工程設計階段的工程造價控制

PAGE工程設計階段的工程造價控制PAGE1摘要在工程的設計階段影響設計方案選擇的因素較多，同時設計者的靈活性也較大。往往一個項目可以有多個建筑方案，但一個先進的設計方案，一方面是應具有技術上的先進性，同時還必須與其他方案相比具有更好的經(jīng)濟性。設計階段投資控制的核心任務就是尋求技術與經(jīng)濟的最佳結合點，而控制工程造價最有效的手段就是做到技術與經(jīng)濟相結合。本文針對工程造價管理的現(xiàn)狀和存在的問題，在深入分析設計階段影響工程造價因素的基礎上，結合設計階段控制工程造價的特點，提出了有效地控制設計階段工程造價的途徑和方法。通過對柯橋世貿名流商務寫字樓設計方案優(yōu)化的案例分析，對進一步完善設計階段工程造價控制提出了一些有益的建議和控制措施。關鍵詞造價控制；結構設計；優(yōu)化設計；設計方案

目錄摘要 4目錄 5前言 11工程設計階段造價控制的現(xiàn)狀 31.1強調限額設計 31.2標準設計意識不足 31.3設計保守和華而不實 41.4技術和經(jīng)濟結合不夠 42工程設計、設計程序及工程設計的基本原則 52.1工程設計的含義 52.2設計程序 52.3工程設計的基本原則 73設計階段影響工程造價的因素 83.1總平面設計 83.2工藝設計 83.3建筑設計 94加強工程設計階段造價控制的策略探討 124.1優(yōu)化設計 124.1.1數(shù)學模型124.1.2價值工程144.1.3運用設計軟件144.2加強設計方案的選擇 155設計階段造價控制實例 175.1工程概況 175.2案例分析 175.1.1控制結構剛度，輕結構自重175.1.2采用不同的樁型，充分利用樁基承載力 195.1.3采用扁寬梁樓蓋，減少基坑開挖深度 …………..215.1.4合理利用地下室側壁，減小基坑支護計算深度215.3分析結果226結論 237致謝 248參考文獻 25中國地質大學網(wǎng)絡教育學院本科畢業(yè)論文試析混凝土的施工溫度與裂縫前言所謂建設工程造價控制就是在投資決策階段、設計階段、建設項目發(fā)包階段和建設實施階段，把建設工程造價的發(fā)生控制在批準的造價限額以內，隨時糾正發(fā)生的偏差，以保證項目管理目標的實現(xiàn)，以求在各個建設項目中能合理使用人力、物力、財力，取得較好的投資效益和社會效益[1]。一個項目是否盈利，工程的造價控制起著至關重要的作用。工程建設日新月異，但很多工程項目的投資都沒有得到有效控制，都出現(xiàn)了“三超”現(xiàn)象（概算超估算、預算超概算、決算超預算），還有很多工程出現(xiàn)了肥梁、胖柱、深基礎，這些都對工程的投資造成了很大的浪費。形成這些問題的很大一部分原因就是沒有處理好項目設計階段技術和經(jīng)濟結合的問題，沒有對項目的方案進行經(jīng)濟論證，沒有在設計階段進行造價控制研究。大多數(shù)建設單位普遍都不重視工程項目前期階段的決策和設計等的造價控制，而是把精力主要放在了施工招投標或者施工過程管理上，認為做好這些工作就是做好了項目造價控制的全部。因為造價控制是看不見摸不著的，所以在設計階段，無論是方案設計、初步設計或是施工圖設計，建設單位對設計院的工作不持懷疑態(tài)度，對圖紙更是認定為理所當然和正確唯一的，對設計階段造價控制自然沒有主觀能動作用，他們一般很少干涉設計院。其實，到了施工階段，已是木已成舟的事后控制，這樣做盡管也有效果，但所能起到的控制作用已微乎其微。據(jù)有關資料分析[2]，投資決策階段對整個項目造價的影響為75％～95％，設計階段為35％～75％，施工階段為5％～35％，竣工階段為0～5％。因此，設計階段工程造價的控制成為關鍵，其中建筑結構設計又占有相當比重，如何在結構設計時經(jīng)濟選型成為控制工程造價的重點內容?？刂谱≡O計階段工程造價，就等于抓住了工程造價控制的關鍵環(huán)節(jié)，會產生事半功倍的效果。工程造價控制貫穿于整個工程建設的全過程，在全過程的投資控制中，設計環(huán)節(jié)是造價控制的重點，是核心環(huán)節(jié)。目前我國在建設項目的管理上，在設計階段對項目投資控制重視不夠，政府推行設計監(jiān)理的力度也不夠，沒有完全使投資項目在技術與經(jīng)濟達到和諧的統(tǒng)一。本文從結構設計與工程造價的關系入手，說明了設計階段是影響工程造價最重要的階段。就加強設計階段工程造價控制，重點討論了總平面設計、工藝設計、建筑設計等對工程造價的影響，并結合工程實踐，提出了相應控制工程造價的具體措施和優(yōu)化設計方法，使技術與經(jīng)濟得到了有機結合，并針對目前在工程設計階段對投資控制工作力度不夠的狀況，結合我國實際情況，主要從以下幾個方面進行研究：(1)分析工程造價的全過程分析及其影響因素；(2)提出從設計階段進行工程造價控制的方法和途徑；(3)結合具體工程設計分析設計階段進行工程造價控制的影響因素。

