某多层智能电器制造钢结构厂房优化设计过程中的造价分析

余涛，牛全睿，李唱唱，张议帆

（中机第一设计研究院有限公司，合肥 230601）

1 工程概况

某多层智能电器制造厂房占地面积33 137.64 m2，总建筑面积为60 658.24 m2，厂房建筑层数为3层，局部为单层和2层，建筑高度为23.875 m(室外地坪至厂房屋脊平均高度）。厂房结构形式为门式刚架结构及钢框架结构，抗震设防烈度为7度。主体结构设计使用年限为50年，厂房屋面防水等级为II级。本建筑物生产的火灾危险性及生产类别为戊类，耐火等级为二级。建筑行业建设项目设计规模为大型。其效果图见图1。

图1 某智能电器制造厂房效果图

原设计方案中钢梁主要为热轧H型钢，钢柱主要为箱形柱，墙面围护结构为岩棉夹芯板加内板，窗户主要为幕墙窗，屋面设计有防水透气膜。

2 业主需求

业主在施工图设计方案讨论过程中希望能在原有设计方案的基础上进行优化设计，在保证工程整体质量的前提下优化建筑结构设计，在结构方面合理减少用钢量，在建筑方面合理优化，以期达到节省投资的目的。对于设计人员而言，对房屋建筑进行结构设计时，一定要注意在设计前期对优化技术的运用，从而降低成本，提升建筑的整体质量[1]。

3 优化过程

3.1 厂房主钢构优化

3.1.1 用焊接H型钢替代热轧H型钢

经过计算分析，原设计方案总用钢量约为5 850 t，在其他条件不变的情况下，可采用焊接H型钢替代热轧H型钢，大约能减少钢材490 t。

3.1.2 厂房顶层采用H型柱加柱间支撑替代箱型柱，同时减小下层部分箱形柱壁厚

多层厂房顶层原方案采用箱型截面提供双向刚度，现采用H型柱提供面内刚度，面外刚度采用设置柱间支撑的形式，但需要在每个纵向轴线设置4道柱间支撑。与此同时，下层的部分箱型柱壁厚能减薄。此方式合计减少用钢量约320 t。

3.1.3 柱梁节点优化

通过减小箱型柱内隔板、梁柱连接加劲板的厚度等方式进行了柱梁节点的优化，减少用钢量约30 t。

3.1.4 主梁采用变截面

原方案18 m跨度主梁为H1500 mm×350 mm×25 mm×28 mm，现一端改为H(1 500～1 000)mm×320 mm×25 mm×22 mm，中间改为H1 000 mm×300 mm×20 mm×22 mm，另一端改为H(1 000～1 500)mm×320 mm×25 mm×22 mm，减少用钢量约120 t。

3.1.5 优化单层及二层柱梁截面

通过优化单层及二层柱梁截面，框架梁由HN700 mm×300 mm×13 mm×24 mm改为H700 mm×240 mm×12 mm×12 mm，箱型柱由口800 mm×500 mm×28 mm×20 mm改为口800 mm×500 mm×25 mm×18 mm等，减少用钢量约60 t，具体优化前后主要柱梁截面对比详见表1。

3.2 围护结构优化

3.2.1 墙面围护结构调整

厂房墙面面积约1.4×104m2（不含门窗和幕墙），由原墙面围护结构岩棉夹芯板（0.8 mm外板+50 mm厚岩棉+0.5 mm内板）+内板调整为0.5 mm厚单层外板+75 mm厚保温棉+0.35 mm厚单层内板，调整后可节省120元/m2，减少投资约168万元。

3.2.2 墙面檩条优化

通过墙面单层压型钢板竖向排铺，取消部分次檩条，优化墙面檩条布置，在不改变墙面檩条的宽度和截面高度的情况下，减小部分墙面檩条的厚度，由2.5 mm减小为2.0 mm，合计减少檩条约45 t，减少投资约36万元。

3.2.3 屋面檩条优化

在不影响屋面板安装以及安全的前提下，不改变屋面檩条的宽度和厚度，通过减小屋面檩条的截面高度，由250 mm减小为220 mm，减少檩条约10 t，减少投资约8万元。

3.2.4 取消屋面防水透气膜

原设计方案厂房屋面做法中有防水透气膜，面积约为3.0×104m2，经与业主沟通，在不影响正常使用的情况下，取消屋面防水透气膜，取消后可节省10元/m2，减少投资约30万元。

3.2.5 玻璃幕墙窗优化

取消原设计部分玻璃幕墙，调整为普通窗，可节省造价。原设计玻璃幕墙面积约为2 400 m2，普通窗面积约为2 200 m2，原设计中部分玻璃幕墙可改为普通窗，修改后玻璃幕墙面积变为1 400 m2，普通窗面积变为3 200 m2，减少玻璃幕墙约1 000 m2，玻璃幕墙调整为普通窗后可节省350元/m2，减少投资约35万元。

4 造价分析

通过对厂房主钢构及围护结构的优化，节约用钢量及节省投资情况详见表2，其中主钢构单价按9 000元/t计算，檩条单价按8 000元/t计算。

表2 优化后造价分析表

根据优化过程，结合优化后造价分析表来分析得出，总用钢量从原来的5 850 t减少至4 775 t，合计减少用钢量1 075 t，减少比例约18.4%，用钢量从原来的96.4 kg/m2降低至78.7kg/m2，节省投资1195万元，优化后经济效果显著。在节省的投资中，厂房主钢构优化后节省918万元，占比约76.8%，围护结构优化后节省277万元，占比约23.2%，从中不难看出厂房主钢构优化占主要部分，围护结构优化占次要部分，故在钢结构厂房建筑结构优化过程中应该更加侧重主钢构的优化。目前，该厂房已经投入使用，为业主节约了大量投资，取得了良好的经济效益。

5 经验总结

在建筑水平多样化的时代背景下，要想在节约建筑成本与满足实际需求中形成有效统一，就必定需要合理进行建筑结构优化设计。首先，建筑结构优化设计能够在资源上节约成本的支出，发挥资源的最大功效；其次，建筑结构优化设计符合一定的经济发展原理，对建设资金，建筑质量，设计理念都能做到合理优化；最后，建筑结构优化设计对于建筑行业的发展以及未来的经济可持续性发展都发挥着至关重要的作用。

结构设计优化应贯穿项目设计阶段及施工阶段的始终[2]。本工程在项目设计阶段从厂房主钢构和围护结构两个方面进行了建筑结构优化设计，通过实际案例的分析能给类似工程项目提供一个设计优化的思路和方向，使建筑结构设计方案在经济性上更具优势，在发展理念上具有更趋合理，从而满足工程的实际需求，达到期望的效果，赢得业主的认可。