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某超高层建筑方案设计阶段结构选型成本分析李文达（厦门绿发投资有限公司，福建厦门 361000）【摘要】近年来，超高层建筑如雨后春笋般竖立起来，成为城市的靓丽名片，彰显城市的经济和科技实力。超高层建筑具有建设周期长、投资大、投资风险高等特点，控制成本成为开发商密切关注的焦点。做好设计阶段各方案选型工作是控制成本最有效的手段，而结构方案选型则是方案选型重点工作内容之一。文章通过介绍厦门绿发新时代广场超高层项目在设计阶段提出的钢筋混凝土框架-核心筒、钢柱混凝土框架-核心筒及钢框架-核心筒三种结构方案，结合超高层建筑施工技术特点，总结出不同结构方案的材料用量、人工消耗量、工期差异。在此基础上套用当地预算定额，总结分析了不同结构方案间分部分项工程费及措施项目费等成本差异，以期为超高层建筑结构方案选型决策提供借鉴。【关键词】超高层建筑结构方案成本差异【中图分类号】TU723.3【文献标识码】A【文章编号】1008-2166（2023）04-055-07【DOI】10.19730/ki.1008-2166.2023-04-055Cost Analysis of Structural Type Selection in the Scheme Design Stage ofa Super High-Rise BuildingLi Wenda(Xiamen Green Development Investment Co.Ltd.,Xiamen 361000,China)【Abstract】In recent years,super high-rise buildings have sprung up like bamboo shoots,becoming a beautiful businesscard of the city,and also highlighting the economic and technological strength of the city.At the same time,super high-risebuildings have the characteristics of long construction period,large investment and high investment risk,so cost control hasbecome a focus issue for investors.The selection of design schemes at the design stage is the most effective means tocontrol the cost,and the selection of structural schemes is one of the important working contents of design-schemes-selection.This paper introduces three structural schemes of reinforced concrete frame-corewall structure、concrete frame withsteel column-corewall structure and steel frame-corewall structure in the design stage of Xiamen Lvfa New Times Squaresuper high-rise building,and gives the difference of material requirement,labor consumption and schedule of differentstructural schemes in combination with the technical characteristics of super high-rise building construction.On this basis,this paper summarizes and analyzes the cost difference of the project fee and measures cost of each scheme by applying thelocal estimate quota,in order to provide reference for the decision-making of the super high-rise building structural schemes.