淺談如何優化建筑設計方案
2019-03-11 23:43:40次
一個優秀的建筑設計方案，之所以能在眾多方案中脫穎而出，應該集中了眾家之長，不僅在設計中有獨特的構思，而且在經濟分析上也占有優勢。然而在目前的方案設計過程中更多的是考慮了建筑的新穎，外形的美觀，功能的完善等等，而對于經濟分析這一塊即便有所考慮，也是花費的功夫甚少。所以，如建筑方案中的平面布置為內廊式還是外廊式、進深與開間的確定、立面形式的選擇、層高與層數的確定等都存在著技術經濟分析問題。
例如某辦公樓，地下一層，地上十六層，總高度68.8m，框架——核心筒結構，地下室為消防水池和設備機房，平面尺寸31x41，埋深6，抗震設防烈度為7度。由于工程地質條件比較復雜，地基土極不均勻，設計人員提出了梁板式樁筏基礎、復合地基箱形基礎和一柱一樁的沖（鉆）孔樁基三種基礎方案進行比較分析。通過初步計算，梁板式樁筏基礎需要240根截面500500的預制混凝土方樁，樁長25～30。雖然經濟指標可以，但由于下部的基巖表面不平整，起伏大，淺的地方離基底不到20，深的可達55。這樣就形成有的預制方樁是端承型，而有的卻是摩擦型，勢必會引起建筑物的不均勻沉降。同時，上淺層的砂質粘性土中含有大量的孤石，這會給打樁帶來很大的障礙，所以該方案被否決。
最后在復合地基箱形基礎和沖（鉆）孔樁基這兩種基礎方案的具體分析比較中發現，箱形基礎不但整體性好，剛度大和有利于分散基底土壓力，而且在根據基巖的不同埋深適當調整地基加固的深度來解決基礎不均勻沉降問題后的造價要比沖（鉆）孔樁基便宜至少50多萬元，其中尚未包括樁基處理土洞和溶洞所需增加的費用。另外，箱形基礎所需的施工工期要比樁基短2～3個月。在安全可靠與綜合經濟效益的前提下，最后選擇了“箱形基礎+復合地基”的基礎形式。
再如地基處理方案的選擇，由于當前的建筑物逐步走向多層、高層、甚至超高層。對地基的要求越來越高，天然地基已無法滿足工程需要，地基處理方案也越來越多。還有多層住宅的基礎一般就沒有必要采用大口徑擴孔樁；高層建筑可利用架空層作為輔助用房，而沒必要回填大量的土方，這樣做既節省了資金又增加了面積。事實上，各方案造價往往有較大差距，選擇經濟好的方案能大大降低造價。據統計，在滿足同樣功能的條件下，技術經濟合理的設計，可降低工程造價5%～10%，甚至可達10%～20%。
所以，方案設計階段的經濟分析做得好，才能真正從源頭上控制工程造價，對設計人員和造價管理人員都應該重視起來，使工程造價控制真正落到實處。
（1）鋼筋種類的選擇
現在市場上鋼筋種類很多，如Ⅰ級鋼筋、Ⅱ級鋼筋、Ⅲ級鋼筋、新Ⅲ級鋼筋、冷軋帶肋鋼筋，冷軋扭鋼筋等。大多數設計人員一般把設計的重點放在配筋計算上，忽視了鋼筋種類的選擇。在滿足結構設計的前提下，選擇造價低的鋼筋方案，可以達到降低工程造價的目的。
（2）樓梯選型
在一些工程中，我們經常看到3米乃至4米寬的樓梯仍有用板式的。實際上，當樓板長大于3米時，就應該設計成梁式樓梯。如某工程樓梯間跨度為3.6米。采用板式時板厚130毫米，砼用量為1.5米3、鋼筋用量50公斤；而采用梁式樓梯時、板厚40毫米，砼用量為1.3米3，鋼筋用量為26公斤，顯然梁式樓梯要節約資金。
（3）剪力墻設計：
例如對于小高層住宅來說，剪力墻是面廣量大的，因此合理的控制剪力墻配筋對于結構安全及工程的經濟性具有十分重要的作用。
a） 剪力墻墻體配筋（以200厚墻體為例）一般要求水平鋼筋放在外側，豎向鋼筋放在內側。配筋滿足計算及規范建議的最小配筋率即可。建議加強區Φ10@200，非加強區Φ8@200雙層雙向即可，雙排鋼筋之間采用Φ6@600x600拉筋。但地下部分墻體配筋則另當別論。
b）. 剪力墻按規范應設置邊緣構件，一.二級抗震設計的剪力墻底部加強部位及其上一層的墻肢端部應設置約束邊緣構件；筆者認為首先要區分剪力墻的受力特性及類別，即：普通剪力墻（長墻），短肢剪力墻，小墻肢和一個方向長肢墻而另一方向屬短肢墻來區別對待配筋。
