基于造价约束的高层建筑钢结构用量评估模型分析

2019-08-10邹亚峰

价值工程 2019年17期

摘要：为了实现对项目施工线程的严格控制，提高施工建设质量，基于造价约束构建高层建筑钢结构用量评估模型。利用造价约束参量的模板匹配方法，评定高层建筑钢结构用量，计算高层建筑的综合性能。根据层次分析法的基本原理，得出各层次的指标权重，对工程造价的预测约束参量进行标准归一化处理，完成基于造价约束的高层建筑钢结构用量评估模型的设计。

Abstract： In order to achieve strict control over the construction thread of the project and improve the quality of construction， a steel structure consumption evaluation model for high-rise buildings is constructed based on cost constraints. Using the template matching method of cost-constrained parameters， the steel structure of high-rise buildings is assessed and the overall performance of high-rise buildings is calculated. According to the basic principle of the analytic hierarchy process， the index weights of each level are obtained， and the standardized normalized processing parameters of the project cost are calculated. The design of the steel structure usage evaluation model for high-rise buildings based on cost constraints is completed.

關键词：高层建筑;工程造价;建筑结构;指标函数

Key words： high-rise building;engineering cost;building structure;index function

中图分类号：TU723.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）17-0046-03

0 引言

在高层结构设计中，建筑质量和工程造价会随着建筑的增加产生制约关系，而在高层结构规划中，建筑的质量与工程造价相互约束，这两者之间的关系，会随着其中一项的变化而复杂化。为了实现以最低造价实现最优建筑质量效益，基于造价约束构建高层建筑钢结构用量评估模型。传统的评估模型在造价成本的计算上缺乏可靠性和精准性，会直接影响建筑质量与工程造价之间的最佳配比，同时还会影响建筑本身的质量和强度。目前，大部分城市建筑采用钢筋混凝土作为基本建筑材料，所以需要严格要求钢结构的成本控制与建筑质量之间的配比关系[1]。

在建筑的过程中，工程造价是影响建筑成本控制和建筑质量的重要因素。在大型建筑工程项目管理中，影响项目质量与进度的关键因素就是工程造价。此次，利用造价约束参量的模板匹配方法进行参数信息的融合。在根据评估指标进行建筑钢结构用量评估，分别对执行工程结算、竣工结算进行工程造价的预测，实现对项目施工线程的严格控制，提高施工建设质量，避免工程浪费的目标。

1 基于造价约束的高层建筑钢结构用量评估模型设计

1.1 评定高层建筑钢结构用量的综合效益

钢结构住宅建筑的基础设计资料都是相同的，土质为黏土，结构造价主要包括地基基础处理费用和地下室以及上部结构的造价。由于结构造价对工程总体成本的影响较大，就需要向工程投入更多的事物和资金，这也是开发商关心的问题，每个高层建筑采用的结构体系是不同的，有的会采用轻质材料，上部结构重量轻，基础受力较小，因此，需要与钢结构体系相比较，基础受力较大。就需要按照层次分析法，评估高层建筑钢结构用量的综合效益。

为了评定高层建筑钢结构用量的综合效益，将以舒适型住宅为例，计算步骤如下所示：

第一步，计算钢结构、钢砼结构和砖混结构的性能指标[2]。假设三种结构住宅的评定项目相同，也就是说环境及绿化相同，且都按100分计算。

第二步，计算成本比指数，根据公式（1）计算三种结构的性能成本指数，计算公式如下所示：

其中f表示计算成本比指数，bmax表示总得分指数，bmin表示总性能指数。应用公式（1）计算住宅的综合性能，评定高层建筑钢结构用量的综合益。

在建筑钢结构中，要适当布置梁格体系，充分发挥钢管混凝土和钢管这两种材料的优点，与传统钢筋混凝土结构相比，钢结构占有很大的优越性，不仅具有圆钢管混凝土的优点，还有独特的优点，特别是在高层建筑中，主要用于新型的全装配宅体系的开发和应用，还有其他结构无法比拟的优势，第一，具有较好的承载能力，抗震性能较好，可以增强住宅的安全性。第二，防腐防火性能好，可以提高住宅的耐久性。在工程造价上，有更客观的经济效益。第三，钢结构的延展性较好，在钢结构受到动力冲击荷载被破坏时，能够吸收较多的能量，从而降低和减少脆性破坏。尤其是在高烈度地震区，使用钢结构更为有利。钢结构体系施工周期短，可大幅度提高劳动生产率，缩短投资资金的占用周期，从而提高资金的投资收益。

1.2 建立评估指标

首先，应根据高层建筑性能评定体系各因子之间的隶属关系，以及完善的层次结构对项目进行经济性分析，也就是将各因素分层次的建立一个完善的评价系统。这样就能够了解各因子的位置关系。因对商品住宅进行评定时，需要考虑较多的因素，故应分清主次，从住宅性能出发，选取起决定作用的因素来建立评价体系。

其次，根据建筑的高度和层数划分指标体系，分为高层住宅、多层住宅和低层住宅。全装配方钢管混凝土住宅结构体系由承重结构和维护结构组成，承重结构体系采用框架体系和框架—支撑体系，钢结构对核心轻混凝土产生紧箍力，使得混凝土三项受压，在一定程度上会延缓混凝土微裂缝的扩展，这样抗压强度就会得到明显的提升。钢管本身可以作为耐侧压模板，不但可以减少施工工序，还能缩短建设工期。