【Key words】Super high-rise building;Structure scheme;Cost difference作者简介：李文达（1992），男，山东德州人，工程师，研究方向为全过程造价管理、工程项目管理。收稿日期：2023 年 3 月Engineering Cost ManagementCost Management55工程造价管理/2023 年第 4 期一、引言超高层建筑是由于经济效益显著、备受人们青睐而逐步发展起来的，建造技术和建筑材料的不断创新突破，为超高层建筑的蓬勃发展奠定了基础。超高层建筑具有建设周期长、投资大、投资风险高、建设难度大等特点1。因此，严控建设成本，对提高投资收益、降低投资风险具有重要意义。设计阶段决定建设项目绝大部分建设成本，做好建筑、结构、幕墙等各专业设计方案的选型工作，是成本管理前置、降低建设成本最有效的手段2。超高层建筑结构形式多种多样，结构形式不同导致建造成本差异显著，因此明晰不同结构方案间材料消耗、人工消耗、工期、费用间的差异，对指导结构方案选型决策具有重要意义。二、超高层建筑结构类型超高层建筑结构按建筑材料类型可划分为钢筋混凝土结构、钢结构和组合结构三种类型3。混凝土结构具有取材方便、材料来源广、抗侧刚度大、防火性能好等优点，缺点是自重大、现场作业多、工期相对较长。钢结构具有重量轻、抗震性好、工期较短、工业化程度高等优点，但同时存在防火性差、抗侧刚度偏弱、用钢量巨大、施工工艺复杂、后期防火涂料维护费用高等缺点，在超高层建筑应用中较为受限。目前，位于深圳市的汉京中心为国内唯一钢结构超高层建筑，建筑高度为 320m，每平方米钢含量高达 350kg4。组合结构通过将实腹型钢、空腹型钢、钢管等与钢筋混凝土等不同材料组合，形成组合梁、钢骨梁、钢骨柱、钢管混凝土柱、组合板、组合墙等建筑构件。组合结构可充分发挥钢和钢筋混凝土两种材料的优势。目前，组合结构是超高层建筑中应用最广泛的结构类型5。超高层建筑按结构体系又可分为剪力墙结构、筒体结构、框架-核心筒结构和巨型结构等四种类型。其中，框架-核心筒结构体系因同时具有框架结构体系结构布置灵活、室内空间开阔以及核心筒结构体系抗侧刚度大、承载力高等优点，应用最为广泛。框架-核心筒结构体系按组成构件不同，又分为钢筋混凝土框架-核心筒、钢柱混凝土框架-核心筒、钢框架-核心筒三种结构类型。其中，钢筋混凝土框架-核心筒外框由钢筋混凝土柱、钢筋混凝土梁板体系组合而成6；钢柱混凝土框架-核心筒外框由钢管混凝土柱或钢骨柱、钢筋混凝土梁板体系组合而成；钢框架-核心筒外框由钢管混凝土柱或钢骨柱、钢梁、压型组合楼板或钢楼承板组合而成。三、超高层建筑施工技术1、塔式起重机应用特点不同结构类型的超高层建筑施工工序有所差异，导致塔式起重机选型和布置也存在一定差异。钢筋混凝土框架-核心筒超高层建筑通常只需考虑钢筋、模板的吊装，单构件自重较轻，因此对塔施起重机性能要求较低7。钢柱混凝土框架-核心筒、钢框架-核心筒超高层建筑在塔式起重机选型时，往往要考虑钢骨柱、钢骨梁、伸臂桁架等构件的吊装，尤其钢骨柱截面尺寸较大，单个构件吊重较大，因此对塔施起重机性能要求较高。2、建筑模架应用特点钢筋混凝土框架-核心筒、钢柱混凝土框架-核心筒超高层建筑外框与核心筒通过混凝土现浇梁板连接，外框与核心筒同步施工，通常结合铝合金模板施工，外围护架体一般使用爬架。钢框架-核心筒超高层建筑外框与核心筒通过钢梁进行连接，外框及核心筒不等高同步爬升施工，核心筒通常采用液压爬模体系。核心筒液压爬模体系根据核心筒结构情况，又分为外爬内支、内外全爬两种施工类型。目前，模板体系正朝高度集成化方向发展，集成智能钢平台（俗称“空中造楼机”）由钢框架系统、支撑系统、动力系统、模板系统、挂架系统、智能控制系统集合而成，甚至可以集成动臂式塔式起重机，在高度超过 400m 的超高层建筑中应用居多，如武汉绿地中心、中国尊、沈阳宝能环球金融中心。集成智能钢平台的优点是承载力更好、稳定性更强、造价管理56节约工期，缺点是一次性投入大、造价高。四、超高层建筑成本分析1、工程概述厦门绿发新时代广场 B 地块项目位于厦门市思明区，建设用地面积 13041.37 m2，规划业态为酒店、商业，由 1 幢带裙房塔楼及 1 幢独立裙房组成。