一工程設計階段造價控制的現(xiàn)狀1.1強調限額設計限額設計是工程建設領域控制投資支出，有效使用建設資金的重要措施，在一定階段一定程度上很好地解決了工程項目特別是政府工程在建設過程中技術與經(jīng)濟的對立與統(tǒng)一的關系[3]。但限額設計也存在著一定的不足，主要表現(xiàn)在[4]：(1)過分強調限額設計的重要性。過分強調使得價值工程中有兩條提高價值的途徑在限額設計中不能得到充分運用，即造價不變，功能提高，或造價提高，功能有更大的提高，尤其是后者在限額設計中受到極大限制，也就限制了設計人員在這兩方面的創(chuàng)造性；(2)被動地實行限額設計。本來限額設計應該在初步設計和施工圖設計之前，從而體現(xiàn)投資控制的主動性，但大多數(shù)的限額設計均在設計出來后，在與概算比較的過程中發(fā)現(xiàn)的，此時再按照限額設計進行調整，必然降低設計的合理性；(3)限額設計的限額均是一次性投入。對項目建成后的維護使用費，項目期滿后的報廢拆除費考慮較少，這樣可能出觀限額設計效果好，但項目的全壽命費用不一定很經(jīng)濟的現(xiàn)象。1.2標準設計意識不足工程建設標準和規(guī)范設計，來源于工程建設的實踐經(jīng)驗和科研成果，是工程建設必須遵循的科學依據(jù)，對降低工程造價有著很重要的影響。推廣標準設計有益于較大幅度地降低工程造價，具體表現(xiàn)在[5]：(1)節(jié)約設計費用，大大加快提供設計圖紙的速度，縮短設計周期；(2)構件的標準設計，能使工藝定形，容易提高工人技術，且提高勞動生產率以及統(tǒng)一配料、節(jié)約用料，有利于構配件的生產成本的大幅度降低；(3)可以使施工準備和定制預制構件等工作提前；(4)標準設計有較強的通用性，可大量重復使用，較為經(jīng)濟。在我國現(xiàn)階段對標準設計的要求是“只要有條件的都應該編制設計標準，推廣使用”。但現(xiàn)行的設計中標準設計和規(guī)范的使用情況并不理想。除了有的規(guī)范本身存在很大的不足外，大多數(shù)的設計單位仍然停留在“構件—設計—繪圖”的模式，對標準設計似乎忌諱莫深或者持有很強烈的懷疑態(tài)度[6]。標準設計和規(guī)范在很大程度上仍是停留在指導性文件的表層，并沒能發(fā)揮現(xiàn)有標準設計和規(guī)范應有的價值，更無從談起其在降低工程造價方面起到的作用。1.3設計保守和華而不實設計人員思想保守，致使設計產品性能雖好，但造價驚人[1]。由于建筑產品的質量安全涉及人們的生命財產，而且設計人員必須對建筑產品的設計質量在合理的使用期內終身負責，為了保險起見，一些設計人員在設計時，便加大安全系數(shù)，從而提高建筑產品的造價。設計不正?，F(xiàn)象中的另一種是設計的華而不實，此種設計片面追求美、奇、怪及豪華高檔，而忽視“既經(jīng)濟適用又美觀大方”的原則，這也造成了成本的大大提高。1.4技術和經(jīng)濟結合不夠長期以來,在工程建設領域,工程設計和投資控制工作聯(lián)系不夠。通常認為[7]:設計是設計人員的職責,造價控制是概預算人員的任務。當前，設計人員一般是根據(jù)設計委托書進行現(xiàn)場調查開展方案設計，側重設計產品安全實用、技術先進，但缺乏經(jīng)濟觀念，他們在不同的設計階段向概預算人員提供不同的編制數(shù)據(jù),以進行工程估價或預算。而概預算人對工程概況、現(xiàn)場情況了解很少,無法將各種影響因素考慮全面,這就為投資突破控制留下了隱患。概預算人員與設計人員配合不夠緊密，各干各的事，缺乏必要的工作協(xié)調與銜接，這種技術與經(jīng)濟相分離的狀況導致工程造價難以得到有效控制。所以工作中既要克服片面強調節(jié)約、忽視技術,又要反對重技術、輕經(jīng)濟、設計保守浪費現(xiàn)象。二工程設計、設計程序及工程設計的基本原則2.1工程設計的含義工程設計是指在工程開始施工之前，設計者根據(jù)已批準的設計任務書，為具體實現(xiàn)擬建項目的技術要求和經(jīng)濟要求，擬定建筑、安裝及設備制造等所需的規(guī)劃、圖紙、數(shù)據(jù)等技術文件的工作[2]。