力學(xué)在降低工程成本中的作用

【摘 要】本文從設(shè)計(jì)、施工兩個(gè)方面論述力學(xué)對降低工程造價(jià)的作用。目的是節(jié)約材料資源，為社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】 設(shè)計(jì);節(jié)約;材料;力學(xué)計(jì)算;施工

The mechannics give full play to function in the saving cost of engineering

Zhang Yong，Zhang Peng-cheng

(Taian municipal administration engineering department Taian Shandong 271000)

【Abstract】The article discuss the mechannics give full play to function in the saving cost of engineering from design and construction.，in order to save material and promotethe continuously develop of society.

【Key words】Design;Economy;Material;Mechanics calculation;Construction

1. 首先從設(shè)計(jì)階段進(jìn)行論述

工程設(shè)計(jì)是工程開始施工之前，設(shè)計(jì)者根據(jù)已批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)任務(wù)書，為具體實(shí)現(xiàn)擬建項(xiàng)目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求，擬定建筑、安裝及設(shè)備制造等所需的規(guī)劃、圖紙、數(shù)據(jù)等技術(shù)文件的工作。設(shè)計(jì)是建設(shè)項(xiàng)目由計(jì)劃變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)具有決定意義的工作階段，設(shè)計(jì)文件是建設(shè)、安裝、施工的依據(jù)。擬建工程在建設(shè)過程中能否保證進(jìn)度、保證質(zhì)量和節(jié)約投資，在很大程度上取決于設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣，工程建成后，能否獲得滿意的經(jīng)濟(jì)效果，除了項(xiàng)目決策外，設(shè)計(jì)工作起著決定性的作用。建筑設(shè)計(jì)階段影響工程造價(jià)的因素有建筑物平面形狀、流通空間、層高、柱網(wǎng)布置、建筑物層數(shù)、建筑物的體積與面積、建筑結(jié)構(gòu)。[2]其中后三項(xiàng)因素是由力學(xué)計(jì)算決定的。

1.1 從建筑物層數(shù)一項(xiàng)論述，毫無疑問，建筑工程造價(jià)是隨著建筑層數(shù)增加而提高的，但是當(dāng)建筑層數(shù)增加時(shí)，單位建筑面積所分?jǐn)偟耐恋刭M(fèi)用及外部流通空間費(fèi)用將有所降低，從而建筑物單位面積造價(jià)發(fā)生變化。建筑物層數(shù)對造價(jià)的影響，因建筑類型、形式和結(jié)構(gòu)不同而不同，如果增加一個(gè)樓層不影響建筑物的結(jié)構(gòu)形式，單位建筑面積的造價(jià)可能會(huì)降低。但是當(dāng)建筑物超過一定層數(shù)時(shí) 結(jié)構(gòu)形式就要改變，單位造價(jià)通常會(huì)增加。是采用剪力墻、框架、框架-剪力墻，還是采用筒體結(jié)構(gòu)，都要根據(jù)建筑物層數(shù)的受力特點(diǎn)決定，即建筑物的受力要求決定建筑物的結(jié)構(gòu)類型，建筑物的結(jié)構(gòu)類型確定后就可以根據(jù)力學(xué)計(jì)算確定基礎(chǔ)、柱、梁、屋架等結(jié)構(gòu)構(gòu)建的尺寸、配筋，如果不進(jìn)行計(jì)算，為確保工程安全，必然采用過分保守的尺寸、配筋，就會(huì)造成材料的浪費(fèi)。所有建筑物都建造在地殼表層之上，地殼表層的巖土地層是直接承受建筑荷載的基本物質(zhì)，該巖土地層稱地基，所有的地基都有一定的承載能力和變形要求，建筑物的地基是否滿足承載能力和變形要求，要經(jīng)過地基土力學(xué)計(jì)算確定建筑物層數(shù)，建筑物層數(shù)過高超過了地基承載能力和變形要求，就要進(jìn)行地基處理或改變基礎(chǔ)尺寸、形式，就會(huì)單位面積造價(jià)。并且如何進(jìn)行地基處理以及采用何尺寸、形式的基礎(chǔ)，也要進(jìn)行力學(xué)分析和計(jì)算。正確的力學(xué)分析和計(jì)算，不僅可以減少地基處理費(fèi)用也可以節(jié)約地基處理時(shí)間，縮短工期。