c）. 剪力墻中的連梁跨度小，截面高度大，在地震作用下彎矩、剪力很大，有時很難進行設計，如果加大連梁高度，配筋值有時反而更大。連梁高度一般是從洞頂算到上一層洞底或從洞頂算到樓面標高。對于門洞，上述所示情況梁的高度是一樣的；但對于窗洞，連梁高度如果從窗洞算到上一層窗底，有時則高度太高，這樣高跨比太大，并且與計算圖形不符，相應配筋亦較大，不合理。筆者建議，連梁高度計算與設計統一規定從洞頂算到樓板面或屋面，對于窗洞樓面至窗臺部分可用磚或其他輕質材料砌筑。對于窗臺有飄窗時，可再增加一根梁，兩根梁之間用磚填充。連梁配筋應對稱配置，腰筋同墻體水平筋。
d）. 目前，各設計院在剪力墻的樓層處均設置暗梁，而對暗梁的作用及配筋亦各有理解。筆者認為對于框架—剪力墻結構，如剪力墻周邊僅有柱而無梁時，則設置暗梁，并且要求剪力墻兩端是明柱，這是因為周邊有梁柱的剪力墻，抗震性能要比一般剪力墻要好。因此筆者認為，就目前而言，在樓層位置設置暗梁是可行的，但沒有必要設置太大斷面及配筋。
（4）減少設計變更：
加強設計變更管理，實行限額動態控制。一般來說，設計變更是不可避免的，但不同階段的變更，其損失費用也不相同。變更發生得越早，損失越小；反之，損失就越大。如果在設計階段變更，則只需修改圖紙，其它費用尚未發生，損失有限；如果在采購階段變更，不僅需要修改圖紙，而且設備、材料還須重新采購；若在施工階段變更，除上述費用外，已施工的工程還須拆除，勢必造成重大變更損失。盡可能把設計變更控制在設計階段初期，尤其對影響工程造價的重大設計變更，更要用先算賬后變更的辦法解決，使工程造價得到有效控制。
（5）適當采用標準設計：
經國家或省、市、自治區批準的建筑、結構和構件等整套標準技術文件圖紙，稱為標準設計。標準的工程設計，來源于工程建設實踐經驗和科研成果，是已被實踐證明了的優秀設計，它適應我國的自然條件和技術發展水平，能合理地利用能源、資源、材料和設備，體現施工、生產、使用和維修的要求。因此采用標準設計一般都能使工程造價低于非標準設計，但對于特殊的工程例外。同時，采用標準設計還能節約設計費用，縮短設計周期，能較好地執行國家的技術經濟政策。它是在設計階段有效控制和降低工程造價的重要方法。
總之，設計階段的造價控制雖然并不那么輕松，但它確實是真正體現了事前控制的思想，能起到事半功倍的效果，達到花小錢辦大事的目的，只有當業主（建設單位）真正把控制造價的關鍵階段確立在設計階段時，才能收到投資省、進度快、質量好的效果。
例如某辦公樓，地下一層，地上十六層，總高度68.8m，框架——核心筒結構，地下室為消防水池和設備機房，平面尺寸31x41，埋深6，抗震設防烈度為7度。由于工程地質條件比較復雜，地基土極不均勻，設計人員提出了梁板式樁筏基礎、復合地基箱形基礎和一柱一樁的沖（鉆）孔樁基三種基礎方案進行比較分析。通過初步計算，梁板式樁筏基礎需要240根截面500500的預制混凝土方樁，樁長25～30。雖然經濟指標可以，但由于下部的基巖表面不平整，起伏大，淺的地方離基底不到20，深的可達55。這樣就形成有的預制方樁是端承型，而有的卻是摩擦型，勢必會引起建筑物的不均勻沉降。同時，上淺層的砂質粘性土中含有大量的孤石，這會給打樁帶來很大的障礙，所以該方案被否決。
最后在復合地基箱形基礎和沖（鉆）孔樁基這兩種基礎方案的具體分析比較中發現，箱形基礎不但整體性好，剛度大和有利于分散基底土壓力，而且在根據基巖的不同埋深適當調整地基加固的深度來解決基礎不均勻沉降問題后的造價要比沖（鉆）孔樁基便宜至少50多萬元，其中尚未包括樁基處理土洞和溶洞所需增加的費用。另外，箱形基礎所需的施工工期要比樁基短2～3個月。在安全可靠與綜合經濟效益的前提下，最后選擇了“箱形基礎+復合地基”的基礎形式。
再如地基處理方案的選擇，由于當前的建筑物逐步走向多層、高層、甚至超高層。對地基的要求越來越高，天然地基已無法滿足工程需要，地基處理方案也越來越多。還有多層住宅的基礎一般就沒有必要采用大口徑擴孔樁；高層建筑可利用架空層作為輔助用房，而沒必要回填大量的土方，這樣做既節省了資金又增加了面積。事實上，各方案造價往往有較大差距，選擇經濟好的方案能大大降低造價。據統計，在滿足同樣功能的條件下，技術經濟合理的設計，可降低工程造價5%～10%，甚至可達10%～20%。
