Unit Eight The Cost of Building Structure

1. Introduction

The art of architectural design was characterized as one of dealing comprehensively with a complex set of physical and nonphysical design determinants. Structural considerations were cast as important physical determinants that should be dealt with in a hierarchical fashion if they are to have a significant impact on spatial organization and environmental control design thinking.

The economical aspect of building represents a nonphysical structural consideration that, in final analysis, must also be considered important. Cost considerations are in certain ways a constraint to creative design. But this need not be so. If something is known of the relationship between structural and constructive design options and their cost of implementation, it is reasonable to believe that creativity can be enhanced. This has been confirmed by the authorsrsquo; observation that most enhanced. This has been confirmed by the authorsrsquo; observation that most creative design innovations succeed under competitive bidding and not because of unusual owner affluence as the few publicized cases of extravagance might lead one to believe. One could even say that a designer who is truly creative will produce architectural excellence within the constraints of economy. Especially today, we find that there is a need to recognize that elegance and economy can become synonymous concepts.

Therefore, in this chapter we will set forth a brief explanation of the parameters of cost analysis and the means by which designers may evaluate the overall economic implications of their structural and architectural design thinking.

The cost of structure alone can be measured relative to the total cost of building construction. Or, since the total construction cost is but a part of a total project cost, one could include additional consideration for land(10～20percent),finance and interest(100～200 percent),taxes and maintenance costs (on the order of20 percent).But a discussion of these so-called architectural costs is beyond the scope of this book, and we will focus on the cost of construction only.

On the average, purely structural costs account for about 25 percent of total construction costs. This is so because it has been traditional to discriminate between purely structural and other so-called architectural costs of construction. Thus, in tradition we find that architectural costs have been taken to be those that are not necessary for the structural strength and physical integrity of a building design.

“Essential services” forms a third construction cost category and refers to the provision of mechanical and electrical equipment and other service systems. On the average, these service costs account for some 15 to 30 percent of the total construction cost, depending on the type of building. Mechanical and electrical refers to the cost of providing for air-conditioning equipment and he means on air distribution as well as other services, such as plumbing, communications, and electrical light and power.

The salient point is that this breakdown of costs suggests that, up to now, an average of about 45 to 60 percent of the total cost of constructing a typical design solution could be considered as architectural. But this picture is rapidly changing. With high interest costs and a scarcity of capital, client groups are demanding leaner designs. Therefore, one may conclude that there are two approaches the designer may take towards influencing the construction cost of building.

The first approach to cost efficiency is to consider that wherever architectural and structural solutions can be achieved simultaneously, a potential for economy is evident. Since current trends indicate a reluctance to allocate large portions of a construction budget to purely architectural costs, this approach seems a logical necessity. But, even where money is available, any use of structure to play a basic architectural role will allow the nonstructural budget to be applied to fulfill other architectural needs that might normally have to be applied to fulfill other architectural needs that might normally have to be cut back. The second approach achieves economy through an integration of service and structural subsystems to round out onersquo;s effort to produce a total architectural solution to a building design problem.

The final pricing of a project by the constructor or contractor usually takes a different form. The costs are broken down into (1) cost of materials brought to the site, (2)cost of labor involved in every phase of the construction process, (3)cost of equipment purchased or rented for the project, (4)cost of management and overhead, and(5) profit. The architect or engineer seldom follows such an accurate path but should perhaps keep in mind how the actual cost of a structure is finally priced and made up.

Thus, the percent averages stated above are obviously crude, but they can suffice to introduce the nature of the cost picture. The following sections will discuss the range of these averages and then proceed to a discussion of square footage costs and volume-based estimates for use in rough approximation of the cost of building a structural system.

2. Percentage Estimates

The type of building project may indicate the range of percentages that can be allocated to structural and other costs. As might be expected, highly decorative or symbolic buildings would normally demand the lowest percentage of structural costs as compared to total construction cost. In this case the structural costs might drop to 10～15percent of the total building cost because more money is allocated to the so-called architectural costs. Once again this implies that the symbolic components are conceived independent of basic structural requirements. However, where structure and symbolism are more-or-less synt

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附录一 译文

建筑结构的成本

1.导言

建筑艺术设计被描绘成了作为一个既包含处理很多物质因素，又考虑诸多非物质方面的因素的复杂形式。如果结构性因素对空间组织和环境控制设计思想有重大影响，那么它就被认为是一个相当重要的物理因素，应当采用分阶段的设计方法。