設計是對建設項目由計劃變?yōu)楝F(xiàn)實具有決定意義的一個工作階段，擬建工程在建設過程中能否保證進度、保證質量和節(jié)約投資，在很大程度上取決于設計質量的優(yōu)劣。工程建成后，除了項目決策之外，工程能否獲得滿意的經(jīng)濟效果，設計工作起著決定性的作用。設計工作的重要原則之一是保證設計的整體性，因此，設計工作必須按一定的程序進行。2.2設計程序建筑設計是一項復雜而綜合性強的專業(yè)技術工作。根據(jù)有關建筑設計方面的大量文獻和資料的統(tǒng)計研究結果，工程設計分為設計準備、初步方案、初步設計、技術設計、施工圖設計和設計交底和配合施工等六部分內容[8]。(1)設計準備建筑工程項目的委托和設計前期研究是建筑設計程序中的最初階段。通常業(yè)主將項目委托給設計單位后，一般由建筑師組織協(xié)助業(yè)主進行此方面的調查研究工作。主要的工作內容是根據(jù)業(yè)主的要求條件和意圖制定出建筑設計任務書，它包括以下幾方面的內容[9]：建筑功能的要求；建筑的規(guī)模和使用要求；基地周邊的自然環(huán)境條件；基地的現(xiàn)狀條件、給排水、電力、煤氣等市政條件和城市交通條件；能源綜合利用條件；防火、抗震等專業(yè)要求的條件；地區(qū)性的社會人文、地理、氣候等條件；建設周期和投資預算；經(jīng)濟利益和施工技術水平等要求的條件。根據(jù)建筑設計任務書的要求，首先設計單位要對建筑設計項目進行正式立項，然后建筑師和設計師同業(yè)主對建筑設計任務書中的要求詳細地進行各方面的調查和分析，按照建筑設計法規(guī)的相關規(guī)定進行針對性的可行性研究，歸納總結出研究報告后，才可進入下階段的設計工作。(2)初步方案根據(jù)業(yè)主的要求和建筑設計任務書，建筑師要構思出多個設計方案草圖提供給業(yè)主，針對每個設計方案的優(yōu)缺點和可行性與業(yè)主進行反復商討，最終確定某個既能滿足業(yè)主要求又符合建筑法規(guī)的相關規(guī)定的設計方案，并通過建筑CAD制圖、建筑效果圖和建筑模型等表現(xiàn)手段，提供給業(yè)主設計成果圖(方案設計圖)。業(yè)主再把方案設計圖和資料報送給當?shù)氐某鞘幸?guī)劃國土局和消防局等有關部門進行審批確認。(3)初步設計建筑師在方案設計圖經(jīng)過有關部門的審查通過后，根據(jù)審批的意見建議和業(yè)主提出的新的要求條件，對方案設計的內容進行相關的修改和調整，并著手組織各技術專業(yè)的設計配合工作。工業(yè)項目初步設計包括總平面設計、工藝設計和建筑設計三部分[9]。在項目設計組安排就緒后，建筑師同各專業(yè)的設計師對設計技術方面的內容進行反復探討和研究，相互交流各專業(yè)的技術設計要求和條件后，再進行初步設計的制圖工作。對于大部分的建筑工程項目，初步設計還需再次呈報當?shù)氐某鞘幸?guī)劃國土局和消防局等有關部門進行審批確認。在國內標準的建筑設計程序中，階段性的審查報批是不可缺少的重要環(huán)節(jié)，如審批未通過或在設計圖中仍存在著技術問題，設計單位將無法進入下階段的設計工作。(4)技術設計技術設計是初步設計的具體化，也是各種技術問題的定案階段。技術設計的詳細程度應能滿足確定設計方案中的重大技術問題、有關試驗和設備選制等方面的要求，并且保證根據(jù)它能編制施工圖和提出設備訂貨明細表。技術設計的著眼點，除體現(xiàn)初步設計的整體意圖外，還要考慮施工的方便易行，如果對初步設計中所確定的方案有所更改，應對更改部分編制修正概算書。對于不太復雜的工程，技術設計階段可以省略，把這個階段的一部分工作納入初步設計承擔技術設計部分任務的初步設計稱為擴大初步設計，另一部分留待施工圖設計階段進行。(5)施工圖設計設計單位的設計人員根據(jù)初步設計的審查意見建議和業(yè)主新的要求條件，對初步設計的內容需要進行修改和調整，在設計原則和設計技術，如各專業(yè)間基本沒有太大問題等方面，就要著手準備進行詳細的實施設計工作，也就是施工圖的設計。施工圖設計的深度應能滿足設備材料的選擇與確定、非標準設備的設計與加工制作、施工圖預算的編制、建筑工程施工和安裝的要求。(6)設計交底和配合施工在施工的準備過程中，建筑師和各專業(yè)設計師首先要向施工單位對施工設計圖、施工要求和構造作法進行交底說明。施工單位可能會根據(jù)施工的技術方法和特點對設計會提出合理化的建議和意見，設計單位就要對施工圖的設計內容進行局部的調整和修改，通常采用現(xiàn)場變更單的方式來解決圖紙中設計不完善的問題。