建筑結構與成本的關系
2019-03-11 23:42:48次
大量的統計數據和實踐表明，前期策劃和設計階段(項目策劃、方案設計、初步設計、施工圖設計)影響整個房地產項目投資在80%以上，而結構成本占到建安成本的40%～60%，同時結構成本還常常由于策劃及設計管理的好壞出現非常大的波動，結果可能造成成百上千萬元的造價差別，因此結構設計優化就成為整個設計階段成本控制的重中之重。
結構設計是在建筑平面布置及建筑立面表現的基礎上，以國家或地方現行規范、規程、圖集為依據，通過結構荷載計算、荷載效應組合及各種荷載作用下結構的內力分析，最終確定結構體系、結構構件(如墻、柱、梁、板)尺寸、基礎尺寸及其材料類型和材料強度等的過程。結構設計是工程設計中降本潛力相當大的一個環節。結構專業的優化設計，不是以犧牲結構安全度和抗震性能來求得經濟效益的，而是以結構理論為基礎，以工程經驗為前提，以對結構設計規范實質內涵的理解和靈活運用為指導，以先進的結構分析方法為手段，對設計進行深入調整、改善與提高，對成本進行審核和監控，是對結構設計深化再加工的過程。
結構成本控制必須貫穿整個設計和策劃的全過程，包括前期論證及策劃階段的地質情況調查、規劃階段的初勘、方案階段的結構介入、擴初階段對結構方案的優化、施工圖階段給設計院灌輸成本意識及施工圖配合階段變更、簽證的管理。其技術關鍵點主要體現在下面幾方面：
1、推敲地下室布置
地下室結構在結構成本中所占的比重很大，而且地下室的結構離散性比較大，對其他部分的影響和關聯不明顯，做好地下室結構的優化設計對于控制整個結構成本至關重要。首先，要注意公共大地下室的面積的充分利用，做好單層地下室和多層地下室的方案較。
其次，要把握好支護成本的降低，盡量抬高整個±0.000的標高，因為這不僅降低了支護的成本還節約了土方的開挖和外運，減少了地下水豐富區域的水壓力的影響，對地下室的底板和抗拔樁的設計都起到了有利影響。對地下室的結構成本控制還要把握好地下室頂部覆土厚度的控制和頂部活荷載的控制，地下室頂部覆土的厚度一般與景觀布置和地下管線的埋設要求有關系，這就要求在設計管理過程中把景觀設計和管網設計提前介入，做好精細化設計和專業配合工作，嚴格控制好地下室頂部覆土的厚度。最后，要把握好地下室頂板和底板的布置方案，對這些結構布置方案要做好多方案成本比較，要全方位的把握方案的可行性，對方案的取舍要慎之又慎。
2、控制層高
在滿足建筑立面和使用凈高的前提下，減少層高不僅可以減少豎向構件的長度和體積，同時還可以減少基礎等土建成本和外裝、設備及運營成本。對于一般中檔房屋來講，層高每減少100mm，成本可減少30～40元/㎡，地下室還會更高些。減少層高可以通過結構專業控制梁高、設備專業每層綜合布線來實現。某些部位還可以采用變截面梁或在梁中預埋套管等措施來保證樓層凈高的要求。
3、控制高寬比（即結構高度和結構有效寬度的比值）
建筑高寬比越大，主體結構抗傾覆力矩也越大，安全所需抗側力構件(剪力墻)便越長，由此便會增加結構成本?？刂聘邔挶瘸蔀榱私Y構優化設計的顯著環節。
4、優化剪力墻設置
底部商業、底層復式住宅或架空層層高一般較高，為滿足規范要求，剪力墻墻厚必須增加較多，同時因變成了短肢剪力墻，配筋也將進一步增加，此時可以通過驗算超限墻體的穩定性來減小墻厚，由此一來，墻厚變小，成本也將大大降低。剪力墻長度和數量主要以位移指標來控制，規范規定純剪力墻結構的層間位移比限值為1/1000，為充分發揮剪力墻的最大作用，設計時可以以1/1050~1/2000作為層間位移比的目標限值，在保證建筑物安全富余的前提下減少不必要的剪力墻體，從而從整體上節約造價。
5、優化梁的布置及配筋方式
樓蓋造價占結構總造價的9%~13%，其重量占整個房屋重量的22%左右。梁屬于樓蓋的一部分，其布置直接影響著板的受力情況和配筋，合理布置梁也成為了控制造價的關鍵。對于常見的8.1mx8.1m~9.0mx9.0m柱網，標準層等承受荷載較小的樓板優先考慮平行梁或十字梁，其大概綜合成本(計算鋼筋的數量、混凝土的數量和模板的數量)會比井字梁低10%左右，而對于地下室頂板等承受荷載較大的樓板應選用井字梁，以滿足協調受力、保證凈高的要求。同時，可以取消那些小跨度樓板下部為支撐上部較短填充墻而設置的小梁(如廚房、衛生間等)，因為樓板本身足以承載那些填充墻，不需要單獨設梁，這樣梁減少，成本降低，空間也變好。在大跨度框架梁配筋方面，應避免上部粗大鋼筋全梁貫通，盡量采用較小直徑鋼筋配置，這樣可以有效節省框架梁的鋼筋用量。