其中塔楼楼层数为 42 层，包含 3 个避难层，建筑总高度 192m（含塔冠高度 20m），标准层层高为 4.1m。项目抗震设防烈度为 7 度（0.15 g），设计地震分组为第三组，建筑场地类别为类，地面粗糙度类别为 A 类。塔楼结构安全等级为二级，抗震设防类别为丙类标准设防。框架及剪力墙抗震等级均为一级，设计基本风压为 0.80kN/m2，风荷载体型系数为1.4，其中塔冠范围风荷载体型系数为 2.0。2、结构方案介绍结构方案选型阶段，设计单位分别提供了钢筋混凝土框架-核心筒、钢柱混凝土框架-核心筒和钢框架-核心筒 3 种结构方案，结构效果如图 1图 3 所示。钢筋混凝土框架-核心筒方案（以下称“方案一”）底部框架柱截面 1500mm1500mm，无需设置加强层，标准层内部结构高度 750mm。钢柱混凝土框架-核心筒（以下称“方案二”）底部框架柱截面 1200mm1200mm，钢骨框架柱采用“混凝土包钢”形式，钢骨柱仅设置至 30 层，楼盖采用现浇钢筋混凝土梁板体系，利用避难层 2 和 3 设置环带桁架及两道 Y 向伸臂桁架，标准层内部结构高度750mm。钢框架-核心筒（以下称“方案三”）底部框架柱截面 1200mm1200mm，钢骨框架柱采用“混凝土包钢”形式，楼盖采用钢梁及闭口型压型钢板楼盖组合体系，利用避难层 2 和 3 设置环带桁架及四道 Y 向伸臂桁架，标准层内部结构高度 650mm。3、各方案主要材料用量根据盈建科结构软件计算结果，三种结构方案混凝土、钢筋及型钢直接用量见表 1，其中钢筋、混凝土用量不含二次结构构件。各方案中，方案一混凝土、钢筋用量最大，型钢主要用于屋顶塔冠造型，用量最少。随着钢骨柱、钢梁的逐步应用，方案二、方案三混凝土和钢筋用量随之降低，这主要是因为钢骨柱可增加结构刚度、减小柱截面，钢梁替代混凝土梁等，都会降低混凝土、钢筋用量。结果表明，方案二、方案三混凝土用量分别较方案一减少 8.31%、22.80%，而钢材（钢筋、型钢）用量分别较方案一增加 11.56%、45.63%。可见，结构形式变化对含钢量的影响略大于对含混凝土量的影响。4、各方案分部分项工程费用建筑工程中，混凝土、钢材等直接工程费在建筑工程费占比为 60%70%，对建筑安装工程费高低起决定性作用，下面仅列述混凝土、钢材、防火涂料等主要项目分部分项工程费。根据各方案主要材料消耗情况，套用当地有关定额，得出各方案分部分项工程费用见表 2。若按工程费用构成要素分类，则各构成要素费用情况见表 3。从分部分项工程费对比分析来看，方案二、方案三分部分项工程费较方案一分别提高 14.70%、50.09%，可见，随着钢骨柱、钢梁的逐步应用，分部分项工程费会随之大幅增加。其中，方案二、方案三混凝土工程费较方案一有所降低，分别降低 8.38%、21.67%；而型钢及钢筋工程费较方案一分别提高24.28%、74.67%。可见，对超高层建筑来说，采用钢框架-核心筒结构形式较钢柱混凝土框架-核心筒结构形式建筑工程费增幅高达 30%35%。从费用构成要素对比分析来看，与方案一相图 1方案一结构效果图图 2方案二结构效果图图 3方案三结构效果图Engineering Cost ManagementCost Management57工程造价管理/2023 年第 4 期表 1各方案主要材料用量及含量材料类型项目类型单位方案一方案二方案三混凝土总用量m3304122788523479含量m3/m20.610.560.47型钢总用量t39024346673含量kg/m2849134钢筋总用量t715459824313含量kg/m214312086防火涂料总用量m23955716937632含量m2/m20.080.140.75表 2各方案分部分项工程费统计方案类型材料类型单位工程量综合单价/元合价/万元方案一混凝土m330412752.792289.38型钢t3908390.78327.24防火涂料m23955114.4245.25钢筋t71546822.724880.977542.84方案二混凝土m327885752.182097.47型钢t24349601.732337.06防火涂料m23955114.4282.03钢筋t59826913.164135.458652.01方案三混凝土m323479763.741793.18型钢t66739164.626115.55防火涂料m237632114.42430.59钢筋t43136913.072981.6111320.93合计合计合计表 