另外建筑師和各專業(yè)設計師按照施工進度，會不定期地去現(xiàn)場對施工單位進行指導和查驗工作，從而也就達到了施工現(xiàn)場服務和配合的效果。2.3工程設計的基本原則工程設計要切合實際、安全適用、技術先進、經(jīng)濟合理，在滿足建設項目功能要求的同時，始終貫徹下列幾條基本原則[5]：(1)嚴格執(zhí)行國家現(xiàn)行的設計規(guī)范和國家批準的建設標準；(2)盡量采用標準化設計，積極推廣應用“可靠性設計方法”、“結構優(yōu)化設計方法”等現(xiàn)代設計方法；(3)注意因地制宜，就地取材，節(jié)省建設資金。在切實滿足建筑物功能要求的同時，千方百計地節(jié)約投資、節(jié)約各種資源，縮短建設工期；(4)積極采用技術上更加先進、經(jīng)濟上更加合理的新結構、新材料。三設計階段影響工程造價的因素設計階段是決策階段工作的延續(xù)，是可行性研究的深化和具體實現(xiàn)。因此，決策階段影響工程造價的因素仍然影響著工程造價，但是，項目的建設規(guī)模、建設地點、工藝流程及主要設備選型已經(jīng)確定，他們不再是影響造價的主要因素，項目設計階段影響工程造價的主要因素有總平面設計、工藝設計、建筑設計等[3]，三者都屬于初步設計階段，所以特別要做好這一階段的造價控制。3.1總平面設計總平面設計是指總圖運輸設計和總平面配置。主要包括的內容有：廠址方案、占地面積和土地利用情況，總圖運輸、主要建筑物和構筑物及公用設施的配置、外部運輸、水、電、氣及其他外部協(xié)作條件等[10]。正確合理的總平面設計可以大大減少建筑工程量，節(jié)約建設用地，節(jié)省建設投資，降低工程造價和項目運行后的使用成本，加快建設進度，還可以為城市建設和工業(yè)區(qū)創(chuàng)造完美的建筑藝術整體?？偲矫嬖O計是否合理對于整個設計方案的經(jīng)濟合理性有重大影響。總平面設計中影響工程造價的因素主要有[11]：(1)占地面積。占地面積的大小一方面影響征地費用的高低，另一方面也會影響管線布置成本及項目建成運營的運輸成本。因此，在總平面設計中應盡可能節(jié)約用地。(2)功能分區(qū)。無論是工業(yè)建筑還是民用建筑都有許多功能組成，這些功能之間相互聯(lián)系，相互制約。合理的功能分區(qū)既可以使建筑物的各項功能充分發(fā)揮，又可以使總平面布置緊湊、安全，避免大挖大填，減少土石方量和節(jié)約用地，降低工程造價。同時，合理的功能分區(qū)還可以使生產工藝流程順暢，運輸簡便，降低項目建成后的運營成本。3.2工藝設計工藝設計部分主要確定企業(yè)的技術水平。主要包括建設規(guī)模、標準和產品方案、工藝流程和主要設備的選型、主要原材料、燃料、供應“三廢”治理及環(huán)保措施。此外還包括生產組織及生產過程中的勞動定員情況等。按照建設程序，建設項目的工藝流程在可行性研究階段己經(jīng)確定。設計階段的任務就是嚴格按照批準的可行性研究報告的內容進行工藝技術方案的設計，確定從原料到產品整個生產過程的具體工藝流程和生產技術。3.3建筑設計建筑設計部分，要在考慮施工過程的合理組織和施工條件的基礎上，決定工程的立體平面設計和結構方案的工藝要求。建筑物和構筑物及公用輔助設施的設計標準，提出建筑工藝方案、暖氣通風、給排水等問題的簡要說明。在建筑設計階段影響工程造價的主要因素有[8]：(1)平面形狀。一般地說，建筑物平面形狀越簡單，它的單位面積造價就越低。當一座建筑物的平面又長又窄，或它的外形做得復雜而不規(guī)則時，其周長與建筑面積的比率必將增加，伴隨而來的是較高的單位造價。因此，建筑物平面形狀的設計應在滿足建筑物功能要求的前提下，降低建筑物周長與建筑面積比，充分注意建筑平面形狀的簡潔、布局的合理，可以對降低工程造價起到巨大的作用[12]。以矩形平面形狀建筑物進行比較，L型建筑比矩形建筑的圍護外墻增加了6.06%的工程數(shù)量，施工放線的費用也相應增加了40%，土方開挖的費用增加了18%，散水費用增加了4％，屋面費用增加了2%，就整幢建筑而言其單位造價增加了約5%左右。因此，建筑物平面形狀的設計應在滿足建筑物功能要求的前提下，降低建筑物周長與建筑面積比，充分注意建筑平面形狀的簡潔、布局的合理，可以對降低工程造價起到巨大的作用。(2)流通空間。建筑物的經(jīng)濟平面布置的主要目標之一是，在滿足建筑物使用要求的前提下，將流通空間減少到最小。因為門廳、過道、走廊、樓梯以及電梯井的流通空間都可以認為是“死空間”，都不能為了獲利目的而加以使用，但是卻需要相當多的采暖、采光、清掃和裝飾及其他方面的費用。(3)層高。