基于造價約束的高層建筑鋼結構用量評估模型分析

摘要：為了實現對項目施工線程的嚴格控制，提高施工建設質量，基于造價約束構建高層建筑鋼結構用量評估模型。利用造價約束參量的模板匹配方法，評定高層建筑鋼結構用量，計算高層建筑的綜合性能。根據層次分析法的基本原理，得出各層次的指標權重，對工程造價的預測約束參量進行標準歸一化處理，完成基于造價約束的高層建筑鋼結構用量評估模型的設計。

Abstract： In order to achieve strict control over the construction thread of the project and improve the quality of construction， a steel structure consumption evaluation model for high-rise buildings is constructed based on cost constraints. Using the template matching method of cost-constrained parameters， the steel structure of high-rise buildings is assessed and the overall performance of high-rise buildings is calculated. According to the basic principle of the analytic hierarchy process， the index weights of each level are obtained， and the standardized normalized processing parameters of the project cost are calculated. The design of the steel structure usage evaluation model for high-rise buildings based on cost constraints is completed.

關鍵詞：高層建筑;工程造價;建筑結構;指標函數

Key words： high-rise building;engineering cost;building structure;index function

中圖分類號：TU723.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）17-0046-03

0? 引言

在高層結構設計中，建筑質量和工程造價會隨著建筑的增加產生制約關系，而在高層結構規(guī)劃中，建筑的質量與工程造價相互約束，這兩者之間的關系，會隨著其中一項的變化而復雜化。為了實現以最低造價實現最優(yōu)建筑質量效益，基于造價約束構建高層建筑鋼結構用量評估模型。傳統(tǒng)的評估模型在造價成本的計算上缺乏可靠性和精準性，會直接影響建筑質量與工程造價之間的最佳配比，同時還會影響建筑本身的質量和強度。目前，大部分城市建筑采用鋼筋混凝土作為基本建筑材料，所以需要嚴格要求鋼結構的成本控制與建筑質量之間的配比關系[1]。

在建筑的過程中，工程造價是影響建筑成本控制和建筑質量的重要因素。在大型建筑工程項目管理中，影響項目質量與進度的關鍵因素就是工程造價。此次，利用造價約束參量的模板匹配方法進行參數信息的融合。在根據評估指標進行建筑鋼結構用量評估，分別對執(zhí)行工程結算、竣工結算進行工程造價的預測，實現對項目施工線程的嚴格控制，提高施工建設質量，避免工程浪費的目標。

1? 基于造價約束的高層建筑鋼結構用量評估模型設計

1.1 評定高層建筑鋼結構用量的綜合效益

鋼結構住宅建筑的基礎設計資料都是相同的，土質為黏土，結構造價主要包括地基基礎處理費用和地下室以及上部結構的造價。由于結構造價對工程總體成本的影響較大，就需要向工程投入更多的事物和資金，這也是開發(fā)商關心的問題，每個高層建筑采用的結構體系是不同的，有的會采用輕質材料，上部結構重量輕，基礎受力較小，因此，需要與鋼結構體系相比較，基礎受力較大。就需要按照層次分析法，評估高層建筑鋼結構用量的綜合效益。

