结构设计如何优化结构设计减少建设投资成本

【摘要】通过优化结构设计来控制建设投资成本是一个综合性问题， 不能只节约投资， 还要正确处理技术与经济问题。在设计中要强调节约，还要注意技术上的合理要求， 争取使建设投资项目达到美学要求， 又要反对重技术轻经济、设计浪费的问题。建筑物就是一个工程浩大的艺术品，精美的建筑是设计师把建筑的美观设计与结构设计相互密切配合的结果。建筑结构设计要达到适用、安全、经济、美观和方便施工的要求。通过有限资源的最大化效果发挥，实现经济化、实用性和适用性的最终目标。
关键词：建筑设计结构优化减少成本

一、结构设计优化方法的理论体现

在从事工程项目和结构设计时，除了考虑设计对象的基本使用功能及安全可靠性外，还应该考虑到把它设计对象设计得尽可能完美。这就是工程和结构的最优化问题。用科学的语言来描述就是：利用确定的数学方法，在所有可能的设计方案中，找到能够满足预定目标的最好方案。结构设计优化方法从建设理论上分析，主要体现在建设工程结构的优化设计和工程结构总体的优化设计两方面。后者的优化设计包括：系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。穿插其中的，还包含选型、布置、受力分析、造价分析等项目，在实施过程中，还应该按照一切从实际出发的原则，根据工程的实际情况，围绕工程的综合经济效益的目标进行结构优化设计。设计者在保证安全的前提下，应该敢于挑战新的结构形式。在结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，平面布置应尽量规则，对称，尽量缩小质量中心和刚度中心的差异；使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。竖向布置上，在满足功能要求的前提下，尽量使竖向承重构件上下贯通；能不使用转换层的就应避免使用，以减小结构分析和设计上的困难，另外也不经济，还容易造成应力集中；竖向刚度最好不要突变，而要渐变，否则突变处在水平荷载作用下会出现严
重的应力集中现象，这对结构抵抗水平

怎么写论文www.udooo.com

动力荷载是十分不利的。

二、结构设计优化技术的现实意义

建筑结构设计优化技术在结构设计中，可以达到“物美价廉”的效果，不但实现了建筑的美观、实用，而且在节省造价方面也有突出的效果。每一个建筑商都希望，在满足建筑结构长远效益的前提下，最大程度地减少建筑结构的近期投资，同时保证建筑物结构的可靠度和科学合理性。如此，才能实现可持续发展，实现更多、更大的市场收益。与传统房屋结构设计相比，采用设计优化方法则可以使建筑工程造价降低 6% ～35%。优化方法的技术性实现，可以最合理的利用材料的性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调，并具有建筑规范所规定的安全度。同时，它还可为建筑整体性方案设计进行合理的决策，优化技术是实现建筑设计的“适用、经济和安全”目标的有效途径。

三、结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤

3.1 结构优化模型

房屋结构整体优化设计方法分以按 3个步骤进行。首先，选择设计变量。一般把对设计要求起主要影响作用的参数作为设计变量，如目标控制参数和约束控制参数；而将那些对设计要求来讲，变化范围不大或是根据结构要求或局部性的设计考虑就能满足设计要求的参数等作为预定参数，这可以大大减少设计、计算和编制程序的工作量；其次，确定目标函数。寻求一组满足预定条件的截面几何尺寸和钢筋截面积以及失效概率，从而使总费用最小；第三，确定约束条件。房屋结构基于可靠度优化设计的约束条件，则包括尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝宽度约束、构件单元约束、结构体系约束、从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。在设计中，要使结构优化设计应用于实际房屋结构工程，则是用房屋结构设计中实际的约束条件与目标约束条件相比较，保证各约束条件都符合现行规范的要求，以实现最优设计。

3.2优化设计方案

房屋结构基于可靠度的优化设计问题属于比较复杂的多变量、多约束非线性优化问题，在计算过程中，通常是将有约束优化问题转化为无约束问题求解。可以利用的优化设计计算方法有复合形法、拉氏乘子法、Powell法等。

3.3 进行程序设计

根据基于可靠度的结构优化模型和选择的优化设计计算方法，编制功能齐全、运算速度快的综合程序。如：midas，etabs，strat等。

3.4 结果分析

分析计算结果，确定最好的设计方案。在执行以上步骤的过程中，必须要全方位、多角度考虑问题。这主要是因为建设投资是一项耗资巨大的工程，涉及到的方面比较复杂，因此，必须进行总法规和考虑，不能仅仅为了节约资金投入而忽视了设计的优化作用。要正确处理技术与经济的对立统一是控制投资的关键环节。设计中既要反对片面强调节约，忽视技术上的合理要求，使项目达不到功能的倾向，又要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。