在建筑面積不變的情況下，建筑層高增加會引起各項費用的增加：墻與隔墻及共有墻的粉刷、裝飾費用的提高；供暖空間體積增加，導致熱源及管道費增加；衛(wèi)生設備、上下水管道長度增加；樓梯間造價利電梯設備費用的增加；另外，由于施工垂直運輸量增加，可能增加屋面造價；如果出于層高增加而導致建筑物總高度增加很多，則還可能需要增加基礎造價。據(jù)有關資料分析[12]，住宅層高每降低10cm，可降低造價1.2%～1.5%。層高增加還可提高住宅區(qū)的建筑密度，節(jié)約征地費、拆遷費及市政設施費。如某綜合大樓施工圖設計時，會同設計人員對方案設計中的層高進行了反復討論，最后各層層高分別在原方案設計的基礎上降低了30cm，對中央空調設備、管道的設計高度也作了進一步調整，建筑物高度降低2.7m。從目前的使用效果來看沒有影響，該設計調整節(jié)省投資200(4)建筑物層數(shù)。毫無疑問，建筑工程總造價是隨著建筑物的層數(shù)增加而提高的。但是當建筑層數(shù)增加時，單位建筑面積所分攤的土地費用及外部流通空間費用將有所降低，從而使建筑物單位面積造價發(fā)生變化。建筑物層數(shù)對造價的影響，因建筑類型、形式和結構不同而不同，如果增加一個樓層不影響建筑物的結構形式，單位建筑面積的造價可能會降低。但是當建筑物超過一定層數(shù)時，結構形式就要改變，單位造價通常會增加。建筑物越高，電梯及樓梯的造價將有提高的趨勢，建筑物的維修費用也將增加，但是采暖費用有可能下降。(5)柱網(wǎng)布置。柱網(wǎng)布置是確定柱子的行距和間距的依據(jù)。柱網(wǎng)布置是否合理，對工程造價和建筑面積的利用效率都有較大的影響。由于科學技術的飛躍發(fā)展，生產設備和生產工藝都在不斷變化。為適應這種變化，廠房柱距和跨度應當適當擴大，以保證廠房有更大的靈活性，避免生產設備和工藝的改變受到柱網(wǎng)布置的限制。柱網(wǎng)的選擇與廠房中有無吊車、吊車的類型及噸位、屋頂?shù)某兄亟Y構以及廠房的高度等因素有關。對于單跨廠房，當柱間距不變時，跨度越大單位面積造價越低。因為除屋架外，其他結構架分攤在單位面積上的平均造價隨跨度的增大而減小，對于多跨廠房，當跨度不變時，中跨數(shù)目越多越經(jīng)濟。這是因為柱子和基礎分攤在單位面積上的造價減少。(6)建筑結構。建筑結構是指在建筑物（包括構筑物）中，由建筑材料做成用來承受各種荷載或者作用，以起骨架作用的空間受力體系。建筑結構按所用材料可分為砌體結構、鋼筋混凝土結構、鋼結構和木結構等。砌體結構具有就地取材、造價低廉、耐火性能好以及容易砌筑等優(yōu)點。有關資料研究表明，五層以下的建筑物，砌體結構比鋼筋混凝土結構經(jīng)濟。對于大多數(shù)多層辦公樓和高層公寓的主要框架工程來說，鋼筋混凝土比鋼結構便宜?；A工程的工期約占整個建筑物主體工程的25%～30%，造價約占總造價的10%～20%，它的造價與工程所在地的地質條件密切相關[13]，可見基礎工程對于造價的影響是非常大的。不僅如此，基礎結構更是全樓結構荷載的承擔者，如果地上標準層設計不合理就會大大增加基礎結構設計的浪費，這種情況在高層建筑中體現(xiàn)的更明顯。所以設計時應做好地質勘察報告的交底工作，并根據(jù)報告選擇合適的基礎型式，合理控制基礎的截面尺寸與埋深。如兩座相臨的辦公樓工程，根據(jù)地質勘探資料，設計基礎承載力及埋深相同，地面以上部分結構設計也相同，均為6層磚混結構，建筑面積3236m2；地面以下部分選用兩種基礎形式，1#樓過于考慮安全性，設計選用了鋼筋砼條形基礎，C20砼澆筑，M10水泥砂漿、MU10磚砌筑，基礎總造價為16.13萬元。在2#樓設計中，將基礎改為毛石條形基礎，用MU20毛石、M10水泥砂漿砌，基礎總造價為10.35萬元。通過對比，基礎建筑面積造價，1#樓為49.86元/m2，2#樓僅為31.98元/m2。在兩樓樓型、結構及使用功能相同，滿足地質條件安全使用的前提下，只將鋼筋砼條形基礎改為毛石條形基礎，基礎部分的造價減少了35.88%，這對整座辦公樓工程造價的控制起到了積極作用。四加強工程設計階段造價控制的策略探討4.1優(yōu)化設計建筑工程設計在優(yōu)化時的重要依據(jù)是將工程造價控制在合理范圍內，一幢建筑物在設計完成以后，它的建安工程造價的80%以上也就確定了，而多層住宅尤其如此[14]。因此。在設計階段控制工程造價有很大的實際意義。多層住宅一般結構簡單。建筑規(guī)模較小。它們的設計比較經(jīng)典，也比較成熟。過去，很多設計人員在設計過程中，非常重視建筑的安全、適用與美觀，很少去關心建筑的造價，認為用優(yōu)化設計來控制工程造價就設計過程而言勢必得不償失，他們把大量的精力花在方案設計、平面布置及結構計算上。