浅谈建筑结构设计成本优化

陈德勤

（贵阳市建筑设计院有限公司 贵州贵阳　550003）

浅谈建筑结构设计成本优化

陈德勤

（贵阳市建筑设计院有限公司 贵州贵阳550003）

本文主要对建筑结构设计成本优化做了分析。研究内容包括建筑结构成本优化的内涵性质概述，并对建筑结构设计成本优化的影响因素做了详尽的阐述，以及结构设计成本优化的方法做了介绍。其中，重点论述了建筑结构设计成本优化影响和方法，并以提高结构设计的合理性为出发点，为建筑工程的结构设计成本优化提供帮助。

建筑结构；设计成本；结构优化

引言

随着现代经济的飞速发展和生活水平的日益提高，建筑结构设计在房屋设计中所处的地位也越来越高。所以，建筑结构设计优化直接影响到当今建筑企业的发展。此外，我国节约型经济社会在加大建设力度，无论是工程施工还是结构设计都要注重其质量的保障，这不得不使得建筑结构设计须考虑其功能成本的完善和优化。

1　建筑结构设计成本优化综述

建筑结构设计成本的过程包括（如图1所示）：成本优化是建设项目规划和具体描述实施意图，建筑结构优化设计处理是技术与经济处理的关键性环节。建筑结构包括楼屋盖系统结构、细部基础和结构维护几部分。若进一步细分，则可化为：房屋内部基础结构优化；房屋维护方面和优化设计的细节和总体结构；楼屋盖结构优化设计和房屋造价优化控制设计等。设计人员在设计需要充分考虑到这些部分的受力情况，以及造价和布置等因素，才能使建筑结构在满足人们日常需求的基础上，最终达到经济效益最大化。结构设计的优化是让空间的延展性和资源的利用率，得到合理的分配，实现建筑材料和设备的充分使用。这样建成的房屋不仅安全舒适和美观，而且比一般的房屋在造价方面更为节省。从长远发展来看，建筑优化设计的理念是一种可持续发展的观念，并在资源充分利用方面起到了关键的作用。

图1　建筑结构设计成本的过程

2　影响建筑结构设计成本优化的因素

在建筑结构设计成本优化中，零部件的结构设计是其中重要的基础环节。

2.1受力影响因素

所谓零部件的受力状况是指载荷性质的大小以及方向，零部件的受力程度与其结构尺寸的规格有关。因此，在完成零部件的结构设计工作时，为避免承载能力不足所引发得成本损失，设计时应该注意零部件结构尺寸的设计以及用料的选择。但是其中有一定的原则，材料质量只有合乎标准，才能保证结构设计工作的质量。由此看来，选择承受力好的材料，应用于零件的结构设计中，不仅能够顺利完成设计任务，而且保证建筑设计质量，同时还可以节约设计成本，从而确保零件结构设计功能成本的有效投资。

2.2可行性的影响因素

零件的结构设计不能只从理论出发，重要的是结合实践，并考虑其结构设计的可操作性以及操作的难易程度。由于零件加工产生的成本消耗，和操作的难易度之间有着大的关系，所以设计的成本应考虑其结构的经济性、实用性以及可操作性。为了实现零件结构设计的功能成本优化，节约设计工作的资金投入，应尽量使零件的安装配置趋于自动化、简便化。零件的结构尺寸与其可靠性成正比，如果其结构设计能保证可靠性，那么该零件结构在一定的条件下，便可充分发挥其最大的利用率。

2.3部件的使用与养护维修

零件的寿命周期可分为两部分，即零部件的设计阶段和制造阶段。然而这两个阶段在零部件产品的使用以及维修中，有着经济和简便的作用。因此，加强对部件使用过程中的养护和管理，可以对零部件结构设计的功能成本投资，实现节约。

2.4有关设计材料费用的影响因素

随着零部件产品的结构设计不断复杂化，其对结构设计的成本费用也随之增加。由此而看，想要充分体现设计的经济和简便化，就应在零部件的结构设计中注重成本费用节约。在零部件结构设计的成本经济化发展中，还需注重零部件结构设计材料选择及其成本费用安排。此外还应注意部件造型的设计、材料特性以及材料资源的节约，尤其在贵重金属是使用中，其价格高于普通材料，所以必须通过合理的设计起到节约的作用。另外在零件结构设计中，常常容易忽略了材料的尺寸与实际尺寸的合理分配，增加了浪费，降低其利用率的。

2.5加工费用的影响因素

零件在结构设计过程中，其加工费用常被忽略，但其常是资金消耗最多的地方，同时也是资金投入较多的环节。因此，应当对零件的加工之前和加工期间做一个合理的划分，选出最具合理和经济的加工方法，并明确其标准的衡量指标，达到降低零部件的加工成本费用的目的。对于某些产品的使用费高于购置费的情况，其设计既要注意降低费用，又要注意加强低能耗、可靠性、高效率和维修方便的设计。

