单层门式钢架结构工业厂房设计参数对造价的影响研究

皇甫琪

(太原市热力设计有限公司，山西 太原 030000)

我国制造业一直处于长远发展进程中，据行业预测，未来很长一段时间，产业的投资仍旧是增长趋势，那么投资扩大的前提下，实现节约社会资本目的，优化规模效应与效果，就成为未来工业建筑行业可持续发展和经济效益增长的关注点。结合当下的工业建筑造价管理工作分析，做好优化设计工作，是基于经济视角满足效益需求的重要途径之一，且设计同样是工程技术处理与经济关系建设的重点工作节点，因此其就成为工程造价确认和控制工作开展要点。鉴于此，本次研究展开具有重要现实意义。

1 影响钢架结构工业厂房造价的主要设计参数选择

1.1 钢架结构工业厂房的受力结构体系

本次研究中，重点主要围绕厂房的受力结构与结构特征作探讨，分析单层工业厂房建设中都涉及哪些施工参数，经过研究发现，该类厂房的受力结构整体比较复杂，包括横向、纵向平面框架结构+屋盖结构+围护结构。

厂房的设计工作中，设计内容包括三种，分别是承重构建的结构设计，构件本身的设计以及构件的空间布置设计[1]。多项设计工作质量想要得到保障，做好厂房内部高度、伸缩缝及柱网布设工作，很有必要。与此同时，结合结构构件的建造条件与要求，针对厂房真实受力参数，厂房尺寸做好计算，更利于提升构件设计与构件连接设计工作开展的质量。

1.2 影响钢架结构工业厂房造价的主要设计参数

1.2.1 满足生产工艺要求的设计参数

为了提升厂房建设后的质量，与工艺生活需求相契合，设计人员在工作中，应该着重分析厂房后续用于生产时的具体工艺操作流程，对于设备的高度调研、生产需求分析，都需处理到位，才能确保后续厂房柱网平面布局更科学合理，对于厂房高度设计也更精准[2]。另外，在设计柱网平面时，还需将柱距的横向数据、纵向数据整理清楚。整合来看，就是完成高度、跨度、柱距三项主要参数的设计工作[3]。

1.2.2 满足经济性要求的设计参数

为了保障厂房设计符合建筑施工经济要求，当厂房的层高越高，建筑的整体强度标准会随之更高，抗震等级设计随之提升。当排除掉承重构件自身尺寸后，想要确保建筑高度更合理，必须针对内外墙、分隔构件尺寸、电气、空调等垂直管道、管径，也应该做适当高度提升工作[4]。单层工业厂房建设中，柱距是否居于合理范畴内，对于造价范围是否合理具有很大影响。一般情况下，经济柱距在7～9m之间，而柱距>9m后，建筑用钢量数据会出现变化，尤其是吊车梁用钢、墙架体系用钢会增长，此时建筑造价必然随之提升。构件生产中，单位面积用钢量测算出现变化时，基本会在柱距发生改变后随之改变。钢梁与钢柱的用钢面积出现变化，也会受到柱距升高因素的影响。另外，厂房总计用钢量下降影响因素，也包括柱距增加因素，当用量的大幅度下降后，会开始逐渐回升。

厂房跨度设计工作中，需要重点分析房屋的设计高度参数。柱高、荷载参数两项数据确认之后，设计师需要加大跨度，虽然钢架上的用钢量变化不大，但可以将空间的利用优势发挥出来，降低造价支出，优化整个建设厂房的综合效益水平[5]。但是，厂房设计的檐高数据太高时，不得采纳大跨度单跨钢架设计方案。正确的做法是，将多跨度钢架方案应用于厂房设计中，不仅可以将用钢量节省16.7%，降低造价，对于综合效益提升也有助益。

综上而言，单层钢架结构厂房设计工作开展中，重点做好建筑高度、跨度以及柱距这三项主要设计参数的处理工作十分有必要，如此才能真正了解其对于工程造价的具体影响，为工程造价节约提供支持，优化工程建造综合效益。

2 设计参数变化对钢架结构工业厂房造价影响的测算

2.1 工程概况

研究中选定的工程位于某市机场附近的厂房，为单层门式钢架厂房。工程钢架以变截面实腹为主，初始设计中，工程的檐口高度、柱距、跨度、外墙长度、宽度分别为13.1m、8.5m、32.0m、102.2m、64.2m，建筑面积达到了564.24m2。

2.2 研究假设

研究人员做工业厂房工程的单层门式钢架结构设计时，设计参数分别为建筑高度、建筑柱距、建筑跨度三项，其中，高度浮动空间在1m左右，跨度及柱距需控制在经济合理范围内[6]。因此，本次研究中提出下列研究假设。