下面來介紹幾種優(yōu)化結構設計的方法。數(shù)學模型鋼筋混凝土優(yōu)化設計就是讓結構在滿足承載力要求的情況下，使構件的混凝土、鋼筋用量的總價最少。以梁高寬、柱高寬為設計變量，利用矩陣位移法計算出構件的內力，進而再計算構件在滿足承載力和構造要求下的鋼筋面積[15]。在數(shù)學模型中設框架中梁、柱的數(shù)目分別為m，n，以整個框架造價最低可建立如下的目標函數(shù)：MinC=(4-1)式中——梁、柱的長度；——梁的寬度和高度；——梁、柱的鋼筋截面積；——柱的寬度和高度；——混凝土、鋼筋的價格。在優(yōu)化設計中，我們得保證構件能承受設計荷載值，即滿足承載力要求，設計者根據(jù)構件截面尺寸和材料確定出構件的最大承載力；用矩陣位移法計算框架結構在設計荷載值下各構件的內力。但構件最大承載力應大于等于構件在載荷作用下的構件內力，同時，構件尺寸大小應滿足規(guī)范上的一些要求,因此，約束條件為[15]：(1)梁縱筋的最小配筋率min(4-2)min=0.2%(2)梁超筋限制(4-3)(3)梁最小寬度(4-4)(4)梁高度限制(4-5)(5)柱最大配筋率(4-6)(6)柱最小配筋率(4-7)(7)柱最小截面尺寸(4-8)根據(jù)前面的分析，以框架結構造價最低的數(shù)學模型表示為： MinC=(4-9)S.tVi(x)≤0(i=1，2，…，l)(4-10)根據(jù)以上目標函數(shù)及約束條件，進過一定計算步驟可知：在滿足設計規(guī)范要求的前提下，框架構件的截面高度取得越大，混凝土所占造價的比例也越大，雖然配筋減少使主筋造價降低，但總的造價趨高；反之，構件的截面高度取得越小，混凝土所占造價的比例也越小，雖然配筋增加使主筋造價上升，但總的造價趨低；當然，構件截面高度取得太小，致使配筋太多反而使造價上升；這其中有一個搭配最為合理、最為經(jīng)濟的方案，正是運用數(shù)學模型的優(yōu)化方案。價值工程價值工程又稱為價值分析，是以最低的項目周期成本，可靠地實現(xiàn)所研究對象的必要功能，從而提高對象價值的思想方法和管理技術[16]，在建筑工程中是指建筑的某項功能與實現(xiàn)這一功能所需的費用(成本)的比值，公式表達式為[17]：V=(4-11)式中：V——研究對象的價值；F——研究對象的功能；C——研究對象的成本，即壽命周期成本。進行價值分析的目的是力求正確處理好功能與成本的關系，找出它們的最佳配置。其應用主要有以下幾種途徑[18]：(1)提高功能，降低成本；(2)功能不變，降低成本；(3)提高功能，成本不變；(4)功能略有下降，成本大幅降低；(5)功能大幅提高，成本略有上升。價值工程在結構設計中有獨特的優(yōu)勢，結構工程師應積極利用價值工程，在設計時合理地進價值分析。運用設計軟件目前我國建筑業(yè)中,如何正確運用設計軟件進行建筑結構設計計算,以滿足新規(guī)范的要求,是每個設計人員都非常關注的問題。以SATWE軟件為例，進行結構設計計算步驟的討論，對一個典型工程而言，使用結構軟件進行結構計算分整體參數(shù)計算、整體舍理性計算、構件優(yōu)化計算和抗震性能驗算四步較為科學[18]。(1)完成整體參數(shù)的正確設定。計算開始以前，設計人員首先要根據(jù)新規(guī)范的具體規(guī)定和軟件手冊對參數(shù)意義的描述，以及工程的實際情況，對軟件初始參數(shù)和特殊構件進行正確設置。但有幾個參數(shù)是關系到整體計算結果的，必須首先確定其合理取值，才能保證后續(xù)計算結果的正確性。這些參數(shù)包括振型組合數(shù)、最大地震力作用方向和結構基本周期等，在計算前很難估計，需要經(jīng)過試算才能得到。計算的目的是將這些對全局有控制作用的整體參數(shù)先行計算出來，正確設置，否則其后的計算結果與實際差別很大。(2)要確定整體結構的合理性。整體結構的科學性和合理性是新規(guī)范特別強調內容。新規(guī)范用于控制結構整體性的主要指標主要有：周期比、位移比、剛度比、層間受剪承載力之比、剛重比、剪重比等[19]。其中，周期比是控制結構扭轉效應的重要指標，它的目的是使抗側力的構件的平面布置更有效更合理，使結構不至出現(xiàn)過的扭轉；位移比（層間位移比）是控制結構平面不規(guī)則性的重要指標；剛度比層間和受剪承載力之比是控制結構豎向不規(guī)則的重要指標；剛重比是結構剛度與重力荷載之比；它是控制結構整體穩(wěn)定性的重要因素，也是影響重力二階效的主要參數(shù)[20]；剪重比是抗震設計中非常重要的參數(shù)。