胡俊强（华电郑州机械设计研究院有限公司，河南郑州　450015）

基于建筑结构设计的建筑经济性分析

胡俊强
（华电郑州机械设计研究院有限公司，河南郑州450015）

建筑结构作为建筑物的骨架，其设计严重影响着建筑的经济性。研究建筑结构设计与建筑经济性的关系可以有效减少结构设计阶段的损失与浪费，对保证建筑设计的科学合理性具有重要意义。该文从建筑结构设计角度分析建筑经济性，分别从建筑结构选型、建筑材料以及旧建筑改造三方面分析其对建筑经济性的影响。在进行建筑设计时，建筑设计工作者不仅要掌握建筑设计领域的专业知识，还要对设计过程中的薄弱环节加强相关知识的积累，以期获得最佳经济效益的建筑设计方案。另外，旧建筑改造设计的经济性远远高于新建建筑，其在节约造价、缩短工期以及保存城市文化等方面具有明显优势。

建筑经济性；建筑结构；建筑改造

doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2015.10.059

0　前言

根据相关研究，建筑结构工程造价占建筑物总量的30%～40%，工程的施工工期约占总工期的40%～50%。结构的跨度影响为-21%～15%；高度影响为8.3%～33.3%；层数影响为10%～20%；层高影响为-21%～13%；多跨不同长宽比影响为4%～7%；平面型式影响为1%～10%；平均居住面积影响为-6%～4%；建筑外形影响为3%～8%；进深的影响为-3%～1%；跨数的影响为2%～3.5%，由此可见，建筑结构设计对于建筑物建造的经济性具有十分重要的作用［1-3］。如由著名设计大师贝聿铭设计，利用有限的资金在有限的土地上建成了传颂至今的香港中银大厦。从另外一方面讲，未基于自有的经济实力，却采用浮夸的建筑结构形式，大大增加了投资预算，反而其安全性并未得到提高，浪费了大量的人力物力，如中央电视台总部大厦［4］。文章主要从建筑结构选型、建筑材料以及旧建筑改造方面对建筑结构设计的经济性进行分析。

图1　耶鲁大学英格斯冰场

1　结构选型对建筑经济性影响分析

1.1结构体系的合理性

任何建筑形式都要通过建筑结构设计来实施，结构的合理性一是要保证结构安全性，二是要满足受力科学合理、传力简洁、节约造价。结构的合理性体现的是建筑的内在美，结构受力的科学合理是与建筑的外形美观相一致的［5-6］。考虑结构与建筑形式的关系，必须结合科学的传力系统和合理的受力方式，受力合理性和传力的科学性在很大程度上取决于设计者对结构受力情况的了解。设计者对建筑结构中各分部系统的受力状态包括荷载的特点、受力性质和大小等，都应有清晰的概念和系统的认知。如图1所示，为耶鲁大学的英格斯冰场，是建筑师埃罗·沙里宁别出心裁的设计，该建筑是一个巨大的钢筋混凝土拱形脊骨跨越约85m的建筑物全长。型式不是几何上预先确定的。

在纵向附加上一组钢索，这样产生的应力状态保证了屋面的稳定性。结构中所有的曲线都是“自由式的”。整个建筑室内外朴素简洁，悬索结构自然外露，不加任何修饰，减少了部分的外型装修费用。建筑形态与结构形态在各种各样情况中相适应。在荷载作用下，结构构件受力后一般会产生弯矩，弯矩不仅是结构计算的重的因素，也是建筑结构概念设计的一个重要的判断依据。建筑设计时，通过弯矩与其相关力学概念，可以帮助设计者进行建筑结构设计构思。”［5-6］如图2所示德国柏林电视塔的结构的流线完全是按照自身的受力弯矩图来进行建造施工的，形如悬臂梁其弯矩在根部较大，与其受力弯矩包络图非常相似，建筑形态结合结构内力分布而建，会赋予原来简单结构新的活力和动感。

图2　德国柏林电视塔

1.2与使用空间相结合

建筑空间，都是人们利用物质材料从自然空间中围隔出来的［7］。使用空间的设计离不开创造空间的技术手段-结构。结构空间是按材料性能和力学规律围成的空间。当结构空间与建筑空间合理保持一致，可大幅度提升空间利用率。因此，如何处理建筑空间与结构空间，结构形态和使用空间的关系，对建筑经济性重要性不言而喻。

