摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和建筑行業(yè)的蓬勃向前，各類鋼筋混凝土建筑拔地而起，面對只升不降的建筑成本，如何制約工程造價，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)是當(dāng)下建筑領(lǐng)域面對的一大課題。本文從工程造價與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的關(guān)系出發(fā)，闡述了通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，制約工程造價的有力措施。
關(guān)鍵詞：鋼筋砼建筑；結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計；工程造價；策略
前言
建筑物的結(jié)構(gòu)好比人體的骨架，結(jié)構(gòu)設(shè)計的好壞直接影響到建筑物建設(shè)的難易程度和使用的舒適、安全程度，由于整個建筑施工需要遵照結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行，因此，設(shè)計人員通過科學(xué)合理地利用各項技術(shù)實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，能夠在很大程度上減少工程造價，實現(xiàn)技術(shù)手段與經(jīng)濟(jì)效益的有機(jī)結(jié)合，最大程度制約合理的建筑成本。
1.工程造價與結(jié)構(gòu)設(shè)計
1.1工程造價與結(jié)構(gòu)設(shè)計的含義
工程造價是包括投資設(shè)計、施工圖預(yù)算、方案修正、工程竣工決算等在內(nèi)的工程建設(shè)花費的全部費用。從工程決策、設(shè)計施工到最終工程驗收，不同階段的工程造價及影響關(guān)系存在差異，研究表明決策階段對工程造價的影響居于首位，而設(shè)計階段的影響程度可達(dá)到75%，其中，通過對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，能夠?qū)⒐こ淘靸r降低10%到20%，因此，對于鋼筋砼建筑來說，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計制約工程造價是十分必要的。
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)建筑的重要性，建筑所在區(qū)域的地震情況，建筑本身的規(guī)模和性質(zhì)來確定建筑的結(jié)構(gòu)形式，從而構(gòu)筑受力構(gòu)件和承重體系的一個過程，從階段劃分來說，它可以分為結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)計算、施工圖設(shè)計三個階段。從整個建筑施工過程來看，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計在工程造價制約方面至關(guān)重要。
1.2工程造價與結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)系
工程造價與結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)系主要體現(xiàn)在以下幾方面，就設(shè)計階段的工程造價而言，它只占據(jù)整個工程極小的一部分，結(jié)構(gòu)設(shè)計主要通過影響建筑施工決策來影響工程造價，設(shè)計過程中對于建筑結(jié)構(gòu)方案的確定和施工材料的選擇是決定性的，這就對決策階段產(chǎn)生了巨大影響。同時，設(shè)計的質(zhì)量好壞直接關(guān)乎建筑投資，由于設(shè)計質(zhì)量理由導(dǎo)致的建筑事故在眾類事故中占據(jù)將近四成的比例，不合理的建筑設(shè)計往往導(dǎo)致施工過程中返工甚至停工現(xiàn)象，對于投資方而言，需要投入更大的施工人力和物力，造成資源的浪費和工程造價的攀升。建筑在投入使用后，由于照明、取暖、供水等產(chǎn)生的能源消耗情況與建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)程度關(guān)系密切，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠有效地節(jié)約資源，降低建筑使用費用。
2.鋼筋砼建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
鋼筋混凝土建筑設(shè)計費用一般不超過總成本的1%，一旦投資方案確定之后，結(jié)構(gòu)設(shè)計對工程造價的影響將達(dá)到70%以上。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，往往會由于設(shè)計人員業(yè)務(wù)能力和經(jīng)濟(jì)意識的差別，使結(jié)果很難達(dá)到科學(xué)合理的程度。開展不同形式的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，提高鋼筋砼建筑結(jié)構(gòu)優(yōu) 化設(shè)計，是必要之舉。
2.1抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化
抗震結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代鋼筋混凝土建筑普遍考慮和實施的一種結(jié)構(gòu)，尤其對于地震頻發(fā)地區(qū)而言，抗震結(jié)構(gòu)是有效地保證建筑物穩(wěn)定性和使用安全性的重要舉措。在當(dāng)下經(jīng)濟(jì)社會，抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計要體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性的原則，在抗震結(jié)構(gòu)能夠最大限度保護(hù)建筑的前提之下，合理選擇設(shè)計方案，進(jìn)行材料選取，貫徹經(jīng)濟(jì)節(jié)約的方針。因此，在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計之前，掌握建筑所在地區(qū)地震情況顯得尤為重要。具體方案確定時，需要根據(jù)地區(qū)至今發(fā)生的最大地震震級及地震數(shù)量，預(yù)測未來可能發(fā)生的地震情況，參考已發(fā)生地震引發(fā)的建筑坍塌事故數(shù)據(jù)，合理有效地配置建筑資源，優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，制約工期成本。
2.2結(jié)構(gòu)計算策略的優(yōu)化