全装配的理念就是将全部构件按照需求在工厂预制，然后运到现场进行组装施工，全装配化制造可以有效避免高层建筑的缺点，加快施工的速度，降低工人的劳动强度。钢结构是最符合全装配合化施工的结构体系，只需要通过现场连接就可以形成全钢结构。对于钢管混凝土的计算，本文提出等效钢柱计算理论，该方法将钢管混凝土视为统一的一种组合材料，只需要在不改变钢管横截面面积的情况下，将填充混凝土作为对钢管混凝土的屈服强度的提高，一次来换算求得等效钢管的性质，换算公式如下所示;

其中z表示轴心受压构件的承载力，y表示轴心受压构件承载力设计值，Ns表示系数，Ns为结构重要性系数，一般工业与民用建筑的安全等级取二级，设计使用年限为20年。

最后，根据一级指标、二级指标和三级指标对高层建筑住宅功能层次进行分析，具体含义如下所示，一級指标指影响住宅第一级影响因素，主要包括住宅的适用性和耐久性。二级指标指下级影响和控制指标。三级指标指满足设计规范要求和施工质量等[3]。

根据指标，建立各层次指标权重。首先要根据判断矩阵，计算权重值是判定上层元素是否与本层产生关联的主要依据，在计算时，会受其他元素的影响，所以需要反复计算，保证计算结果的准确性。另外，要依据层次分析法的基本原理，求出上层元素的最大特征值，最终根据单排序结果，计算出各层次的指标权重[4]。计算判断矩阵的最大特征根公式如下所示：

其中βmax判断举证的最大特征根，n表示判断矩阵的阶数，A为判断矩阵，AW表示判断矩阵的特征向量。根据公式（3），对一级和二级指标的判断矩阵进行一致性的指标计算。需要注意的是，在计算的过程中，要根据住宅建设目的，选择评估层次。在对高层建筑钢结构用量评估时，需要了解各级指标的权重值并不是固定的，要根据住宅的种类和建设的目的，选择不同层级的评估标准[6]。在对高层建筑钢结构用量经济分析的同时，还研究影响钢结构用量的主要因素，对其进行分析，在研究的工程中，还要调整钢材价格。对多层次的钢结构住宅进行分析对比，保证钢结构住宅的造价符合工程的约束标准。

首先，确定层次分析法中各级指标权重值，接着依照住宅性能测评指标体系进行评价。评价体系主要分为两类，一类为定量指标，是需要按照数值的大小，评定对象优劣状况;另一类是定性指标，是不可以按照计算数值大小评价对象优劣状况的。为了保证测评结果的公正性，就需要采用定量指标，对住宅进行经济行评定。在对钢结构住宅进行经济分析时，还需要对多层砖混结构进行分析。

1.3 实现高层建筑钢结构用量评估

在大型的建筑项目中，影响工程造价的因素较多。本身各约束参量之间就存在关联性，在进行造价控制约束参量分析的过程中，需要衡量整个高层建筑钢结构用量的成本和造价标准。首先，根据各参数特征值，分析整个工程的造价标准，并得出成分信息特征进行整个工程造价的预测。其次，对于约束条件下的建筑工程，要根据造价指标函数，建立准确的造价模型[7]。因此，需要对建筑成本的费用投入指标构建非线性指标函数，将得到的两个指标相结合，得到最优用量指标函数表达式，为公式

其中z表示钢结构投入指标，xα表示钢结构运输费用，Yα表示造价指标，在进行计算后得到非线性最优指标函数，根据最优评估结果的原则，构建高层建筑钢结构用量评估模型[8]。高层建筑钢结构用量评估模型流程如图1所示。

根据图1所示，基于造价约束的高层建筑钢结构用量评估模型的分析，假设工程项目的参考历史数据为{xi}i=1，根据人工费和机械费等不确定因素，进行信息融合，另外，要统一工程造价的预测约束参量，并得出项目的造价预测模型，描述公式如下所示：

其中v为工程项目中所用开销，i为工程项目的材料费用，xi为评估模型对工程造价的影响因子[9]。应用公式（3）计算工程造价开销的差距阵，为公式（6）：

其中c为差距阵，依据工程在施工过程中的风险情况，进行多维度影响因素的控制，构建钢结构用量评估模型为公式（7）：

其中f（k）表示影响钢结构用量评估的因子，k表示工程造价，运用公式（7）进行外部环境、资产回报等因素的影响计算后，再针对工程造价的主要变量进行统计分析。采用评估模型对高层建筑钢结构用量进行评估，得出预测结果[10]。至此，完成基于造价约束的高层建筑钢结构用量评估模型的设计。

2 实验结论

为了对本文提出的基于造价约束的高层建筑钢结构用量评估模型进行分析与验证，依托硬件平台pentium Dual-Core，2.6GHz，运用数据分析方法，以及lab编程工具，对钢结构用量实际测试数据进行分析评估。将项目工程测试集分为五组，高层建筑造价财政投入的影响因子取值0.46，建筑环境与设施的关联性约束因子取值0.36，采用本文设计的模型和传统的评估模型进行对比实验，各项工程参数范围如表2所示通过分析表2可知，参数1和参数5的工程造价成本出现了较大的波动，这是由于受到工程造价不确定因素的影响。两种模型的测试结果如图2所示。

3 结束语

为了提高工程造价评估的可行性，基于造价约束构建高层建筑钢结构用量评估模型。实验结果表明，此模型能够较精准预测工程的造价，质量效益不变的情况下，使得造价最低，节约工程成本。

参考文献：

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