在最后的设计中，对建筑物经济方面的考虑作为一个主要的非物质因素也认为是重要的。经济考虑对于创造性的设计在某些方面来说是一种制约，但这也并非是绝对的。如果事先了解结构设计及施工组织方案与实现他们的造价之间的关系，那么可以相信创造性是同样可以实现的。通过作者的观察已被证实，多数具有创造性的设计是在有竞争性的招投标中获得成功的，而不是因为业主非常富裕。尽管后者被大肆炒作，却很少使人信服。甚至可以说，真正具有创造性的设计师将产生卓越的建筑内部的制约经济。特别是今天，我们发现，高雅和经济其实可以成为一个统一的概念。

因此，在本文中我们提出了一些简要说明成本参数的分析和方法，是设计师在他们的结构设计中考虑经济因素时，经常采用的一些设计手段。

结构造价本身是通过其在建筑物总造价中所占的百分比来衡量的。或者，因为工程只是一个项目总造价的一部分，因此还要考虑额外费用如土地（10%~20%）、财务和利息（100%~200%）、税收和维修费用（20%左右）。不过上面这些因素都不在本文的讨论范围之内，文章将重点介绍工程造价。

平均来说，单纯的结构造价大约占总建筑成本的25%。这是因为，传统意义上的纯粹的建筑结构造价和其他所谓的建筑建设成本是分开的。因此，我们发现在传统上所谓的建筑造价，往往是指那些与建筑的结构强度和物理完整性无关的因素。

“基本服务费”组成了一个第三类的建筑成本，是指提供机械和电气设备以及其他服务系统等费用。就平均而言，这些服务的费用大约占总建造费用的15%~30%，这主要取决于建筑物的类型。机械和电气费用，是指空调系统费用以及其它服务设施，如管道系统、通讯和照明及动力设备。

突出的一点是，这些费用的明细显示，到目前为止，一个典型建筑设计解决方案的总成本中，平均约45%～60%被分配给了建筑因素。但现在这种状况正在迅速改变，因为高利率以及缺乏资金，大多业主要求更精简的设计。因此，一个可能的结论是，设计者需要考虑两种可以直接影响建筑物的工程造价的方式。

第一种节约开支的途径是考虑建筑问题和结构解决方案问题能够同时解决，这些地方往往有着很强的经济潜力。由于目前的趋势表明，大多设计都不愿将很大一部分的工程预算用于纯粹建筑设计，这种做法似乎是一个合乎逻辑的必要性。也会节省一部分非结构预算，这一经费可用于一些本会被削减掉的建筑需求。第二种节约开支的途径，则是设计人员在设计过程中综合考虑服务设施和结构体系，尽力提出一个能够解决房屋设计和施工难题的总建筑方案。

建设方和承包商通常用不同的方式做出工程项目的最终报价。他们往往将其分为（1）场地材料费，（2）每一个施工过程中的劳动力成本（3）工程所需购买、租借的装备费，（4）经营管理费以及（5）利润。建筑师以及工程师很少考虑的像上面所述的那么精确，但是头脑中应该有一个清楚的概念，那就是一项结构工程的实际造价最终使用什么方法定价以及承包商又是怎样标价的。

显然，上面讲到的百分比平均数有些粗略，但是它足以说明总体造价的组成情况了。以下各节将讨论这些平均数的范围，并进一步阐述在对建筑无的造价进行粗略、近似估计时用到的平方英尺以及单位体积造价。

2.百分比估价

建筑物的类型将决定结构和其他构件的费用所占的百分比范围。正如所希望的，装饰性或者标志性的建筑物的结构造价相比于总体造价中所占的百分比相对较低。正因如此，结构造价所占的百分比可降低至工程总造价的10%~15%，因为更多的钱被用到那些非结构费用上了。这又一次意味着这种标志性的成分是与基本的结构要求无关的。然而，对于一些诸如教堂类的综合性标志建筑物，对其结构体系的造价相对较高，其百分比可达到15%~20%或者更高。

在另外一方面的是一些简易的和非象征性的工业建筑物，如仓库或者车库。对于这种建筑，由于内部隔墙、天花板、管道设备系统以及装修部分要求较低，其结构造价在工程总体造价中所占的比例往往能达到60%~70%，有时甚至可达80%。

而如一些中等高度（5~10层）的多层办公楼或住宅楼，其结构造价在总体造价中所占的比例，大约维持在25%；而对于一些低矮且跨据短的商业用房和住宅，大约3~4层高且跨度为20~30英尺以及简单的竖向要求，其结构造价将占总造价15%~20%。

而如实验室和医院这样一些特殊用途的建筑，则另当别论。他们需要较大的跨度以及不一般要求高的机械装备。这就导致总体造价得以大部分将被用于服务费用（大约30%~50%）,而单纯的结构造价约占20%。对于15层或者以上的高层办公楼以及大跨度（约50~60英尺）建筑物，其结构造价在总体造价中将占较高的百分比（约30%~35%），而服务费用约占30%~40%。