(3)對單構件作優(yōu)化設計。前幾步主要是對結構整體合理性的計算和調整，這一步則主要進行結構單個構件內力和配筋計算，包括梁，柱，剪力墻軸壓比計算，構件截面優(yōu)化設計等。(4)滿足規(guī)范抗震措施的要求在施工圖設計階段，還必須滿足規(guī)范規(guī)定的抗震措施要求。4.2加強設計方案的選擇投資決策中的各項技術經(jīng)濟決策對項目的工程造價都有重大影響，有些甚至影響到項目的整個壽命過程[21]，特別是廠區(qū)、廠址的選擇,籌資方案的選擇，工藝流程的確定，材料設備的選用，建設標準的確定，對工程造價的影響更大。概預算人員應參與主要方案的討論,必要的時候與設計人員共同辦公，密切合作，做好多方案的技術經(jīng)濟的分析比較，進行前饋控制，有效地影響設計，選出技術先進、經(jīng)濟合理的最優(yōu)方案。建筑設計方案對結構設計方案有很大的影響，會最終影響配筋的多少，從而影響工程造價[22]。因此，結構設計人員應提前介入建筑設計方案的設計過程，建筑設計人員在滿足建筑功能布局要求的前提下，盡量考慮到結構規(guī)范的各項限值，有效控制鋼筋的用量，降低工程造價。此外，應盡可能保證建筑平面、立面的規(guī)則性，控制長寬比、高寬比、平面凹凸尺寸、樓板開洞面積，避免建筑立面剛度突變等，這些對降低用鋼量、有效降低造價都有積極作用[23]。五設計階段造價控制實例5.1工程概況紹興世貿名流商務寫字樓位于柯橋群賢路旁，建筑總面積28000m2，包括一層地下停車庫，三層裙房及十九層辦公主樓，其中裙房采用框架結構，十九層辦公主樓采用框架—核心筒結構，標準層高3.5m，建筑總高度69.8m，底層平面圖5-1。該工程的樁基安全等級為二級，建筑抗震設防類別為丙類。5.2案例分析為了控制工程造價，降低投資成本，本著結構設計“安全可靠，經(jīng)濟合理”的原則，對本項目所采用的結構體系、基礎形式及構件尺寸進行方案比選，優(yōu)化設計，以取得較明顯的經(jīng)濟效益?？刂平Y構剛度，輕結構自重為了減輕結構自重，在核心筒剪力墻中增開了許多結構洞，結構洞以加氣砼砌塊填充，在核心筒內風道、管道井、電梯井四周較短墻體采用加氣砼隔墻代替剪力墻。樓蓋：采用梁板結構，板厚100mm；框架梁：跨度8.4m，采用扁寬梁，梁高550mm，在滿足建筑凈層高要求的前提下適當降低了層高；核心筒剪力墻厚：心筒周圍底部到頂層均為250mm；框架柱尺寸：地下室部分900mm×900mm一～三層800mm×800mm四～十層700mm×700mm十一～十四層600mm×600mm十五～十九層500mm×500mm砼強度等級：剪力墻、框架柱由下自上分三段，分為C40、C35、C30，梁、樓板均為C30。標準層重：12.5kN/m2采用SETWE程序計算結果：(1)地震作用下自振周期Tx=1.645sTy=2.037sTt=1.549s頂點位移x/H=1/4900y/H=1/3323最大層間位移x/h=1/1618y/h=1/1541(2)風荷載作用下頂點位移x/H=1/4980y/H=1/1861最大層間位移x/h=1/4986y/h=1/820通過設計軟件的計算，選用了合理的結構剛度，減輕了結構自重。標準層結構平面布置圖見圖5-1。圖5-1標準層結構平面布置采用不同的樁型，充分利用樁基承載力本工程因核心筒剪力墻處荷載較大，采用的預應力管樁在核心筒處樁數(shù)很多，平面系數(shù)可達6%～7%，超過規(guī)范不宜大于4%的規(guī)定。因此，高層部分結構采用大直徑鉆孔灌注樁，樁端持力層為中等風化泥質粉砂巖。因中等風化泥質粉砂巖單軸飽和抗壓強度僅10Mpa，按常規(guī)設計，樁端進入持力層1D，通過估算得出單樁承載力特征值樁端承載力較低，故考慮加深直徑較大(Φ1100以上)的鉆孔樁的嵌巖深度來提高單樁承載力，使之與其樁身砼強度的承載力接近，使鉆孔樁充分發(fā)揮樁身砼強度的作用，相同直徑鉆孔樁不同嵌巖深度將得到不同單樁承載力，見表5—1。