结构设计是为了建立合理的使用空间。根据建筑特定的功能都需要相应有一种结构形式来实现。根据结构设计和建筑材料使用所遵循的客观规律，建筑师对视觉空间进行艺术加工和处理，这是现代建筑能够达到符合审美的最本质、最经济的建筑创作方法。如图3所示，为GMP建筑设计事务所设计的重庆大剧院［7-8］，是一个典型的建筑结构设计和使用空间合理结合的成功案例，该方案充分利用了重庆的山区特殊地形，减少了项目投资，具有良好的经济性。根据使用空间的具体情况，调整建筑形体：建筑结构为筒体（电梯井）-框架-剪力墙和钢结构组成的混合结构体系，舞台和观众厅为抗震墙，屋顶为轻钢结构，类似板块的结构构件采用大悬挑处理。根据观众席地面起坡要求和舞台高度要求，对观众大厅的使用空间进行高低错落的结构处理，既很好的利用了使用空间，又与建筑方案的创意效果不谋而合。

图3　重庆大剧院

2　建筑材料对建筑经济性影响分析

2.1建筑材料特性

木结构是我国古代主要的结构形式，通过合理地选择建筑结构形式，充分发挥木材特性，使很多古老的建筑保存至今，依然完好如初。现代的木结构，利用胶合重组技术，不但可以提高材料的强度，改善原木力学性质，又能最大程度利用原材料，充分利用小块、边角木料。通过与钢结构、气膜等结构重新组合，可用于较大结构空间的设计。结构新材料应用主要有：新型高强度铝合金、高强度预应力钢筋、合成材料、气膜膜材等［9］。在同等条件下，应尽量选用高强度的建筑材料，如HRB335：HRB400：HRB500，价格比接近，但抗拉强度比值为300∶360∶500=1∶1.2∶1.6，可见采用高强钢筋的经济性更高。

图4　1998年里斯本世博会葡萄牙馆

如图4所示，在结构工程师西塞尔·贝尔蒙德与葡萄牙建筑师西扎合作的1998里斯本世博会葡萄牙馆。他们把结构几何、力学和建筑材料进行合理的协调，通过简洁结构形式进行了完美的演绎，简洁的结构形式和简单的建筑材料完美结合，表达出不可思议的美感。

2.2运用新型材料

新型材料的不断发展，具有独特用途的材料层出不穷，在设计领域有强的适应性，广泛用于各种环境的建筑设计，可以应对更多方面的设计问题，而且在材料的使用上比传统材料更便捷、成本更低。新型建筑材料既可以提升建筑使用功能和空间环境，加快施工，还能降低后期维护费用。使用越灵活、运用范围越广的建筑材料，对建筑成本的限制越小，新型建筑材料的开发引起建筑生产技术的飞跃发展，为实现大跨度、超高层、大悬挑、抗撞击、抗震等结构形式提供了新的思路和手段。新型建筑材料的进一步发展，不但增加了建筑设计的灵活性，还使建筑材料本身更具经济性。如图5所示，为德国的landesgartenschau展厅，由德国斯图加特大学的一个技术团队设计建造，该建筑原型作为一个画廊空间，通过使用机器人制造技术实现了超轻木质结构。运用多种计算机设计工具，壳状构造是由联锁榉木胶合板组成的，里面有一个125m2的大厅。该项目巧妙的运用新材料，细薄的承重结构只需要12m2的榉木50mm厚胶合板。堪称同类建筑的首创。另外，在剪裁联锁木板中产生的几乎所有废料都在制造木地板的过程中重复使用。在通过数码预制了结构和构建层（如隔热层、防水层和包层）的所有原件后，现场组装仅用4周时间就完成了。新材料的应用使之取得了良好的经济效益和社会效益。

图5　德国l andesgar tenschau展厅

2.3运用地方材料

不同的地方，建筑材料体现着不同的地域风情，而同样的材料由于文化背景及当地加工工艺不同表现出不同的地域特色。随着科技创新，传统地方材料逐渐不再受地域性和技术条件限制，在建筑中合理的利用当地建筑材料，既能够使建筑具有地域特色，还大幅度节约运输建筑材料费用，使建筑更具经济性。如图6所示，为越南的ha giang竹子住宅，越南建筑事务所H&Parchitects设计的初衷是为低收入群体提供住宅。这个竹子住宅项目利用成堆的垃圾石粉、废弃水瓶和轮胎与其它当地有机材料（土、树叶屋顶、绳子、花、观赏植物）相结合来建造。用这种基础设施系统将减少森林砍伐和环境污染，节省空间。