在任何情况下，这些百分比数据是典型性的，并且可以被作为衡量建筑物设计平均效益的尺度。例如，如果一个较低的小跨度且不具备纪念价值的建筑物，仅仅结构造价投标就为30%的话，那么可以肯定这个结构设计是相当不经济的。另一方面，建筑师应该注意到的一个容易混淆的事实就是，经济投标往往取决于设计者和承包人的理解设计及施工要求的实际能力，能力强就能提供一个较低的投标。创造性设计受限往往是因为设计者或承包商在经验、想象力际交流方面的匮乏。如果承包者没有把握，那么它就会加大投资，以防可能遇到的意外风险。因此要使有创造性的设计在投标时具有竞争力，作为一名建筑师它应能够洞察工程潜力所在。至少建筑是应该尽可能地与想象力丰富的结构工程师、承包商甚至制造商进行密切配合。相反，即使对于最为普通的建筑设计，如果仅仅靠设计手册，是很难取得经济效益的。效率离不开专业知识，而最为重要的是想象力，这一点在面对一个不太熟悉的项目是尤为重要。

如果建筑物结构设计至少具有中等（或标准）的效益时，前面所提到的百分比可以在建筑物总造价估算有着很大的帮助。例如，如果一座办公楼总体造价500万美元，其中有25%时结构造价的标准，那么这一工程结构体系造价就不能超过125万美元。若设计很合理，比如时按上述的中等效益设计估算造价的80%时，那么就有25万美元，也就是5%的总体建筑费用被省下来。如果这500万资金已经到位，那么节省下的25万美元就可用于其他的经济开支。

所有这些表明，结构设计和建筑整体设计（机械和电器）的创造性结合的概念，将有助于减少单纯的结构造价，或在相同造价下提供更多的建筑费用。这样，设计成功的程度将取决于设计者的专业知识、灵活性以及设计者和承包人之间有洞察力的合作，

上面讨论仅仅是提供一种关于建筑总体造价的全面视图，下面的部分将提供对建筑的结构造价进行估价的方法。有两种可供选择的方法将用来进行结构造价的近似估价：其一是根据单位平方英尺建筑面积，另一种则是根据所用的结构材料体积进行估价。参考上面所提到的有效设计的结构造价标准，最后的结构估价有助于对建筑的总体造价惊醒大概的了解。当然，这样得到的只是一个粗略的估价，但却会使设计负责人员对实际设计中经常要面对的经济问题有所了解。至少，这些将有助于对可供选择的结构体系的相对成本效益进行对比。

3.平方英尺估计

正如前面所提到的，在一个特定的时期和地区，是可以根据相似工程的平均造价，来经验地确定准平方英尺造价系数。设计者和承包人有效的利用材料和劳动力的能力不同，会导致不同平均水平的经济效率设计的。

对于“普通”的结构体系，每平方英尺的造价为10~16美元，例如，典型的办公楼平均水平在12~16美元之间，而住宅型建筑的范围则是10~14美元。对以上两种情况，下限适用于短跨低矮的建筑，而上限则是用于较大跨度及中等高度的建筑。

普通工业建筑结构，如典型的住宅性建筑，平面形状简单，通常每平方英尺的造价为10~14美元。尽管工业建筑的跨度很大，且荷载较重，但他们的布局简单，在内墙、隔墙以及天花板方面的要求较少，且一般不高。换句话说，设计和安装的简单化，可以弥补工业建筑因大跨度和重载所造成的额外造价。

当然也存在着不同于平均水平的情况。变化的限度取决于体系的复杂程度、跨度超长的程度、特殊的荷载级地震条件等。例如，由于结构造价相当高，位于旧金山的Crown Zellerbach 银行和办公楼旧称得上是个例外。60英尺跨度的钢架以及底部用来承受地震荷载的自由支撑的柱子，连同旧金山糟糕的土壤状况，都造成了较高的造价。在那个时期，这样的设计是非同寻常的，正是因为其特殊的用途及标志性，它才被允许以建筑物个方面都高出同类建筑物的平均水平的造价进行建造。因此，其结构造价在总体造价中的比重接近也普通建筑物。

现在将进一步叙述超长跨度的影响。正常跨度的范围规定为：住宅楼16~25英尺；办公楼20~30英尺；工业建筑为25~30英尺，且每平方英尺承重200~300磅（大约是住宅或办公楼的3或4倍）；车库建筑为50~60英尺，且相对较轻（50~75平方英尺，类似于住宅或办公楼）。如果跨度增加一倍，结构造价将会提高大约20~30%。

工业建筑中较大的荷载也无形中提高了建筑物的结构造价。如果一个工业建筑的荷载增加到每平方米500磅（大约2~3倍）的话，其结构造价也将提高20~30%。

上面所述都是针对楼层系统而言的，对采用有效正交各向异性体系的公寓屋顶，不管是钢还是预应力混凝土的，其现代经济设计者的限值都是150英尺。尽管钢结构空间框架常大于150英尺，其制造费用也将大大增加。