6、控制樓板厚度
樓板厚度直接影響著結構荷載，20mm厚樓板自重約占標準層總荷載3.3%，厚度增加，荷載加大，梁、墻、基礎均會加大，成本也隨之增加。同時，對于標準層較小樓板來講，配筋均按最小配筋率來要求，樓板厚度增加反而配筋增大，所以實際工程設計時樓板厚度也是一個降低成本的控制要素。
7、混凝土標號的合理采用
混凝土標號每增加一級，單價提高約5~8%;對柱及剪力墻軸壓比的影響很明顯，應優先選用高標號混凝土;對梁來說，標號高低對梁的承載力變化不大，應選用低標號混凝土;對板來說，雖然提高標號對承載力有提高，但標號提高后最小配筋率相應增大，樓板開裂的幾率也增大，所以也應選用低標號的混凝土。工程設計時通常將墻柱混凝土標號高于梁板混凝土標號一~二個等級，將混凝土承載能力最大化。
8、鋼筋材料的合理選擇
HRB400級鋼筋無論從強度、延性還是性價比上都是其他鋼材無法比擬的。HRB 335級鋼筋比HRB235級鋼筋貴約4%，強度提高43%;HRB400級鋼筋比HRB 335級鋼筋貴約2.9%，強度提高20%。因此，設計中使用HRB400級鋼筋代替傳統的HRB235級鋼筋和HRB335級鋼筋作為受力鋼筋(吊鉤出外)可有效降低工程的鋼筋用量。
以上是從建筑結構設計方面對一些成本控制關鍵環節的闡述。每一個工程建筑都需要匯集參建各方的智慧和辛勤工作。從建筑結構設計角度出發，就是要盡力做到結構安全、經濟效益和社會效益最大化，要處理好這些問題，涉及到建筑與結構方案、計算機軟件應用、工作經驗和技術先進等問題，加強這方面工作的研究和交流，就能使結構設計越做越好。前期階段，進行多方案的對比分析，找到其中安全、經濟、美觀的平衡點。在優化過程中，采取辦法減小構件截面，減薄板厚，采用較矮的梁高，合理地增大樓層凈高，減少剪力墻等，這些做法不僅能減少混凝土用量，減輕結構自重，而且減低了結構剛度，減小了地震力。結構優化的目的就是在保證工程質量的同時去除無效的結構成本，達到最小的投入產出比，最終實現建筑安全、經濟和美觀的完好統一。
結構設計是在建筑平面布置及建筑立面表現的基礎上，以國家或地方現行規范、規程、圖集為依據，通過結構荷載計算、荷載效應組合及各種荷載作用下結構的內力分析，最終確定結構體系、結構構件(如墻、柱、梁、板)尺寸、基礎尺寸及其材料類型和材料強度等的過程。結構設計是工程設計中降本潛力相當大的一個環節。結構專業的優化設計，不是以犧牲結構安全度和抗震性能來求得經濟效益的，而是以結構理論為基礎，以工程經驗為前提，以對結構設計規范實質內涵的理解和靈活運用為指導，以先進的結構分析方法為手段，對設計進行深入調整、改善與提高，對成本進行審核和監控，是對結構設計深化再加工的過程。
結構成本控制必須貫穿整個設計和策劃的全過程，包括前期論證及策劃階段的地質情況調查、規劃階段的初勘、方案階段的結構介入、擴初階段對結構方案的優化、施工圖階段給設計院灌輸成本意識及施工圖配合階段變更、簽證的管理。其技術關鍵點主要體現在下面幾方面：
1、推敲地下室布置
地下室結構在結構成本中所占的比重很大，而且地下室的結構離散性比較大，對其他部分的影響和關聯不明顯，做好地下室結構的優化設計對于控制整個結構成本至關重要。首先，要注意公共大地下室的面積的充分利用，做好單層地下室和多層地下室的方案較。
其次，要把握好支護成本的降低，盡量抬高整個±0.000的標高，因為這不僅降低了支護的成本還節約了土方的開挖和外運，減少了地下水豐富區域的水壓力的影響，對地下室的底板和抗拔樁的設計都起到了有利影響。對地下室的結構成本控制還要把握好地下室頂部覆土厚度的控制和頂部活荷載的控制，地下室頂部覆土的厚度一般與景觀布置和地下管線的埋設要求有關系，這就要求在設計管理過程中把景觀設計和管網設計提前介入，做好精細化設計和專業配合工作，嚴格控制好地下室頂部覆土的厚度。最后，要把握好地下室頂板和底板的布置方案，對這些結構布置方案要做好多方案成本比較，要全方位的把握方案的可行性，對方案的取舍要慎之又慎。
2、控制層高