H1：建筑高度降低，会影响厂房单方造价降低。

H2：柱网布置为大柱距与大跨度时，对于厂房单方造价减低有利。

H3：对比跨度、柱距与建筑高度对单方造价的影响，前者的影响程度更大。

2.3 研究方案

2.3.1 研究方案设计

结合厂房项目设计参数的差异存在，本次设计方案共计9个。其中方案1～4中，建筑高度为变化值，柱距与跨度不变；方案5～7中，柱距为变化值，高度与跨度不变；方案7～9中，跨度为变化值，柱距与高度不变。为了在设计中确保厂房的施工功能不受影响，研究人员将方案5～9做了面积、外墙长度与宽度统一，分别设计为固定的5400m2、90m、60m。

2.3.2 结构分析和构件设计

上述研究方案确定之后，研究人员需要整合相关标准与规范，包括《钢架结构设计标准》(GB 50017—2017)、《门式刚架轻型房屋钢架结构技术规范》(GB 51022—2015)等，完成了9个方案的工程结构与构建设计工作。方案设计中，厂房的跨度、柱距与高度出现参数改变时，建筑主钢架的中柱、边柱、钢梁、抗风柱等一系列受力构件，在尺寸上均需要做出匹配性的调整[7]。后续，主要应用了中国建筑研究院推出的PKPM-STS软件完成多个方案的构建设计工作。

2.3.3 计量和计价

进行工程量计算时，主要使用广联达钢架结构算量软件(GLG2015)来完成计算过程，所有的计算流程及计算标准，均参考《房屋建筑与装饰工程工程量计算规范》(GB 50854—2013)和《F市建设工程预算定额》(2012)中规定的内容去执行[8]。

3 设计参数变化对钢架结构工业厂房造价影响的数据分析

3.1 设计参数变化对钢材用量的影响

结合图1所示，可以清晰观察到厂房多项方案总单位面积的钢材用量，可见单纯考量跨度、高度、柱距三项参数中的一个参数，无法将用钢量降低，必须做好三项因素的合理搭配[9]。分析图1还可以发现，门式钢架结构设计中，跨度变化出现了临界值，一旦超出该临界值，用钢量将会显著减少。

图1 多项方案总单位用钢量统计

3.2 设计参数变化对单方造价的影响

本次研究中，设计了工程造价方案，主要按照平方米和立方米两种造价方案处理，如图2、3所示。结合设计信息分析，比较单方造价分析，厂房跨度变化，属于施工方向相同的变化，与之相比，柱距的变化则相反。厂房的高度变化，与单位评价造价之间相比，属于同方向变化，而与之比较，单位立方米的造价计算数据大小则呈反比例。分析本次厂房设计中的单项因素变化情况可以发现，厂房设计的高度低，那么平方造价随之降低，柱距设计高，则平方造价降低[10]。当厂房的设计跨度未超出30m时，那么平方造价随之降低。当跨度持续增长时，造价则会开始逐步降低。分析三种参数的组合变化结果，厂房平方米造价最低的方案是1，厂房立方米造价最低的方案是5。

图3 各方案立方米造价统计图

综合来讲，基于单方造价的视角来看，大柱距、大跨度、低高度的建筑方案更利于降低厂房施工的单方造价额。

3.3 敏感性分析

工作人员在计算厂房建设工程造价时，需要提前将高度、跨度、柱距等会对造价变化形成影响的单项因素测试整理出来。一方面可以将会影响造价的参数敏感度统计出来，另一方面则可以将厂房设计的不确定因素确定出来，包括高度、跨度、柱距。评价指标设定时，可以选择单位平方米来造价，提升敏感度系数的计算准确度，本次统计出的评价指标参数值分别为13.1m、9m、30m。

通过对工业厂房造价的三项影响因素做分析可知，参数与造价之间未形成线性关系。对每一项因素敏感度系数进行均值计算时，可以得出下列结果：

(1)

(2)

(3)

分析公式(1)、(2)(3)可知：

|E(跨度)|>|E(柱距)|>|E(高度)|

本次研究中，厂房造价设计的敏感性分析结果如图4，可得出具体敏感度处理方案高度低于柱距，柱距低于跨度，那么就代表着假设方案H3符合事实，即方案成立。

图4 三项参数敏感性统计图

分析厂房设计数据后，可发现，高度、跨度、柱距三项数据会形成下述几项影响。

一方面，在厂房设计中，单方造价高低，会与房屋的高度参数、跨度参数共同升高或降低。但与柱距参数变化升高或降低相反。

另一方面，厂房的设计高度增加，单平方的用钢造价也会随之增长，如高度+1m，则造价+(0.1-0.2)%。当厂房跨度未超出30m，那么-(10-15)m，则单平方造价-(4.0-4.5)%。此外，厂房柱距设计参数减少1.5m，那么单平方造价则会增加，增加幅度在(0.8-2.5)%。

4 结论与启示

当跨度处于30m范围内时，跨度逐渐增加，会导致用钢量及造价金额增长，跨度居于30～32m之间，用钢量及造价明显降低。

注重把控跨度临界点。跨度临界点处，无论是用钢量还是造价，均会产生较大的变化，因此为避免对厂房跨度及造价产生不良影响，必须充分做好临界点的设计工作。