為了評定高層建筑鋼結構用量的綜合效益，將以舒適型住宅為例，計算步驟如下所示：

第一步，計算鋼結構、鋼砼結構和磚混結構的性能指標[2]。假設三種結構住宅的評定項目相同，也就是說環(huán)境及綠化相同，且都按100分計算。

第二步，計算成本比指數，根據公式（1）計算三種結構的性能成本指數，計算公式如下所示：

其中f表示計算成本比指數，bmax表示總得分指數，bmin表示總性能指數。應用公式（1）計算住宅的綜合性能，評定高層建筑鋼結構用量的綜合益。

在建筑鋼結構中，要適當布置梁格體系，充分發(fā)揮鋼管混凝土和鋼管這兩種材料的優(yōu)點，與傳統(tǒng)鋼筋混凝土結構相比，鋼結構占有很大的優(yōu)越性，不僅具有圓鋼管混凝土的優(yōu)點，還有獨特的優(yōu)點，特別是在高層建筑中，主要用于新型的全裝配宅體系的開發(fā)和應用，還有其他結構無法比擬的優(yōu)勢，第一，具有較好的承載能力，抗震性能較好，可以增強住宅的安全性。第二，防腐防火性能好，可以提高住宅的耐久性。在工程造價上，有更客觀的經濟效益。第三，鋼結構的延展性較好，在鋼結構受到動力沖擊荷載被破壞時，能夠吸收較多的能量，從而降低和減少脆性破壞。尤其是在高烈度地震區(qū)，使用鋼結構更為有利。鋼結構體系施工周期短，可大幅度提高勞動生產率，縮短投資資金的占用周期，從而提高資金的投資收益。

1.2 建立評估指標

首先，應根據高層建筑性能評定體系各因子之間的隸屬關系，以及完善的層次結構對項目進行經濟性分析，也就是將各因素分層次的建立一個完善的評價系統(tǒng)。這樣就能夠了解各因子的位置關系。因對商品住宅進行評定時，需要考慮較多的因素，故應分清主次，從住宅性能出發(fā)，選取起決定作用的因素來建立評價體系。

其次，根據建筑的高度和層數劃分指標體系，分為高層住宅、多層住宅和低層住宅。全裝配方鋼管混凝土住宅結構體系由承重結構和維護結構組成，承重結構體系采用框架體系和框架—支撐體系，鋼結構對核心輕混凝土產生緊箍力，使得混凝土三項受壓，在一定程度上會延緩混凝土微裂縫的擴展，這樣抗壓強度就會得到明顯的提升。鋼管本身可以作為耐側壓模板，不但可以減少施工工序，還能縮短建設工期。

全裝配的理念就是將全部構件按照需求在工廠預制，然后運到現場進行組裝施工，全裝配化制造可以有效避免高層建筑的缺點，加快施工的速度，降低工人的勞動強度。鋼結構是最符合全裝配合化施工的結構體系，只需要通過現場連接就可以形成全鋼結構。對于鋼管混凝土的計算，本文提出等效鋼柱計算理論，該方法將鋼管混凝土視為統(tǒng)一的一種組合材料，只需要在不改變鋼管橫截面面積的情況下，將填充混凝土作為對鋼管混凝土的屈服強度的提高，一次來換算求得等效鋼管的性質，換算公式如下所示;

其中z表示軸心受壓構件的承載力，y表示軸心受壓構件承載力設計值，Ns表示系數，Ns為結構重要性系數，一般工業(yè)與民用建筑的安全等級取二級，設計使用年限為20年。

最后，根據一級指標、二級指標和三級指標對高層建筑住宅功能層次進行分析，具體含義如下所示，一級指標指影響住宅第一級影響因素，主要包括住宅的適用性和耐久性。二級指標指下級影響和控制指標。三級指標指滿足設計規(guī)范要求和施工質量等[3]。

根據指標，建立各層次指標權重。首先要根據判斷矩陣，計算權重值是判定上層元素是否與本層產生關聯(lián)的主要依據，在計算時，會受其他元素的影響，所以需要反復計算，保證計算結果的準確性。另外，要依據層次分析法的基本原理，求出上層元素的最大特征值，最終根據單排序結果，計算出各層次的指標權重[4]。計算判斷矩陣的最大特征根公式如下所示：

其中βmax判斷舉證的最大特征根，n表示判斷矩陣的階數，A為判斷矩陣，AW表示判斷矩陣的特征向量。根據公式（3），對一級和二級指標的判斷矩陣進行一致性的指標計算。需要注意的是，在計算的過程中，要根據住宅建設目的，選擇評估層次。在對高層建筑鋼結構用量評估時，需要了解各級指標的權重值并不是固定的，要根據住宅的種類和建設的目的，選擇不同層級的評估標準[6]。在對高層建筑鋼結構用量經濟分析的同時，還研究影響鋼結構用量的主要因素，對其進行分析，在研究的工程中，還要調整鋼材價格。對多層次的鋼結構住宅進行分析對比，保證鋼結構住宅的造價符合工程的約束標準。