3各方案费用构成要素分类统计项目分类方案一方案二方案三人工费746.271098.081715.47材料费5291.905622.876747.60机械费68.78284.04702.77管理费421.39483.34632.43利润391.70449.29587.88税金622.80714.39934.78合计7542.848652.0111320.93（万元）造价管理58比，方案二、方案三各要素费用均有所增加，其中人工费分别增加 351.81 万元、969.20 万元，增幅分别为 47.1%、129.9%；材料费分别增加 330.96 万元、1455.70 万元，增幅分别为 6.3%、27.5%；机械费分别增加 215.26 万元、633.90 万元，增幅分别为312.9%、921.8%。可见，随着钢柱、钢梁的逐步应用，人工、材料、机械费用都会随之增加。材料费用增加主要由于结构形式变化导致钢材用量提高，且钢材价格高于混凝土等地材价格，钢材对建筑工程费影响尤为明显。人工费、机械费用的增加，主要由于型钢加工制作过程所需加工设备、起重设备种类较多，放样、划线、截料、平直、钻孔、焊接、成品矫正等工艺需要消耗大量的人工、机械台班。5、各方案主体结构施工阶段人工消耗量及工期超高层建筑施工阶段通常分为主体结构、砌筑与粗装修、机电专业、装饰装修、室外工程、工程验收等六大阶段。不同结构类型的超高层建筑施工组织及施工方案差异主要体现在主体施工阶段，从而导致施工工期有所差异8。基于上述论述，文章仅对主体结构施工阶段的施工现场人工消耗量及工期差异进行分析。人工消耗量是影响工期最为显著的因素之一，其通常与工期呈正相关关系9。在资金、材料、施工机械供应及时，施工组织合理，日均劳动力投入相同的假设条件下，依据各方案分部分项工程量及建设工程劳动定额10，计算得出各方案主体结构施工阶段人工消耗量，见表 4。型钢、压型钢板等构件因在工厂进行加工制作，以半成品运抵现场进行安装，因此表 4 未统计型钢构件加工制作人工消耗量，仅统计施工现场人工消耗量。假定方案一主体结构施工阶段形象进度为 13 日历天/层，主体结构施工阶段工期为 546 日历天，利用工期与人工消耗量正相关关系，可得出方案二、方案三相应工期分别为 521 日历天、453 日历天，折合形象进度分别为 12.4 天/层、10.8 天/层，工期分别节省 4.62%、17.09%。6、各结构方案措施项目费对比根据结构形式与行业施工水平现状，方案一、方案二拟采用整体外爬内支施工方案，塔楼外围采用爬架作为围护架体，外框及核心筒梁板柱墙采用铝合金模板支模体系。方案三核心筒拟采用外爬内支施工方案，核心筒内梁板及内墙采用铝合金模板支模体系，塔楼外围采用爬架作为围护架体11。依据 建筑施工手册12，对塔楼主体施工阶段进行塔式起重机吊次分析，在前文所述工期条件下，计算得出单台塔式起重机理论吊次分别是21840 次、20804 次、18120 次，三种方案结构材料所需吊运次数分别为 24468 次、22702 次、18276 次。根据吊次计算结果及最大构件重量，在主体施工阶段，方案一拟配置 1 台 1600kN m 及 1 台 2500kN m 塔式起重机，方案二、方案三拟分别配置 2 台2500kN m 塔式起重机，且各方案主体结构施工至 6表 4各方案主体结构施工阶段人工消耗量统计工序名称人工消耗量/工日方案一方案二方案三钢筋制作、绑扎406853402124710模板安装310032940816187混凝土浇筑11806103108826钢柱、钢梁安装259565511361防火涂料喷涂57510435475压型钢板铺装-3357合计843298043669916Engineering Cost ManagementCost Management59工程造价管理/2023 年第 4 期层时加设 2 台双笼施工电梯予以配合。根据上述施工方案，套用当地有关定额，各方案主体施工阶段措施项目费见表 5。各省对超高施工降效费（包括人工、机械降效费）科目归属有所差异，某些省份将其归属于分部分项工程各清单项目费中，某些省份则将其作为措施项目单独列项，文章采用单独列项方式。此外，当地定额已在混凝土材料中综合考虑相应高度的泵送费用，故不再对超高泵送费进行统计分析。结果表明，结构形式不同对措施项目费影响较小，各方案措施项目整体差异较小。其中，外墙脚手架工程费主要与工期相关，方案二、方案三工期较短，外墙脚手架费用有所降低，但幅度较小。