三. 建筑材料选用

在建筑材料的选用中，应以高强度的建筑材料为主，比如在选择钢材时，应当优先选用三级钢。HPB235，HRB335 与HRB400，这三种钢材的价格不分上下，但它们的抗拉强度值是210：300：360=1：1.43：1.7，由此可见，采用高强钢筋的性價比是最高的。在混凝土材料选择上，优先选用C30以上标号的混凝土， 由于当前的施工工艺与技术会将混凝土达到C80，为了减小结构截面并减轻结构自重，选择高强度混凝土是最好的选择。若建筑结构为填充墙，在材料选择上则要以水泥纤维板、纸面石膏板、加气混凝土等轻质墙体为主，这种材料不仅可以扩大室内的实际使用面积，还能减轻本身的结构自重，加大抗震能力，并能减少结构的主要受力构件的配筋量和混凝土用量。

四. 正确选取结构计算参数是结构设计的前提

就我国目前情况来说，结构设计步入了电算化的时代，为了将结构设计做的更好，一定要提前做好科学合理的结构选型与布置，并准确地选取每项设计的计算参数。除了国内的PKPM、3D3S 等系列软，国外的ETABS、SAP2000等系列的软件，在地震分组、 场地类别、 抗震等级、地震烈度、 地下室层数、 是否计算双向地震、 是否计算偶然偏心、 是否双偏压配筋、 箍筋间距、 墙体分布筋间距、 钢筋的强度值和混凝土的强度等级等方面，设计的各项参数都必须是结构设计师人工选取并进行录入。其中的每一类参数都直接影响到建筑结构计算结果是否准确、 配筋是否最经济。在多层建筑运用双向地震设计后，可以不受结构偶然偏心的影响；在高层建筑的配筋计算中，若计入双向地震，也可以不考虑偶然偏心所产生的影响。在建筑场地类别为一类和四类的情况下，要注意分别对抗震等级进行相应的提高或减少。

五. 基础工程投资

由于本投资约占工程总投资的20%-30%，所以在基础设计的方案选取上也越来越费心思。在进行基础设计之前，要认真的阅读并分析相关的地质报告，并通过对地质报告建议的探究，科学合理的选取与之匹配的基础形式，与此同时，要对所建议的基础形式进行准确的试算，尤其是软土地基，可能会出现能满足基础承载力而不满足沉降要求的情况，在种情况下，地勘部门会进行地基处理，进而选择更加合适的基础形式。在选择桩基础时，也会根据相关条件来对不同形式的桩进行经济性的比较，选择出最合适的桩基础形式。比如，某项目的勘建议选取PH桩、预制小方桩与沉管灌注桩，但经过详细的性价比分析后，会在很短时间内分析出最经济合理的桩型。与以上工程相匹配的桩型有沉管桩426与PHC管桩400，但是经过综合因素的分析，最终选择性价比与质量相对较高的PHC管桩400，并在实际的应用中得到很多业主的肯定与认可。除此之外，比如在软土地基上，建设几十多栋的商铺，根据地勘报告的意见，可选用筏形基础，但经过详细的试算分析，天然筏形基础会有沉降量达到300mm的可能，为了选取更为合适的基础，有关部门进行商定，可以通过水泥搅拌桩进行加固，并选取柱下独立基础，此基础的应用，比原设定的筏基节约将近800万元的成本费用。在此介绍一下筏形基础，它的厚度直接受到柱或墙对筏板冲切的影响，所以柱下或墙下筏板是主要受冲切的区域，为了解决这个问题，可以直接应用柱下或墙下筏板与抗冲切的钢筋或局部加厚筏板厚度的方法来缩小整体筏板厚度。为了保证筏板设计更加的安全经济，可以在局部不够的柱下或墙下加局部2层筋。

小结

总体来说，本文通过对建设结构设计的分析，并根据以往的工作经验，从各个方面研究了工程建设的经济性。希望可以应用到以后的工程建筑中，在实现建筑工程的功能要求的基础上，保证其建筑的经济性，为国家节约更多的资源。

参考文献

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