首先，確定層次分析法中各級指標權重值，接著依照住宅性能測評指標體系進行評價。評價體系主要分為兩類，一類為定量指標，是需要按照數值的大小，評定對象優(yōu)劣狀況;另一類是定性指標，是不可以按照計算數值大小評價對象優(yōu)劣狀況的。為了保證測評結果的公正性，就需要采用定量指標，對住宅進行經濟行評定。在對鋼結構住宅進行經濟分析時，還需要對多層磚混結構進行分析。

1.3 實現高層建筑鋼結構用量評估

在大型的建筑項目中，影響工程造價的因素較多。本身各約束參量之間就存在關聯(lián)性，在進行造價控制約束參量分析的過程中，需要衡量整個高層建筑鋼結構用量的成本和造價標準。首先，根據各參數特征值，分析整個工程的造價標準，并得出成分信息特征進行整個工程造價的預測。其次，對于約束條件下的建筑工程，要根據造價指標函數，建立準確的造價模型[7]。因此，需要對建筑成本的費用投入指標構建非線性指標函數，將得到的兩個指標相結合，得到最優(yōu)用量指標函數表達式，為公式

其中z表示鋼結構投入指標，xα表示鋼結構運輸費用，Yα表示造價指標，在進行計算后得到非線性最優(yōu)指標函數，根據最優(yōu)評估結果的原則，構建高層建筑鋼結構用量評估模型[8]。高層建筑鋼結構用量評估模型流程如圖1所示。

根據圖1所示，基于造價約束的高層建筑鋼結構用量評估模型的分析，假設工程項目的參考歷史數據為{xi}i=1，根據人工費和機械費等不確定因素，進行信息融合，另外，要統(tǒng)一工程造價的預測約束參量，并得出項目的造價預測模型，描述公式如下所示：

其中v為工程項目中所用開銷，i為工程項目的材料費用，xi為評估模型對工程造價的影響因子[9]。應用公式（3）計算工程造價開銷的差距陣，為公式（6）：

其中c為差距陣，依據工程在施工過程中的風險情況，進行多維度影響因素的控制，構建鋼結構用量評估模型為公式（7）：

其中f（k）表示影響鋼結構用量評估的因子，k表示工程造價，運用公式（7）進行外部環(huán)境、資產回報等因素的影響計算后，再針對工程造價的主要變量進行統(tǒng)計分析。采用評估模型對高層建筑鋼結構用量進行評估，得出預測結果[10]。至此，完成基于造價約束的高層建筑鋼結構用量評估模型的設計。

2? 實驗結論

為了對本文提出的基于造價約束的高層建筑鋼結構用量評估模型進行分析與驗證，依托硬件平臺pentium Dual-Core，2.6GHz，運用數據分析方法，以及l(fā)ab編程工具，對鋼結構用量實際測試數據進行分析評估。將項目工程測試集分為五組，高層建筑造價財政投入的影響因子取值0.46，建筑環(huán)境與設施的關聯(lián)性約束因子取值0.36，采用本文設計的模型和傳統(tǒng)的評估模型進行對比實驗，各項工程參數范圍如表2所示通過分析表2可知，參數1和參數5的工程造價成本出現了較大的波動，這是由于受到工程造價不確定因素的影響。兩種模型的測試結果如圖2所示。

3? 結束語

為了提高工程造價評估的可行性，基于造價約束構建高層建筑鋼結構用量評估模型。實驗結果表明，此模型能夠較精準預測工程的造價，質量效益不變的情況下，使得造價最低，節(jié)約工程成本。

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作者簡介：鄒亞峰（1987-），男，河南平頂山人，助教，碩士研究生，研究方向為工程管理、工程造價。