2.6有关其他费用的影响因素

除了上述所述的影响因素，其他因素还有包装费用、运输费用以及安装费用等，但是这部分费用往往不为设计人员所重视。

3　结构设计与成本之间的分析

对于特定的结构，其成本可用寿命周期成本来表示，则结构设计的功能与成本的相互关联。其中，设计变量是影响结构成本的功能关联因素。概念设计技术是遵从一般规律和实践经验，从房屋的多种设计方案中选择出最优化的方案，其中成本的计算必须考虑房屋结构的荷载量，并确定房屋结构的细节化处理、具体参数选择。只有综合考虑这些因素，如图2所示，才能最后选出最优化的方案。

图2　结构设计与成本之间的关系

4　结构设计成本优化的方法

4.1设计材料的优化

设计材料的优化，就是让建筑材料得到充分的利用，其取材环节尤为重要，合适的材料既可以满足使用的功能，又能提升房屋的建筑质量。当然，对于成本降低的最大化，必须在节省资源的同时，按规定采购材料，选择的材料性质必须满足质量指标。购买材料时，还需遵循经济实用原则，材料也要便于施工，保证施工的易操作性。

钢筋是建筑时最重要的材料之一，在选择时大部分设计人员都会注意钢筋的配置计算，但是很容易忽视钢筋的种类。虽然现在市场中钢筋的种类很多，但优化设计方案应该更注重满足设计承载力要求，并在此基础下，选择适合的钢筋种类和数量，从而降低资金的投入。

4.2设计方案的优化

房屋设计的方案对建筑成本的投入影响很大，所以一定要注意设计方案的选择。房屋的设计确定了建筑楼房的层数与层高，以及房间进深和开间大小，然而这些同样也影响了设计方案的资金投入等。一个最优的设计方案。其优势区别于普通的设计方案在于其差额中。最优的设计方案，在完成房屋性能相等的情况下，成本之间能的差额能在10～20%左右。在设计方案中，各部分比例结构占工程总成本的比例不相同，结构方案优化设计时，对工程成本的影响就不一样。方案优化设计还需有重点考虑，对不同的要点，关注度也是不同的。

4.3最适宜的基础形式选择

据相关数据分析统计，建筑基础的形式在房屋建筑投资成本中所占的比例为30%左右，所以建筑基础形式对的工程成本的有着一定的影响。合理的优化建筑工程的基础形式，有利于建筑工期及工序等。目前我国房屋的建筑主要针对高层或者超高层的楼宇建筑，所以对地基的选择是至关重要的。另外，基础结构的造价与地质条件之间存在的非常紧密联系，因此一定选择最好的基础优化形式。

4.4选择合理的结构形式

建筑结构形式中，各有不同的优势，其设计应该在不同的结构方案中，考虑房屋架构的受力情况，以及各方面经济状况，再根据不同地区差异，结合实际设计出成本低、性能好、质量优和安全度高的房屋。根据理论实践，7层以内的建筑物，混凝土的用量较少，而7～12层的建筑最好使用框架结构，并在合适的墙体处设置好抗震墙，以此达到既抗震，又节省材料的作用。对于12～20层的建筑物，同样易选择使用框架结构，但应该在适当的位置设置刚性筒体，增强房屋性能，实现材料最优化。

4.5配筋率合理配比

配筋率是建筑中一项基本且关键的方面，由于目前我国的建筑一般都是高层或超高层，导致钢筋的利用量很大。外加钢筋的价格也在不断的攀升，房屋建设的钢材成本也越来越大，因此合理的钢筋用量和配置会对建筑成本产生明显效果。合理的配筋率保证了房屋结构安全性和耐久性，房屋的实用性在其配比中要另外考虑。房屋结构规范的各项限值，以及合理的配置钢筋的各种规格都对房屋的实用性起到影响。所以建筑设计中要有效合理的控制钢筋用量，从而保证工程成本的最低化。

4.6计设管理成本的合理性

在建筑行业中，通过国家拨款的资金基本采用静态的计算方法。运算建筑成本时，基本不涉及资金时间的变动和其价值改变。但是现在情况有所改变，由于我国的经济体制日新变化，建筑工程的成本受其影响波动很大。资金的价值随着时间改变而改变，其动态的因素就是其中不可忽视的方面，优秀的建筑企业一定要有一套完整的动态管理系统，并以此来控制成本的支出。

5　结语

建筑结构设计成本优化，在结构设计方案的正确性、选材以及整体协调等方面均有影响。通过对设计方案的调整改进，不仅可以发挥各项材料的优势，还可以节约社会资源。但是，结构设计成本优化是一项复杂的工作，文中的优化方法基本上属于单因素方面问题，对于多因素方法，还有进一步探讨的空间。

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F275.3

A

1673-0038（2015）20-0130-02

2015-4-26

陈德勤（1979-），男，仡佬族，贵州道真人，工程师，大学本科，主要从事结构设计工作。