表5—1不同嵌巖深度得到的不同單樁承載力項目樁徑（mm）砼強度等級樁端進入持力層深度（mm）樁長（m）單樁承載力特征值（kN）每立方米砼承載力（kN/m2）樁身砼承載力（kN）1Φ1100C30110070.1690010378002Φ1100C30200071770011478003Φ1200C30120070.277009795004Φ1200C30400073930011295005Φ1300C30130070.3960092110006Φ1300C3040007410200103110007Φ1400C30140070.4946087123008Φ1400C30500075111909712300考慮高層結構框架柱下如果采用多樁布置，樁承臺厚度及平面尺寸均很大，承臺處開挖深度一般將在2.5m～3m左右，所以決定采用柱下單樁布置，單樁承臺厚度僅1200mm，比較Φ1000直徑的二樁承臺與Φ1400的單樁承臺，砼方量就差8倍，因為樁承載力是由樁身砼強度控制的，所以樁基礎方量基本相同，優(yōu)化前后樁位平面布置比較見附錄3。考慮施工現(xiàn)場情況，裙房框架柱下樁基也采用鉆孔灌注樁，同時將樁端持力層改為砂礫層。為減小柱下單樁直徑，決定采用樁底壓力注漿的方式來提高其單樁的承載力，考慮規(guī)范提供的參考值，其承載力約可提高30%以上。單層地下車庫部分樁基需要考慮浮力的作用，經(jīng)計算比較，中間柱下浮力一般為450kN左右，決定采用Φ500(100)預應力管樁作為抗拔樁，抗拔樁承載力由土層的摩擦力及樁身砼產生的拉應力兩項指標同時控制。經(jīng)計算單樁抗拔承載力特征值為500kN，柱下均采用單根Φ500預應力管樁作為抗拔樁，抗拔樁采用預應力管樁代替鉆孔灌注樁，這大大降低了工程造價。優(yōu)化前后樁型及其技術參數(shù)見表5—2和表5—3。表5—2優(yōu)化前樁型及其技術參數(shù)（總樁數(shù)250根）樁型樁徑單樁承載力特征值(kN)樁數(shù)（根）樁端進入持力層工程量(m3)造價（萬元）總價（萬元）鉆孔灌注樁Φ800410027中等風化泥質風砂巖作為持力層，樁端全截面入巖深度不小于1D（D為直徑），樁長約73m990.7317.724168.61Φ900490010464.4164.37Φ1000555016917.3512.71Φ110062503208.122.47Φ12007000131073.2912.74Φ13007700141356.5214.56預應力管樁PC-AB500(100)450167抗拔樁有效樁長為40m1311.61101.97表5—2優(yōu)化后樁型及其技術參數(shù)（總樁數(shù)156根）樁型樁徑單樁豎向承載力特征值（kN）樁數(shù)（根）樁端進入持力層工程量(m3)造價（萬元）總價（萬元）鉆孔灌注樁Φ8003890(2200)8中等風化泥質風砂巖作為持力層，樁端全截面入巖深度不小于1D（D為直徑），有效樁長約70m～77m295.565.2998.60Φ9004900(2200)293.521.30Φ10006050(2200)4230.913.20Φ110073658558.806.63Φ120087502166.251.97Φ125095004360.793.87Φ1300102954390.234.19Φ1350111002210.412.26Φ1400111903339.433.64Φ60016506砂礫層不小于1.5m，有效樁長為49～51m84.821.76Φ7002450476.971.38Φ750320013287.165.14Φ80036004100.531.80預應力管樁PC-AB500(100)1000(480)92粉質粘土層不小于1.5m，有效樁長40m722.5756.18注：括號內數(shù)值為單樁豎向抗拔承載力特征值。經(jīng)過樁基的優(yōu)選及其布置的優(yōu)化，樁數(shù)大大減少了37.6%，樁基部分的造價也隨之減少了41.5%，為整個工程節(jié)約投資70余萬元。采用扁寬梁樓蓋，減少基坑開挖深度本工程裙房及主樓部分地下室按六級人防設計，樓蓋承受核爆荷載，為盡量減小開挖深度，考慮設置扁寬梁，主梁截面取1000mm×650mm，次梁截面為600mm×550mm，跨度為8.4m，而普通框架梁高度一般取900～1000mm，可提供凈空250mm～350mm。單層地下室部分頂板為綠化覆土地面，層高較其他部分地下室低600mm，因此采用900mm×600mm扁寬主梁，層高取3.4m，即可滿足地下車庫的凈高要求，有效的減小了地下室的開挖深度。合理利用地下室側壁，減小基坑支護計算深度常見工程的地下室側壁下均設置一道基礎梁來承擔地下室底板反力，本工程中，考慮用側壁作為一根深梁來承擔地下室底板反力，這樣不僅可以減少一道基礎梁，同時可減小基坑支護計算深度約600mm～700mm，有效地降低了基坑支護的造價。5.3結果分析雖然本工程規(guī)模不是很大，但經(jīng)過設計的優(yōu)化后，造價減少了400多萬，其中僅基礎部分減少了300多萬，由此可見，基礎工程對于造價的影響是非常大的，所以設計時應