四、建设项目的设计与计划阶段决定建筑产品价值形成

它对建设项目的建设工期、工程造价、工程质量以及建成后能否产生较好的经济效益和使用效益起到决定性的作用。从国内外工程实践及造价资料分析表明， 在初步设计阶段， 影响项目投资的可能性为75% ～ 95%； 在技术设计阶段， 影响项目投资的可能性为35%～ 75%； 在施工图设计阶段， 影响项目投资的可能性为5%～ 35%。因此， 重视设计阶段的造价管理， 可以有效解决建设项目总造价偏高的危险。随着房地产企业跨区域、集团化开发的增多以及楼市成本管理的日趋重视， 房地产企业越来越重视设计阶段的成本控制。笔者通过某项目的过程参与， 就结构设计而言谈几点体会。
首先在方案阶段应对有关经济技术指标与成本投资进行测算、权衡针对楼面地价在总房价中不占主导地位的区域， 追求容积率（建筑面积）最大化已并非赢取最大利润的唯一办法。有些情况下尽管销售面积增加了， 一些相关的配套要求也随之提高， 比如车位数， 在向地下争取空间的同时建筑成本也在不成比例的增加。另外建筑高度的增加有时也会提高消防要求或提高结构自身的要求， 从而加大了设备的投入或结构含钢量。因此在投入产出比低下的情况下， 不如牺牲一些面积来提高产品的品质进行计算。其次加强初步设计和施工图设计阶段与设计的沟通目前设计的安全性已有强制监督， 然而经济性、合理性并无统一的标准。在这个阶段与设计沟通好、衔接好可节约大量的成本， 在工程实践中可从以下几个方面进行控制。
恒载在目前工程中可调整的取值是墙体自重。目前设计的隔墙以加气混凝土砌块为主， 但在钢筋混凝土结构中由于其自重大直接导致了梁、柱、基础的投入加大； 另外它在空间利用上也不如其他轻质墙体有优势。所以只要我们控制好施工质量， 应建议多用其他轻质墙体， 从结构计算的源头控制成本。另如屋顶花园或地下室覆土厚度等都应根据工程惯例给设计提供准确的参数， 避免储而不用。比如， 在一些综合性大楼的活荷载选用上， 应尽可能把已明确功能的部位告知设计， 避免取值有偏差。
同一种地质条件下可设计出不同的基础形式， 其造价各不相同， 而地下工程是目前造价中可变因素最多的， 所以选择经济、合理的基础形式至关重要 。房产企业可以要求设计单位提供不同的基础形式进行安全性、经济性的比较； 并对选用不同的基础形式后整个结构的综合造价进行比较， 因为有时尽管桩的造价是低的， 但相应的底板、承台及整个上部结构加强可能会带来更多的费用； 此外还需结合工期等因素一并进行评估比选。现在已有设计单位在不增加设计费用的前提下为甲方提供这种不同基础形式比选的怎么写作。
在确定好基础形式后， 准确确定桩的承载力同样重要。目前习惯于在工程桩中试桩， 这其实已失去了试桩的意义， 无非是

源于：免费论文查重www.udooo.com

再验证一下设计的估算及检查施工质量而已。真正的试桩应该起到为工程设计提供准确的桩基承载力及摸索施工技术参数的作用。在目前地质勘察报告普遍比较保守的情况下， 如何节约桩基的成本， 应该发挥试桩的作用（考证其究竟有多大的承载力， 可避免把大量的安全储备放在地下， 减少桩数节约造价， 也可避免在工程桩中试桩出现承载力不足的尴尬） ， 在大规模的小区开发中试桩更是有其经济价值。从设计周期看， 试桩需要的时间还是具备的， 而且新型的测桩手段（如自平衡等）也大大节约了测桩的成本和时间。从工程应用上看， 只要布置合理， 试桩最后也能作工程桩用。而试桩本身产生的零星费用与桩基优化节约的成本比是很值得的。
在结构设计中， 从材料的力学指标、荷载取值、计算模式、截面设计、配筋等各个环节上都留了富裕量， 所以在普通的住宅设计中只要考虑合理的可靠度即可。目前有了施工图审查这一环节使得房产企业有机会接触到设计单位的原始计算数据， 从而可以通过计算书复核其结构设计过程中的经济性。比如荷载及相关计算参数的选取是否符合实际， 计算前后钢筋等级、混凝土等级及配筋量是否一致， 有没有采取重复计算的多重保险等。
因为很多构造措施并无计算依据可查， 只有经验或规范中的参考取值。在这种可上可下的措施中， 房产企业应牢牢向设计人员灌输成本控制的原则： 够了就好。比如一些分布筋、暗梁、暗柱的构造配筋， 裂缝控制构造筋， 构造柱设置等。还比如像一些外加剂， 其试验效果可能是很好， 但设计人员在选用它们时并不会因为它有利的一面而去削弱其他的措施， 只是更加保险而已， 在这种情况下只要能与设计协商就尽量不用。
设计单位经常会选用一些新材料、新工艺， 而新材料、新工艺往往又掌握在少数人手中， 短时间很难对其性价比作出评估， 所以在大规模开发中， 房产企业和设计单位要慎用。
房产企业可依托已有的工程经验、工程实例作参考比较， 提供一些行之有效的方法、建议。另外也可以依托大量的预决算数据， 统计出一些同区域下类似结构的经济技术指标， 比如含钢量、单方造价等， 作为对设计质量的约束控制， 制订奖惩协议， 也促使设计单位完善其成本控制的措施。
如果能衔接好， 房产企业在花了同样的审查费用的情况下， 既可请专家审核其结构的安全性是否符合规范， 又可请其对经济性进行顾问。有时他们一个意见或建议省下的费用可能就远远不止付出的费用。
对于设计这个特殊的行业有时发现问题容易， 但要修正起来就比较繁琐， 为此房产企业要配备相对固定的资深专业人员， 本着以相互探讨、交流、互相受益为出发点， 全过程跟踪设计， 与设计人员沟通好， 及时发现问题并加以修正落实。随着设计公司市场意识、怎么写作意识的加强， 这种沟通会越来越畅通， 这同时也将促使工程管理更具专业水准。
总之，建筑结构优化设计方法的研究是一个非常复杂的综合决策问题。适用、安全、经济、美观和便于施工是进行建筑工程设计的一般原则，而这5个方面各有所重，又互为矛盾，一个优秀的设计往往是这5个方面的最佳结合。我们需在实践过程中多实践、多探索，以最低的造价实现最佳的经济效益，实现经济、合理和美观的设计要求。
参考文献 ：
邹俊 建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的现实应用 重庆市设计院
杨英姿 浅谈如何在建筑结构设计环节中控制开发成本 山西建筑
[3] 张红友 优化结构设计减少建设投资成本 陕西建筑