結(jié)構(gòu)計算策略優(yōu)化是鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的關(guān)鍵，過去的設(shè)計中，沒有專門的應(yīng)用軟件供設(shè)計師進(jìn)行精確的計算，更多的是通過人為的估計，對結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)件截面尺寸做必要的假設(shè)，然后通過計算分析與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校驗，這種人為地假設(shè)和經(jīng)驗主義估計有時并不準(zhǔn)確，大大降低了結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量。為了轉(zhuǎn)變這種被動的設(shè)計策略，首先需要通過確定經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式，柱網(wǎng)尺寸和剪力墻布置優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系的選擇；其次，在上述基礎(chǔ)之上，考慮經(jīng)濟(jì)可行性，選取科學(xué)合理的構(gòu)件截面尺寸、混凝土強(qiáng)度等級、鋼筋強(qiáng)度等級和配筋量。
優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)設(shè)計建立在初始假設(shè)的基礎(chǔ)上，通過多次分析和調(diào)整，針對不同構(gòu)件布置方式和截面尺寸計算配筋量，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較，最終確定最優(yōu)設(shè)計。以懸臂梁為例，針對跨度較大的情況，可選擇在跨中切斷（角筋除外），達(dá)到節(jié)省鋼筋方便施工的目的。
2.3選用高性價比的材料
鋼筋的選取應(yīng)以高強(qiáng)度、延展性、可焊性、機(jī)械連接性優(yōu)異的鋼筋為原則，這類鋼筋性能優(yōu)良，可以有效減小構(gòu)件截面面積，降低鋼材的使用量，從而減少工程成本，獲得最為直接的經(jīng)濟(jì)效益。以HRB400、HRB500為代表的熱軋帶肋鋼筋是目前市面上選用最多的類型，并逐步代替了傳統(tǒng)的HRB335系列。當(dāng)然，針對不同的建筑工程需求，還需要進(jìn)行性能比對，選取最優(yōu)的材料配比，例如從強(qiáng)度制約角度，當(dāng)混凝土的強(qiáng)度大于C30時，HRB400系列的鋼筋用鋼量將比HPB235系列減少20%之多，當(dāng)混凝土強(qiáng)度小于C30時，兩者的用鋼量相當(dāng)，但HPB235的價格更為低廉，此時應(yīng)選擇后者。
近年來，隨著建筑領(lǐng)域的繁榮，混凝土材料朝著高強(qiáng)度的方向發(fā)展。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，框架柱與剪力墻的軸壓需要滿足一定的比例關(guān)系，同時框架柱截面不能過大，對于此種設(shè)計要求，一般選用市面上強(qiáng)度大、變形小、耐久性好的現(xiàn)代高強(qiáng)度混凝土，研究表明，混凝土材料的強(qiáng)度由C30升至C60時，對受壓構(gòu)件而言可以節(jié)省30%至40%的混凝土，因此，選用高強(qiáng)度混凝土對于節(jié)約原料，降低工程造價具有非常重要的作用。但是對梁柱而言.，混凝土的強(qiáng)度對其承載力的影響不大，樓板在混凝土強(qiáng)度增大之后會增加開裂的幾率，因此，對于這兩者來說，選用低強(qiáng)度的混凝土為最佳，同時也符合經(jīng)濟(jì)性原則。
2.4結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化
鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中對于結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化要具有全局和長遠(yuǎn)的目光，針對不同用途的建筑和局部結(jié)構(gòu)要根據(jù)將來的施工和潛在使用狀況，完善結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算分析。對于毛坯房而言，各個功能空間的結(jié)構(gòu)參數(shù)在設(shè)計安排上要經(jīng)得起二次裝修荷載；對于墻體而言，鋼筋混凝土梁板、混凝土墻柱、開洞情況是需要重點考慮的因素，在進(jìn)行實際墻體高度和長度計算時，應(yīng)扣除上述結(jié)構(gòu)的空間，獲得墻體荷載的準(zhǔn)確值。除此之外還需考慮的參數(shù)包括風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值、抗震設(shè)防烈度等。
2.5合理的構(gòu)造設(shè)計
構(gòu)造設(shè)計可以理解為構(gòu)造計算的補(bǔ)充，下面通過幾個例子說明理由：
（1）對于框架梁而言，存在箍筋加密的理由，但對于普通梁而言，它的一側(cè)搭在剪力墻上，另一側(cè)搭在梁上，它的作用僅僅是支撐樓板，并不像框架梁那樣耗能，因此不需要進(jìn)行箍筋加密；
（2）當(dāng)主梁的上方放置了次梁或者主梁上部起柱，此時在主梁上無需安裝橫向鋼筋，但是梁的下部和由于集中承受了大部分荷載，需要預(yù)先安置橫向鋼筋，必要時可加設(shè)吊筋；
（3）短肢剪力墻的存在會影響建筑整體的抗震性能，結(jié)構(gòu)設(shè)計時只需將短肢剪力墻的抗震等級提高一級即可。
結(jié)束語
通過優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠有效降低建筑材料的過于消耗和浪費，合理配置建筑資源，科學(xué)地安排人力和選擇施工技術(shù)，在保證工程順利實施的同時，降低了工程成本，實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)化。但目前結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中，對于結(jié)構(gòu)計算的相應(yīng)軟件發(fā)展仍處于不成熟階段，無法滿足當(dāng)前建設(shè)的需要，不斷提升科學(xué)技術(shù)水平是解決當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計短板的必由之路，只有通過不斷地實踐，加強(qiáng)對設(shè)計優(yōu)化的重視程度，才能進(jìn)一步推動建筑行業(yè)繁榮發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1] 郝艷娥，蘭永強(qiáng), 基于工程造價制約的框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究, 低溫建筑技術(shù),2014.02
[2]孫潔，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計探討，安徽建筑，2010.10
[3] 陳朝華，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計探究，福建建材，2012.12
[4] 秦興勇，基于工程造價制約的鋼筋砼建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，華南理工大學(xué)，2012.05