1.2 從建筑物的體積與面積一項(xiàng)論述。通常情況下隨著建筑物體積和面積的增加，工程總造價(jià)會(huì)提高，因此應(yīng)盡量建筑物的體積與總面積，充分利用建筑物的平面、空間，應(yīng)采用大跨度、大柱距的大廠房平面設(shè)計(jì)形式，提高平面利用系數(shù)。但也不能無限度地增大，同種材料的梁、柱構(gòu)件，隨柱跨度增大，必然導(dǎo)致尺寸增大，從而影響建筑物空間利用，經(jīng)受力計(jì)算確定的梁柱尺寸與建筑物空間應(yīng)協(xié)調(diào)確定。為減少尺寸可以改為采用高強(qiáng)材料，對于采用不同材料的結(jié)構(gòu)應(yīng)按照力學(xué)計(jì)算確定構(gòu)件尺寸后，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定最優(yōu)方案。當(dāng)然任何材料的結(jié)構(gòu)計(jì)算都離不開結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)。

1.3 從其中的建筑結(jié)構(gòu)一項(xiàng)論述。建筑結(jié)構(gòu)指建筑工程中由基礎(chǔ)、梁、板、柱、墻、屋架等構(gòu)件所組成的起骨架作用的、能承受直接和間接作用的體系。采用各種先進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式和輕質(zhì)高強(qiáng)建筑材料，能減輕建筑的自重，節(jié)約基礎(chǔ)工程材料，減少建筑材料和構(gòu)配件的費(fèi)用及運(yùn)費(fèi)，并能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和縮短建設(shè)工期，經(jīng)濟(jì)效果十分明顯。例如在重型工業(yè)廠房，大跨結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)和高層結(jié)構(gòu)以及受動(dòng)力荷載作用的結(jié)構(gòu)及輕型鋼結(jié)構(gòu)中普遍采用的鋼結(jié)構(gòu)就具有輕質(zhì)高強(qiáng)、施工工期短、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。但任何一個(gè)鋼構(gòu)件的選用都要用力學(xué)計(jì)算確定，甚至焊縫長度、螺栓連接的型號數(shù)量都要經(jīng)計(jì)算確定。鋼結(jié)構(gòu)梁、柱的計(jì)算與鋼筋混凝土梁、柱的計(jì)算又有顯著不同，鋼筋混凝土梁、柱不需要計(jì)算穩(wěn)定性，鋼結(jié)構(gòu)不僅需要計(jì)算穩(wěn)定性還需要計(jì)算剛度。當(dāng)然不經(jīng)計(jì)算就要采用過長的焊縫、過大尺寸的鋼材，必然導(dǎo)致焊材和鋼材的大量浪費(fèi)。結(jié)構(gòu)力學(xué)與材料力學(xué)知識在鋼結(jié)構(gòu)中得到了淋漓盡致的運(yùn)用。不經(jīng)計(jì)算就能充分利用材料最好方法是采用標(biāo)準(zhǔn)圖集，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)圖集不僅是力學(xué)計(jì)算的結(jié)果，更是結(jié)構(gòu)形式及細(xì)部尺寸的優(yōu)化，是經(jīng)得起實(shí)踐檢驗(yàn)智慧結(jié)晶。但是并非任何結(jié)構(gòu)、構(gòu)件都有標(biāo)準(zhǔn)圖集可查，更何況優(yōu)良的設(shè)計(jì)體現(xiàn)在外形及結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新上，在采用新結(jié)構(gòu)形式時(shí)，即無標(biāo)準(zhǔn)圖集可參考，也無設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可借鑒，只能依靠準(zhǔn)確的力學(xué)分析和計(jì)算來確定結(jié)構(gòu)尺寸及配筋量。