所以，方案設計階段的經濟分析做得好，才能真正從源頭上控制工程造價，對設計人員和造價管理人員都應該重視起來，使工程造價控制真正落到實處。
（1）鋼筋種類的選擇
現在市場上鋼筋種類很多，如Ⅰ級鋼筋、Ⅱ級鋼筋、Ⅲ級鋼筋、新Ⅲ級鋼筋、冷軋帶肋鋼筋，冷軋扭鋼筋等。大多數設計人員一般把設計的重點放在配筋計算上，忽視了鋼筋種類的選擇。在滿足結構設計的前提下，選擇造價低的鋼筋方案，可以達到降低工程造價的目的。
（2）樓梯選型
在一些工程中，我們經常看到3米乃至4米寬的樓梯仍有用板式的。實際上，當樓板長大于3米時，就應該設計成梁式樓梯。如某工程樓梯間跨度為3.6米。采用板式時板厚130毫米，砼用量為1.5米3、鋼筋用量50公斤；而采用梁式樓梯時、板厚40毫米，砼用量為1.3米3，鋼筋用量為26公斤，顯然梁式樓梯要節約資金。
（3）剪力墻設計：
例如對于小高層住宅來說，剪力墻是面廣量大的，因此合理的控制剪力墻配筋對于結構安全及工程的經濟性具有十分重要的作用。
a） 剪力墻墻體配筋（以200厚墻體為例）一般要求水平鋼筋放在外側，豎向鋼筋放在內側。配筋滿足計算及規范建議的最小配筋率即可。建議加強區Φ10@200，非加強區Φ8@200雙層雙向即可，雙排鋼筋之間采用Φ6@600x600拉筋。但地下部分墻體配筋則另當別論。
b）. 剪力墻按規范應設置邊緣構件，一.二級抗震設計的剪力墻底部加強部位及其上一層的墻肢端部應設置約束邊緣構件；筆者認為首先要區分剪力墻的受力特性及類別，即：普通剪力墻（長墻），短肢剪力墻，小墻肢和一個方向長肢墻而另一方向屬短肢墻來區別對待配筋。
c）. 剪力墻中的連梁跨度小，截面高度大，在地震作用下彎矩、剪力很大，有時很難進行設計，如果加大連梁高度，配筋值有時反而更大。連梁高度一般是從洞頂算到上一層洞底或從洞頂算到樓面標高。對于門洞，上述所示情況梁的高度是一樣的；但對于窗洞，連梁高度如果從窗洞算到上一層窗底，有時則高度太高，這樣高跨比太大，并且與計算圖形不符，相應配筋亦較大，不合理。筆者建議，連梁高度計算與設計統一規定從洞頂算到樓板面或屋面，對于窗洞樓面至窗臺部分可用磚或其他輕質材料砌筑。對于窗臺有飄窗時，可再增加一根梁，兩根梁之間用磚填充。連梁配筋應對稱配置，腰筋同墻體水平筋。
d）. 目前，各設計院在剪力墻的樓層處均設置暗梁，而對暗梁的作用及配筋亦各有理解。筆者認為對于框架—剪力墻結構，如剪力墻周邊僅有柱而無梁時，則設置暗梁，并且要求剪力墻兩端是明柱，這是因為周邊有梁柱的剪力墻，抗震性能要比一般剪力墻要好。因此筆者認為，就目前而言，在樓層位置設置暗梁是可行的，但沒有必要設置太大斷面及配筋。
（4）減少設計變更：
加強設計變更管理，實行限額動態控制。一般來說，設計變更是不可避免的，但不同階段的變更，其損失費用也不相同。變更發生得越早，損失越小；反之，損失就越大。如果在設計階段變更，則只需修改圖紙，其它費用尚未發生，損失有限；如果在采購階段變更，不僅需要修改圖紙，而且設備、材料還須重新采購；若在施工階段變更，除上述費用外，已施工的工程還須拆除，勢必造成重大變更損失。盡可能把設計變更控制在設計階段初期，尤其對影響工程造價的重大設計變更，更要用先算賬后變更的辦法解決，使工程造價得到有效控制。
（5）適當采用標準設計：
經國家或省、市、自治區批準的建筑、結構和構件等整套標準技術文件圖紙，稱為標準設計。標準的工程設計，來源于工程建設實踐經驗和科研成果，是已被實踐證明了的優秀設計，它適應我國的自然條件和技術發展水平，能合理地利用能源、資源、材料和設備，體現施工、生產、使用和維修的要求。因此采用標準設計一般都能使工程造價低于非標準設計，但對于特殊的工程例外。同時，采用標準設計還能節約設計費用，縮短設計周期，能較好地執行國家的技術經濟政策。它是在設計階段有效控制和降低工程造價的重要方法。
總之，設計階段的造價控制雖然并不那么輕松，但它確實是真正體現了事前控制的思想，能起到事半功倍的效果，達到花小錢辦大事的目的，只有當業主（建設單位）真正把控制造價的關鍵階段確立在設計階段時，才能收到投資省、進度快、質量好的效果。
上一篇：建筑結構與成本的關系