建筑结构选型的经济性考虑

许 歆

华夏水利水电股份有限公司荆堤房地产综合开发公司（434000）

0 引言

影响建筑结构选型的因素很多[1]，例如建筑物的功能、建筑材料、施工技术水平、结构设计理论等等。《混凝土结构设计规范》[2]等多本建筑结构设计规范中提到要:“贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量”。因此，经济性是建筑结构选型与设计中所必须考虑的一个重要因素，在结构选型时应该进行经济比选。

1 建筑结构选型及其与经济性的关系

根据建筑物的功能要求方可进行结构的选型。如对于高层建筑，在选型上可以考虑框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、框筒结构以及筒中筒结构等，在用材上可考虑钢结构、钢筋混凝土结构、组合结构等。

影响建筑结构选型的因素很多,从建筑设计的角度来看，结构选型应首先满足建筑使用功能的要求,其次应满足建筑造型艺术的要求,最后还要适应未来发展与灵活改造的需要;从结构设计的角度来看，结构型式要符合现行有关规范，要有正确的结构概念设计、先进的结构理论概念、合理的传力途径、合理的应力分布、合理的破坏机制、抗风的有效性与合理性、抗震的可靠性与安全性等;从建筑施工的角度来看，结构选型要有利于建筑工业化、有利于施工操作、有利于控制质量、有利于缩短工期、有利于节约造价；从建筑设备的角度来看，结构要便于设备的安装与检修、便于管道、线路的布设与检修，并能保证设备的正常运行；从建筑材料的角度，结构型式应便于轻质高强材料、新型建筑材料和组合结构体系的应用；从经济角度看，结构选型应能减少和降低单位面积的自重、单位面积的材料用量、单位面积的造价、单位面积的用工量。

对于大多数建筑物,工程造价中约有50%～70%用于结构工程,而且结构工程的施工工期也约占建筑物施工总工期的2/3左右。因此抓好结构工程对于建筑工程建设的质量控制、投资控制和进度控制有十分重要的作用[3]。而结构工程的关键在于结构选型，选型不当,即使结构计算很精确，也有可能给结构的安全使用及耐久性带来无法弥补的缺陷，以致延误工期，提高工程造价。所以结构选型对于结构的全寿命优化有着举足轻重的作用。

建筑结构体系的选型[4]通常要遵循一定的原则，它不仅考虑到建筑设计、结构设计、建筑施工的要求，而且要从建筑设备安装，结构选材方面进行考虑。最后还需考虑各种结构体系的综合经济指标。只有在结构选型阶段综合考虑了以上各方面因素之后,才能为以后单体结构的优化设计打下一个良好的基础,才有可能使结构全寿命设计达到一个相对最优的满意解。

2 结构选型的综合经济分析法

结构型式对于投资控制和经济性的影响是错综复杂的，例如,不但要考虑某个结构方案付诸实施时的一次性投资费用，还要考虑其全寿命期费用；除了考虑以货币指标核算结构的建造成本外,还要从节省材料消耗和节约劳动力等各项指标来衡量;而建设速度与一次性初始投资也具有密切关系，加快竣工速度可以较快地回收投资。因此，衡量结构方案的经济性的手段是进行综合经济分析，综合多方面的因素来考虑的。

2.1 建筑工程直接费用的综合考虑

众所周知，建筑工程的直接费用主要由人工费、材料费、施工机械使用费三部分组成,因此在一般条件下节省材料消耗量必将节省投资费用。但是某些情况也不尽然。例如，平板空间钢网架结构由于受力合理，和普通平面钢结构相比，每平米建筑面积的用钢量可以有较大的节约。当跨度为80 m及100 m时,平板钢网架结构的每平米用钢量分别约为46 kg及57 kg；而普通钢屋架则分别约为125 kg及135 kg。但由于网架多采用钢管,和一般平面钢屋架采用角钢相比每吨单价较高，而且又由于网架结构多采用球节点，加工费用较高，网架的制作安装也较复杂。所以对于大跨度结构，采用平板空间钢网架结构肯定可以降低工程造价,但对于跨度较小的情况，采用网架结构不一定比普通钢屋架经济。在一般条件下，材料消耗的节约和劳动力用量的节约是一致的。