图6　越南竹子住宅

又如图7所示，为高黎贡手工造纸博物馆，由华黎/TAO迹·建筑事务所设计，高黎本身就具有显著的地域性与特色的文化环境。手工造纸博物馆的作用在于向世人展示当地造纸的历史、文化、工艺和产品等，作为当地的文化中心和公共活动

中心对外进行文化交流。建筑师基于建筑从建造角度是与“当地”的一种深入的结合的思想，采用当地传统建筑材料包括木、竹子、火山石等，结构采用地域特色的木结构并结合现代构造做法。博物馆大量节省了材料费用，在一定程度上促进了当地传统资源保护和发展。

图7　云南高黎贡手工造纸博物馆

3　旧建筑改造对建筑经济性影响

图8　法国筒仓1 3建筑

城市的发展处于一个不断更新的动态过程，日渐增多的旧建筑成为很多城市需要解决的问题。通过适当的改造设计可使旧建筑恢复或产生良好的经济性。旧建筑改造与新建相比，能够节约1/3的造价，不仅可以大大降低投资方初期投资，还利用原有的基础设施，建设工期更短，使业主在建设时间上有更多的选择，旧建筑改造在经济性方面具有无可比拟的优势。如图8，为法国的一个废弃的水泥厂筒仓建筑，后改造为一个城市雕塑，成为一件独特的艺术品。旧建筑改造为巴黎独具特色的城市蓝图增添了一道靓丽的风景［10］。建筑的文化性和经济性都是城市的重要属性，二者并不矛盾，应当互相促进、互利共生。随着时代发展，城市建筑逐渐融入岁月沉淀的内涵，其所蕴含的历史文化价值改造后可转化为更大的商业价值。

4　总结

文章研究了建筑结构对建筑经济性的影响，深入分析了建筑结构造型、建筑材料、建筑改造对建筑经济性的影响，通过对上述研究工作、研究成果进行归纳，文章主要得到以下认识及结论：

（1）经济性在建筑活动中有着重要的作用与影响，和建筑结构设计是紧密联系的。包括结构选型、材料选择和施工等，在进行建筑设计时，应注重建筑结构设计环节对建筑经济性的影响。

（2）建筑结构设计时，选择合理的结构体系，协调结构空间与使用空间，尽可能发挥材料特性，采用新型材料和当地建筑材料，对建筑的经济性影响十分显著。

（3）旧建筑改造设计的经济性远远高于新建建筑。近年来，我国城市化进程不断快速发展，随着城市的发展，新建建筑日趋饱和，旧建筑改造将成为我国建筑界新的研究热点。

［1］张建平.建筑工程计价［M］.重庆：重庆大学出版社，2005.

［2］陈章洪.建筑结构选型手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2000.

［3］毛义华.建筑工程经济学［M］.杭州：浙江大学出版社，2001.

［4］刘金萍.建筑设计与经济制衡［J］.建筑设计管理，2010（06）：19-20.

［5］田双，张宁，张建军.从建筑结构设计角度分析工程的经济性［J］.上海建设科技，2009（01）：63-64.

［6］张倩.东北地区农村小学建筑设计研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.

［7］王玲.基于结构形态的建筑造型研究［D］.重庆：重庆大学，2007.

［8］姚亚雄.建筑创作与结构形态［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2000.

［9］吕倩.初探建筑设计经济性理念［D］.南京：东南大学，2005.

［10］晁阳.工业建筑与城市建设-巴黎东部新区水泥配送中心［J］.建筑与文化，2014.

责任编辑：孙苏

Analysison ArchitecturalEconomy Based On Architectural Structure Design

As the skeleton of the architecture，architectural structure design hasan important influenceon thearchitectureeconomy.Studying the relationship between architecture economy and architecturalstructure can reduce the lossand waste in the later design phase and ensure the reasonability of architecture design.Thispaper，from the perspective of building structural design，analyses the influenceon architectureeconomy from the threeaspects of building structure selection，buildingmaterials and old building reconstruction.In the architecturaldesign phase，architectural designer should notonly master the professionalknow ledge in the field of architectural design，butalso accumulate abundantknow ledge of theweak design process，so he could obtain thearchitectural design schemew ith the greatesteconom ic benefits.In addition，the old building reconstruction has better economy than that of a new ly-builtone，for ithasobviousadvantagesin construction cost，construction period and urban culturalstructurepreservation.

architectureeconomy；architecturalstructure；building reconstruction

TU201.7

A

1671-9107（2015）10-0059-04

2015-08-26

胡俊强（1984-），男，河南滑县人，博士，工程师，主要从事土木工程防灾、减灾方面的研究。