建筑结构设计阶段优化工程成本的方法及对策

秦志生

（北京科技建筑设计院有限责任公司一院，北京 100020）

0 引言

根据相关研究资料可以发现，在一个建筑工程项目之中，设计费用所占的比例大部分不超过1%，但是若根据相应的设计，获取到的决策并无任何错处，那么对于整个工程的成本影响可以达到70%。由此可见，控制成本的最佳环节，就是结构设计阶段，在结构设计阶段将成本优化工作做好，可以达到事半功倍的效果[1-2]。本文对建筑结构设计阶段工程成本控制的技术方法进行分析，并探讨关于优化成本的方法和对策。

1 价值工程理论应用于设计优化

项目的造价成本与投资控制贯穿了工程的全过程，而对整个项目造价影响高达35%~75%的设计阶段无疑是工程造价的控制重点。为了有效控制工程造价，可以将价值工程理论应用于设计优化。价值工程理论是以最低成本实现必要功能，是提高产品或是作业价值的科学方法。其基本内涵为V=F/C，这是功能与成本的关系式。其中V代表的是价值，即产品给企业或是用户带来的经济利益的流入，而产品自身的价值则是产品功能与成本的综合反映；C代表的是成本，包括产品生产时企业的制造成本和用户消费时的使用成本；F代表的是功能，即用户消费产品感知到的使用价值。

根据价值工程理论的功能与成本公式可以看出，由于V只与F、C有关，通过降低成本提高效益，即提高V的数值，有5个途径：

（1）F不变，降低C；

（2）C不变，提高F；

（3）F提高，降低C；

（4）提高C，F得到的提高大于C的提高；

（5）F降低，C降低幅度大于F。

不难理解，价值工程理论的核心就是寻找功能与成本的最佳组合点，以达到价值最高。将价值工程理论具体运用于建筑结构设计中，即要想降低造价以最大幅度提高经济效益，必须在建筑结构设计阶段推行价值工程，找到功能与成本的最佳组合点。事实证明，在建筑结构设计阶段利用价值工程可以避免设计中的诸多问题，对于工程造价，可节约5%~15%，某些工程中，甚至可以高达35%[3]。

2 建筑结构设计阶段成本控制的主要技术内容

总体来说，主要是参考国家及地方结构设计规范、标准以及相关的技术措施，从而提出建筑结构成本控制的技术内容[4-5]。

2.1 控制层高

2.1.1 控制地下室层高

地下室层高直接影响地下室基坑开挖的土方量及基坑支护面积与单价，并影响其他方面的成本（如竖向构件、水压力、设备及运营等）。根据以往的工程经验，地下室每加深100mm，增加成本约30元/m2。

2.1.2 控制地面以上层高

可以通过降低墙、柱的总体高度来控制地面以上层高，选择适合的梁，如宽扁梁、变截面梁、无梁楼盖等来达到降低层高的目的。选取合适的梁高，结构梁布置与管线布置平行同样也可以达到控制层高的目的。

2.2 控制建筑高宽比

抗震超限的审查范围不包括高宽比，但是高宽比对于一个建筑来说却非常重要，它的超限程度直接影响着建筑结构成本。建筑高宽比越大，风荷载和地震荷载对建筑物产生的倾覆力矩就越大，当然为了保证结构安全，需要采取的相应措施就越多，从而导致建筑工程造价增加。某工程建筑物高宽比超限与造价影响如表1。建筑物的高宽比不建议超过表2所列最大值。

表1 某建筑物高宽比超限与增加造价

表2 钢筋混凝土高层建筑结构的最大高宽比

2.3 控制剪力墙的布置

2.3.1 布置原则

布置剪力墙的时候整体遵循“均匀、分散、对称、周边”的布置原则，尽量布置在两端或周边，减少布置或尽量不布置内部和中间位置。

2.3.2 剪力墙数量

对于纯剪力墙结构来说，层间位移比一般控制在1/1000，剪力墙截面面积与楼层建筑面积之比如表3所示。

表3 布墙率

2.3.3 控制剪力墙长度

剪力墙的长度直接影响工程造价。太长会造成结构成本增加，又使地震力增加；太短则结构抗震性能不好，构造配筋成倍放大，成本增大。工程经验如下：（1）剪力墙长度宜为宽度的8倍+100mm；（2）翼墙设计长度通常取墙厚的3倍。

2.3.4 控制剪力墙的厚度

剪力墙的厚度计算应严格按照《高层建筑混凝土结构技术规程》（DB J15-92-2013）规定确定。

2.4 控制梁的布置与配筋

十字梁通常适合于承受荷载较小的上部楼层，井字梁通常适合于承受荷载较大的地下室顶板。如：8.5m×8.5m 柱网下，井字梁的造价比十字梁造价增加16%~22%；厨房、卫生间等部位的短墙下不设梁；梁顶贯通钢筋应采用小直径钢筋。住宅标准层梁宽为200mm 或250mm 时，梁支座负筋采用小直径钢筋，角筋兼做通长筋，减少搭接；主次梁相交处不用布置吊筋，一般用加密箍筋就够了。