2.2 材料、结构方案的综合考虑

新型建筑材料可能单价较高，但能给建筑物整体造价带来好处。例如轻骨料混凝土，它的单价比普通混凝土高，但由于采用轻骨料混凝土后,结构自重减轻而使基础造价降低以及结构断面尺寸的减少可能有利于建筑物总造价的节约。这种情况常出现在基础设计中。例如，某高层住宅工程为框架—剪力墙体系，地面以上15层，局部16层，层高2.7 m，建筑总高度44.2 m，地基承载力标准值120 kPa，采用陶粒混凝土预制大楼板,内、外填充墙分别采用100mm及200mm厚的加气混凝土砌块，每层平均重量仅为8.31 kN/m2，而一般框架—剪力墙体系的高层住宅每层平均重量约为12～13 kN/m2。因此该高层建筑采用天然地基箱形基础，从而大大减少了基础费用。又如在一定跨度条件下密肋楼板与梁板结构的比较。采用密肋楼板由于单位面积用钢量较高以及模壳费用较高,每平米建筑面积的造价可能高于普通梁板结构，但由于采用密肋楼板后使结构高度降低，因此可降低建筑物层高而带来的综合经济效益可能更大。

2.3 土地资源与能源的综合考虑

随着中国经济的快速发展，资源的消耗也越来越严重，特别是土地资源,可利用土地面积正在以前所未有的速度大幅度减少，人多地少的矛盾已成为突出问题。因此，在进行结构方案经济性分析时,不仅要考虑结构方案的一次性投资费用，而且应尽量选择节约土地资源的方案。

高层住宅结构方案和多层住宅的结构方案相比,造价高60%～100%，此外高层住宅在使用功能上及使用维护费用上和多层住宅相比都占劣势。但是全国许多城市尤其是人口密集的大中城市在近年来已积极建造高层住宅,其主要考虑因素是节约建设用地。

能源问题已成为限制我国经济发展的又一大瓶颈。在进行建筑结构方案选择时应考虑节约建造建筑结构所需的能源。节约生产能耗将越来越成为选用结构材料及结构方案的重要考虑因素。据统计分析，具有相同荷载能力的钢筋混凝土构件的总耗能值(包括原料采运、冶炼、铸造、拌和、浇筑、捣固直到使用前的总耗能值折算成石油消耗量)比采用钢结构构件节省2/3左右。

我国建筑能耗约占全国总能耗的25%～30%,随着人民生活水平提高，建筑能耗在我国总能耗中所占比例还将增加。根据国内外分析，日常使用能耗占建筑总能耗的90%以上，因此建筑节能的重点为日常使用能耗,其中尤以采暖及空调耗能为主。因此在结构选型中要重视建筑节能以达到建筑在使用过程中的经济、环保。

2.4 建筑施工周期的综合考虑

建筑工程由于投资巨大，施工周期一般较长。结构施工周期的缩短可以使整个建筑更早地投入使用，取得经营收入，同时还可以缩短贷款建设的还贷时间，从而减少还贷利息。因此，即使结构方案的一次性投资费用较高，但其施工周期短，也可能是经济的方案。众所周知，钢结构的工程造价比钢筋混凝土结构要高得多,但是钢结构也有许多突出的优点，其中，钢结构比钢筋混凝土结构缩短工期1/3～1/2，由此产生的时间效益对造价的补偿不可低估。所以，在建筑结构方案选型时应考虑施工周期对整个建设成本的综合影响。

2.5 结构全寿命期费用的综合考虑

在进行结构方案的经济性分析时,只考虑一次性投资费用是不够全面的。一幢建筑物在其整个使用寿命期内还会发生其它费用，如结构的一般维护、维修费用，灾后的重建费用等等。而这些费用的数额往往也是不容忽视的，在进行结构选型时也应予以考虑。例如，对于一幢高层建筑[5]，如果结构方案采用钢结构，则由于钢材易于锈蚀，在整个建筑物投入使用后,必须对钢结构构件进行定期的防锈蚀处理和维护，从建筑的整个使用寿命期来看，这一笔维护费用的数额是巨大的。但如果结构方案采用钢筋混凝土结构，则基本上不需要对结构构件进行维护,从建筑的整个使用寿命期来看，基本上不存在发生于结构构件的维护费用。当对类似的高层建筑进行结构方案的选择时，就要综合考虑，权衡各方面利弊，从结构的全寿命期来进行综合经济分析，才能得出令人满意的决策结论。

3 结语

任何国家的工程建设实践都必须考虑提高投资的经济效益。我国长期以来确定的建设方针是“适用、经济、安全、美观”，把经济放在重要地位。在从经济性的角度来进行建筑结构选型时需要全面地考虑,最终得到一个平衡多方面因素的最优方案。

[1]叶浩波.高层建筑结构选型影响因素分析[J].中国高新技术企业,2007,(13):153-154

[2]GB50010-2002,混凝土结构设计规范[S]

[3]田世宇.建设工程投资控制[M].北京:知识产权出版社,2003

[4]王湛.建筑结构选型[M].广州:华南理工大学出版社,2009

[5]陈杰.论高层建筑结构的选型[J].上海建材,2009,(15)