垂直运输费主要受塔式起重机与施工电梯布置数量、型号、使用天数影响，与施工组织设计密切相关。现有施工方案前提下，各方案垂直运输费差异较小。模板费用差异相对较大，主要由于方案三采用压型钢板组合楼板，压型钢板在楼板浇筑可以直接作为模板使用，若将压型钢板视为模板费用，则各方案模板费用差异随之变小。安全文明施工费主要以直接工程费做取费基础，人工、机械降效费则分别以人工费、机械费为取费基数，故方案二、方案三相应费表 5各方案主体结构施工阶段措施项目费用统计方案类型措施项目单位工程量综合单价/元合价/万元方案一模板m2133015101.941355.97外脚手架m228570105.02300.04垂直运输项17538924.13753.89安全文明项14236883.69423.69人工降效项11014922.17101.49机械降效项1963154.7096.32合计3031.40方案二模板m2125233101.781274.64外脚手架m228570102.25292.13垂直运输项18062305.98806.23安全文明项14693343.54469.33人工降效项11202971.10120.30机械降效项11584648.33158.46合计3121.09方案三模板m275315107.17807.16闭口型压型钢板m24072391.48372.54外脚手架m228570100.17286.19垂直运输项17130970.62713.10安全文明项15739769.82573.98人工降效项11512719.10151.27机械降效项12491634.21249.16合计3153.39造价管理60【参考文献】1杨军.超高层建筑项目全寿命周期成本管理的研究J.工程造价管理，2022（6）:22-26.2梁志超.影响超高层建筑工程造价的电气因素J.工程造价管理，2019，165（1）:45-50.3黄宗襄，陈仲.超高层建筑设计与施工新进展M.上海：同济大学出版社，2014.4韦彬.超高层建筑结构选型及经济性分析J.城市建筑，2021，18（23）:88-90.5胡玉银.超高层建筑施工M.北京：中国建筑工业出版社，2013.6金振.超高层建筑关键施工技术应用与方案比选M.北京：机械工业出版社，2020.7姚燕，王玲，吴浩，等.高强高性能混凝土研究和应用现状与发展方向J.建井技术，2018，39（4）:28-35.8苏亚武，康晋宇，汤淼，等.多业态下超高层建筑施工进度计划编制与控制J.施工技术，2017，46（23）:1-3.9许尔淑，张红标.建设工程施工工期定额认知、编制及施行J.工程造价管理，2016，152（6）:40-43.10住房和城乡建设部.建设工程劳动定额S.北京：中国计划出版社，2009.11符饶.建设项目目标成本动态控制研究以 J 公司共有产权房项目为例J.工程造价管理,2021（4）:25-30.12建筑施工手册第五版编写组.建筑施工手册（第五版）缩印本M.北京：中国建筑工业出版社，2013.13张红标.钢筋混凝土建筑结构设计成本优化研究J.工程造价管理，2016，148（2）:46-51.用略有增加，但差异较小。五、结语超高层建设项目具有建设周期长、投资大等特点，开发商承担投资风险较高，管控好成本对降低投资风险具有重要作用。方案设计阶段通常决定了项目 70%80%的建筑安装工程费用，结构方案选型是方案设计阶段重点决策内容之一，选择经济合理的方案对控制建设成本、提高开发商利润具有重要意义13。文章以厦门绿发新时代广场超高层建筑钢筋混凝土框架-核心筒、钢柱混凝土框架-核心筒和钢框架-核心筒三种结构形式为案例，对比分析了不同结构方案材料用量、人工消耗量、工期、分部分项工程费、措施项目费等方面的差异，发现与钢筋混凝土框架-核心筒结构相比，钢柱混凝土框架-核心筒结构、钢框架-核心筒结构的钢材用量增加幅度大于混凝土用量降低幅度，主体结构分部分项工程费增长幅度分别可达 14.70%、50.09%左右，而不同结构形式对措施项目费的影响较小。研究结果对超高层结构选型决策具有一定的参考意义。虽然采用钢柱混凝土框架-核心筒、钢框架-核心筒等结构形式会大幅提高工程造价，但型钢的应用可有效降低结构截面尺寸，增加室内有效使用面积，采用钢梁还可以降低层高，并且随着型钢等装配构件应用范围扩大，建设工期可大幅缩短，由此引起的隐形效益及资本化利息的节约需要在方案决策时进行综合衡量。Engineering Cost ManagementCost Management61