2.5 控制楼板的厚度

住宅项目中，楼板的主要作用有以下几点：

（1）承受水平方向的竖直荷载；

（2）墙、柱水平方向的支撑及联系杆件；

（3）保持墙柱的稳定性；

（4）承受风载和地震作用引起的水平荷载；

（5）传递水平荷载给墙、柱，再由墙、柱并传给基础。

针对楼板的重要作用，在设计板厚时应依据板的跨度、荷载状况初选跨度的1/40左右，必须符合《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）中各种用途房屋楼板的最小厚度要求。在结构设计时，应细化楼板的厚度，建议按表4取值。

表4 实际工程参考楼板厚度

2.6 合理选择混凝土强度等级和钢筋材料

一般混凝土强度等级每提高一级，价格增加15~35元/m3。混凝土强度等级越高，价格增加越多，每增加一级，单价提高5%~8%。选择钢筋材料时尽量采用高强钢筋，高强钢筋构造配筋率低。实际工程中，建议HRB400级螺纹钢用于结构墙、柱、梁；楼板钢筋优先选高强、高延性CRB600H级钢筋。

2.7 优先选用天然地基或采用复合地基

地基关系到桩基的配筋，从而影响工程的造价。设计时优先选用天然地基，尤其是浅基础。因为天然地基上的浅基础造价低廉、施工方便、施工速度快。当天然地基的变形和承载力不能满足时，则应考虑复合地基。

3 建筑结构设计阶段优化成本的方法与对策

3.1 运用价值工程优化设计方案

价值工程又称价值分析，以提高产品价值为中心，对其各项功能进行分析评价，使之以最低的总成本，实现必要的功能。建筑设计中如何将工程项目的功能要求与投资有机结合，根据工程的实际情况，既不单纯追求降低成本，也不片面追求提高功能，而是力求提高功能与成本的比值，获得最佳的设计方案，价值工程作为一种相当成熟而又行之有效的管理办法，在许多国家的工程建设中得到了广泛应用。

3.2 优化建筑结构基础设计

众所周知，地基是建筑工程的重中之重，有了好的基础，才能实现高楼耸立。那么在结构设计中，地基结构设计会影响到整体设计效果，进而影响整体工程的成本。所以，在设计过程中，要想优化成本，就必须要优化基础设计。这就需要设计人员对建筑力学以及结构形式等方面进行综合系统的分析，同时结合地基周围环境，开展调研工作，在充分了解实际情况之后，再合理优化基础设计，这样才能获取最优化的地基设计结构。

3.3 优化结构设计造价

当前，人们的审美水平在提高，对建筑结构的不规则和复杂性有一定的需求，这类需求的设计会影响成本的控制。如果要优化成本，设计者就要明确具体影响成本的因素，如结构体系、传力途径、构件形式、建材选用等，都关系到工程造价。对此，设计人员需要全面掌握结构设计理论和材料性能与价格体系，在使建筑结构本身稳定性得到保证的前提下，满足业主需求的同时最大化降低成本。

3.4 选用灵活的结构形式

成本的优化与结构形式的选择直接相关，若结构形式过于笨重，后续对于一些施工材料的需求会耗费更多的成本。因此，灵活选用结构形式十分关键。例如，现阶段很多楼房的层数在6层以下，那么在设计之初，选取混合结构，就可以保证后续应用最少量的钢筋混凝土，满足建筑强度要求的同时，还能最大化降低成本；针对一些高层建筑，整体层数超出了6层，那么就要侧重于复杂的结构形式，但是需要特别注意一点，一旦选定了某种结构形式，即不可随意更改。现阶段，最受人们青睐的结构类型就是框架结构，可以根据具体的建筑类型，选取异形柱或者是矩形柱等。

4 结束语

总之，在整个建筑工程的建设过程中，成本控制贯穿其首尾，但根据大量的分析可以发现，对成本起到最重要作用的是结构设计阶段。为了最大化优化工程成本，保证设计质量，同时为后续的施工保驾护航，必须从结构设计阶段进行着手：在开展设计之前，就融入优化成本的理念；在设计的过程中，结合优化成本的方法，落实后续施工中的种种考虑，选取最具科学合理的结构形式；在结构设计最后阶段，仍然要开展系统的审核工作，避免出现问题，导致后续成本增加。设计人员也要不断提升自身的设计能力，学习并掌握更多成本优化技能，才能确保在最初的建筑结构设计阶段，更好地优化成本，为后续的施工建设奠定坚实的基础，控制整体的成本，最终促进建筑企业持续稳定发展。