在滿足建筑立面和使用凈高的前提下，減少層高不僅可以減少豎向構件的長度和體積，同時還可以減少基礎等土建成本和外裝、設備及運營成本。對于一般中檔房屋來講，層高每減少100mm，成本可減少30～40元/㎡，地下室還會更高些。減少層高可以通過結構專業控制梁高、設備專業每層綜合布線來實現。某些部位還可以采用變截面梁或在梁中預埋套管等措施來保證樓層凈高的要求。
3、控制高寬比（即結構高度和結構有效寬度的比值）
建筑高寬比越大，主體結構抗傾覆力矩也越大，安全所需抗側力構件(剪力墻)便越長，由此便會增加結構成本?？刂聘邔挶瘸蔀榱私Y構優化設計的顯著環節。
4、優化剪力墻設置
底部商業、底層復式住宅或架空層層高一般較高，為滿足規范要求，剪力墻墻厚必須增加較多，同時因變成了短肢剪力墻，配筋也將進一步增加，此時可以通過驗算超限墻體的穩定性來減小墻厚，由此一來，墻厚變小，成本也將大大降低。剪力墻長度和數量主要以位移指標來控制，規范規定純剪力墻結構的層間位移比限值為1/1000，為充分發揮剪力墻的最大作用，設計時可以以1/1050~1/2000作為層間位移比的目標限值，在保證建筑物安全富余的前提下減少不必要的剪力墻體，從而從整體上節約造價。
5、優化梁的布置及配筋方式
樓蓋造價占結構總造價的9%~13%，其重量占整個房屋重量的22%左右。梁屬于樓蓋的一部分，其布置直接影響著板的受力情況和配筋，合理布置梁也成為了控制造價的關鍵。對于常見的8.1mx8.1m~9.0mx9.0m柱網，標準層等承受荷載較小的樓板優先考慮平行梁或十字梁，其大概綜合成本(計算鋼筋的數量、混凝土的數量和模板的數量)會比井字梁低10%左右，而對于地下室頂板等承受荷載較大的樓板應選用井字梁，以滿足協調受力、保證凈高的要求。同時，可以取消那些小跨度樓板下部為支撐上部較短填充墻而設置的小梁(如廚房、衛生間等)，因為樓板本身足以承載那些填充墻，不需要單獨設梁，這樣梁減少，成本降低，空間也變好。在大跨度框架梁配筋方面，應避免上部粗大鋼筋全梁貫通，盡量采用較小直徑鋼筋配置，這樣可以有效節省框架梁的鋼筋用量。
6、控制樓板厚度
樓板厚度直接影響著結構荷載，20mm厚樓板自重約占標準層總荷載3.3%，厚度增加，荷載加大，梁、墻、基礎均會加大，成本也隨之增加。同時，對于標準層較小樓板來講，配筋均按最小配筋率來要求，樓板厚度增加反而配筋增大，所以實際工程設計時樓板厚度也是一個降低成本的控制要素。
7、混凝土標號的合理采用
混凝土標號每增加一級，單價提高約5~8%;對柱及剪力墻軸壓比的影響很明顯，應優先選用高標號混凝土;對梁來說，標號高低對梁的承載力變化不大，應選用低標號混凝土;對板來說，雖然提高標號對承載力有提高，但標號提高后最小配筋率相應增大，樓板開裂的幾率也增大，所以也應選用低標號的混凝土。工程設計時通常將墻柱混凝土標號高于梁板混凝土標號一~二個等級，將混凝土承載能力最大化。
8、鋼筋材料的合理選擇
HRB400級鋼筋無論從強度、延性還是性價比上都是其他鋼材無法比擬的。HRB 335級鋼筋比HRB235級鋼筋貴約4%，強度提高43%;HRB400級鋼筋比HRB 335級鋼筋貴約2.9%，強度提高20%。因此，設計中使用HRB400級鋼筋代替傳統的HRB235級鋼筋和HRB335級鋼筋作為受力鋼筋(吊鉤出外)可有效降低工程的鋼筋用量。
以上是從建筑結構設計方面對一些成本控制關鍵環節的闡述。每一個工程建筑都需要匯集參建各方的智慧和辛勤工作。從建筑結構設計角度出發，就是要盡力做到結構安全、經濟效益和社會效益最大化，要處理好這些問題，涉及到建筑與結構方案、計算機軟件應用、工作經驗和技術先進等問題，加強這方面工作的研究和交流，就能使結構設計越做越好。前期階段，進行多方案的對比分析，找到其中安全、經濟、美觀的平衡點。在優化過程中，采取辦法減小構件截面，減薄板厚，采用較矮的梁高，合理地增大樓層凈高，減少剪力墻等，這些做法不僅能減少混凝土用量，減輕結構自重，而且減低了結構剛度，減小了地震力。結構優化的目的就是在保證工程質量的同時去除無效的結構成本，達到最小的投入產出比，最終實現建筑安全、經濟和美觀的完好統一。
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