2. 力學(xué)在施工中的運(yùn)用，對降低工程造價(jià)的作用

從工程造價(jià)與控制方面講，施工方面對投資控制的影響非常小，以至于造價(jià)控制方面的專業(yè)書刊僅從設(shè)計(jì)變更、工程索賠方面論述施工階段工程造價(jià)的計(jì)價(jià)與控制，沒有從技術(shù)措施方面進(jìn)行論述，可以說任何建(構(gòu))筑物施工都應(yīng)有技術(shù)措施，因此從技術(shù)措施方面降低工程造價(jià)，對施工階段的造價(jià)控制更具有普遍意義。下面從技術(shù)措施方面論述力學(xué)對降低施工工程造價(jià)的作用。

在建(構(gòu))筑物施工過程中總是要產(chǎn)生措施費(fèi)，措施費(fèi)是指為完成工程項(xiàng)目施工，發(fā)生于該工程施工前和施工過程中非工程實(shí)體項(xiàng)目的費(fèi)用。包括混凝土、鋼筋混凝土的模板及支架費(fèi)、腳手架費(fèi)及施工排水、降水等。在基坑開挖支護(hù)、施工降水、建(構(gòu))筑物的模板和支架都要用到力學(xué)知識。其中基坑開挖支護(hù)要用到土力學(xué)知識，施工降水要用到流體力學(xué)知識，基坑支護(hù)不經(jīng)計(jì)算會(huì)造成支護(hù)不安全可靠或浪費(fèi)支護(hù)構(gòu)件，降水不經(jīng)計(jì)算就會(huì)達(dá)不到降水水位要求或降水設(shè)備臺(tái)數(shù)過多，造成材料、設(shè)備的浪費(fèi)。其中的建(構(gòu))筑物的模板和支架是施工中必不可少技術(shù)措施，任何建(構(gòu))筑物的施工都要用到模板和支架，節(jié)約其數(shù)量對降低工程造價(jià)具有普遍意義。模板應(yīng)具有足夠的承載能力、剛度和穩(wěn)定性，能可靠地承受所澆注混凝土的自重和側(cè)壓力，以及在施工中所產(chǎn)生的荷載。模板所承受的荷載是模板設(shè)計(jì)的依據(jù)，即可以保證模板安全可靠又不至于采用過厚的模板，造成材料浪費(fèi)。還應(yīng)驗(yàn)算模板及其支架的剛度和穩(wěn)定性，都要用到結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)知識。在施工中經(jīng)常出現(xiàn)模板及其支架塌落、變形過大、移位現(xiàn)象，都是未經(jīng)力學(xué)計(jì)算造成的。這也充分說明在實(shí)際施工中，模板及其支架的受力分析及其計(jì)算經(jīng)常被忽略了，采用何種材料、尺寸的模板是靠施工經(jīng)驗(yàn)確定的，未出現(xiàn)問題的模板及其支架也未必經(jīng)受力分析計(jì)算。

總之，如何最大程度地發(fā)揮材料作用是我們每個(gè)工程技術(shù)人員的職責(zé)，我們應(yīng)該推進(jìn)新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)、新材料的充分應(yīng)用，而讓新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)、新材料最大程度地發(fā)揮材料作用的基礎(chǔ)便是力學(xué)知識，為了節(jié)約資源，保證社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，我們工程技術(shù)人員應(yīng)該學(xué)好各種力學(xué)知識，讓力學(xué)知識充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1][2] 參見全國造價(jià)工程師執(zhí)業(yè)資格考試培訓(xùn)教材編審委員會(huì)著《工程造價(jià)計(jì)價(jià)與控制》中國計(jì)劃出版社2006.4出版

[3] 參見王鐵儒 陳云敏主編《工程地質(zhì)與土力學(xué)》武漢大學(xué)出版社2001.5出版

[4] 參見程文瀼主編《工程地質(zhì)與土力學(xué)》武漢大學(xué)出版社2006.1出版

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[文章編號]1619-2737(2010)03-29-048