无论如何，长跨度体系都有其特殊性，它可能较多，也可能较少的影响总体建筑造价时，对于特殊的建筑物，其结构造价将随着设计的不同而明显地改变 。结构形式越特殊，由设计知识、设计的创造性以及施工技术所决定的造价节俭潜力就越大。

4.体积度量估计

当更高的准确性被被需求时，造价可以通过工程中所用到的材料体积来估计。乍看之下，一个建筑师不善于精确地估计建筑过程中所用到的材料体积，并如果要得到更高的精度，可以通过工程中所用到的材料体积来估计造价。且进展会非常缓慢，但通过努力学习后，实现这一估计是可能的。

体积度量估计，是通过制定结构系统中需要的以磅或吨记得钢材、立方体的钢筋或预应力混凝土的现场价格来实现的。对于这样一个初步估计，并不需要去详究它的详细造价。例如，混凝土的现浇造价将包括模板、脚手架、钢筋、劳动力等费用和间接费用。钢结构则包括构件制作及安装的费用。

以重量计的建筑钢材的现场价格，从每磅0.50美元到0.70美元不等。对于低层建筑，可采用现成的宽翼缘型钢构件，只需要极少的加工，因而成本可降低至每磅0.50美元。而复杂的结构体系需要较多的切割和焊接（如复杂的钢桁架或空间框架设计），因而其钢材现场价格可达0.7美元甚至更高。对于标准的高层建筑设计，每平方米大概将由20~30磅钢材，这是设计人员不希望超过的量值。而每平方米低于20磅的设计，则需要很强的创造力以及建筑物设计和结构设计上完美的结合，其可称得上是一个真正的成就。

混凝土的价格是以体积计量的，其范围从简易的每立方码150美元的现浇钢筋混凝土工程，到非常昂贵的每立方码300美元的小批量所谓预制和预应力工程不等。出现如此大的价格范围。是因为影响因素较复杂，包括预制构件的形状、安装的难易其生产总量。

模板通常是现场浇制混凝土构件的控制因素。因此，要实现每立方码150美元的价格，只需要采用最简单的体系，例如需要很少的模板加工量并可多次使用平板。一旦梁存在，就需要专门的模板，由于混凝土和钢筋的放置上的困难，价格范围每立方码180美元上升到每立方码300美元。在发达国家，由于较高的劳动力成本，导致较高的模板造价，这就迫使人们采用最简单的和大批量可重复使用的结构构件来实现造价的削减。但现场浇制价格开始接近每立方码240美元时，就应该考虑大批量生产的预制和预应力构件的使用，这样将会减少造价和缩短工期。后者将会因为时公开支费用的降低，是承包商快速赢利。

对于上面所述造价概念,需要补充的是基础混凝土工程。支模和浇制都很简单的基础（钢用量很少的混凝土基础，如承重墙基础和筏形基础）造价约为每立方码90美元，但当采用桩基时成本就会快速上浮，直径为16英寸的桩基现场浇制的价格大约为每英尺12美元或者更多，这还要取决于土壤状况。

特别需要注意的是这些现浇混凝土的工程造价的组成。普通钢筋混凝土送到工地的价格约为每立方码40美元，而特殊的混凝土，如轻质混凝土及高强混凝土的价格可达到每立方码50美元到60美元。低碳钢筋的价格将取决于钢筋的切割以及加工的复杂程度，其现场价格范围一般为每磅30 美分~46美分。平均而言，含钢量约为每立方码150磅的普通钢筋混凝土的钢筋费用约为每立方码45~60美元。劳动力费用包括钢筋铺设，混凝土浇注以及混凝土的表面修整，依据其复杂程度一般为每立方码20美元~40美元。

模板造价在大多混凝土工程造价中占很大比重。其造价可表述为每平方英尺的接触面积，楼板为单位模板，而墙体则为双面模板。在这两种情况下，效益取决于模板的可重复利用能力及简单的形式设计。对于最简单的胶合板模板，如用于平板时，其每平方英尺接触面积的价格的最小值为1美元。墙体因为两面都需要采用模板，故其模板费用为每平方英尺接触面积2美元。对于一段8英尺的普通墙体，其模板费用相当与每立方码混凝土约为80美元。当采用梁结构时，较高的劳动力成本将会影响到模板加工和安装费用，其模板造价就很容易升至每平方英尺接触面积2.5美元~3.0美元。对于一些复杂形式的特殊设计，例如非标准的双向密肋体系或者壳状及悬索设计，除非该模板可重复使用，否则模板的费用将常常占

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