结构设计成本控制的技术方法
摘要: 【摘要】大多开发商仅从经济指标上对结构成本进行控制，极端强调结构成本的控制——含钢量、含混凝土量越低，结构设计越优秀。但结构成本的降低必然会导致结构安全储备的下降。那么如何在中间找到一个有效的平衡点使 ...
【摘要】大多开发商仅从经济指标上对结构成本进行控制，极端强调结构成本的控制——含钢量、含混凝土量越低，结构设计越优秀。但结构成本的降低必然会导致结构安全储备的下降。那么如何在中间找到一个有效的平衡点使得成本得到有效控制的同时使得建筑品质达标？结构成本——必须是房地产商最应关注的成本！
1、梁 （1）梁的布置与成本的关系 在正常楼层，8.5米X 8.5米柱网下, 十字梁较井字梁便宜约16-22% 在一定跨度范围内,梁的布置越少越好。 （2）梁配筋方式对成本的影响 2、剪力墙 剪力墙的布置与成本的关系 （1）优化剪力墙布置的位置数量 建筑物的两端和周边重点布置； 建筑物的内部和中间位置减少布置； ——以保证结构的抗震扭转指标满足要求 结构的计算位移是否与规范的最低要求相差不远——清除不必要的结构成本 （2）优化剪力墙的长度 剪力墙太长，结构本身成本增加，同时又使地震力增加，进一步加大结构成本；短肢剪力墙，抗震性能不好，构造配筋成倍放大，成本也会增大； 对策： 最优化的剪力墙长度是其宽度的8倍+100； 剪力墙的翼缘小于600时，应关注其结构设计结果。 （3）控制剪力墙的厚度取值 《高层建筑混凝土结构技术规程》7.2.2条：底部加强层剪力墙厚度不小于层高的1/16 （一、二级抗震等级）或1/20 （三、四级抗震等级）。但底部商业、底层假复式住宅或架空层层高较高，按此规定，墙厚必须增加较多，同时变成短肢剪力墙，配筋进一步大幅增加。 对策： 经过《高规》附录专门的公式验算，大部分墙厚不需比标准层加厚或加厚一点即可满足稳定要求，节省本层造价约15%。 3、楼板 （1）楼板的厚度对成本的影响 标准层楼板厚度对荷载的影响程度 ---2CM的板厚占标准层总荷载约3.3% 标准层楼板厚度对板配筋的影响---仅考虑构造因素，板的配筋量与板的厚度成比例增加 标准层楼板厚度对地震力的影响---2CM的厚度增加地震力约3.3% （2）实际工程中楼板厚度选择： 普通3米跨度以内的楼板可取80 -100； 普通3-4米跨度的楼板可取100; 客厅处的异形大板可取120-150； 普通屋面板可取120； 管线密集处可取120； 地下室顶板可取180； 4、优化桩（基础）的总量 （1）基础的选型 冲孔桩、钻孔桩 人工挖孔桩 预应力管桩 沉管灌注桩 强夯地基处理 水泥搅拌桩地基处理 筏板基础 独立柱基 （2）生产基地基础选型 概况： 天马微电子股份有限公司四层高的大跨度预应力厂房，3万多平方米；单柱轴力1400 吨;坡形的淤泥质土层分布场地，淤泥质土含有机质，强风化岩埋深12-28米，厚度0.2-8.3米,场地内有孤石,浅基础持力层的承载力180 KN/㎡; 问题： 大体量的独立柱基加入部分搅拌桩是否安全合理?其施工周期如何？经济性如何？采用什么基础形式最好? 解决方式： 大直径锤击沉管灌注桩（卢里桩）；节省工程造价 300 万元以上，每平米节约近100元。 （3）判断桩（基础）的总量是否合理 要求设计院提供桩（基础）的总 反力与建筑物总重量的比值，核对并判断其合理性。 （4）优化桩 （基础）的总量 关注柱底荷载的取值 关注水浮力的利用 关注桩基础中地下室底板下土承载力的利用 关注桩承载力的利用率 关注基础类型的归并 （5）勘察报告的取值建议 关注基础选型及地基处理建议- 灵活度 关注承载力的取值建议 –承载力、PHC 关注抗浮设计水位的标高 可否提出最低设计水位标高 （6）基础采用“墩基”和“桩基”结构成本的变化 备注： 墩基础”是指桩长不大 5-6M,桩径 与桩长之比小 3的桩基础”。 当采用桩基时，《工程地质勘察报告》的数据中某岩层或土层的桩端承载力标准值”往往是该岩层或土层“承载力标准值”的 40-100 倍。 当采用墩基时，《工程地质勘察报告》不会提供专门的承载力数据，设计院均是按规范通过承载力的深度修正得出“墩端承载力设计值”。该承载力往往仅仅是该岩层或土层“承载力标准值” 的 1.2-3 倍。 因此，“墩基础”往往会比“桩基础”的造价高很多。我们在确定桩基方案时，当我们的荷载比较大时，宁愿挖深一些，使基础成为“人工挖孔桩”，而不要采用“人工挖孔墩”。 5、柱配箍率 （1）柱配箍率对成本的影响 规范规定：柱的体积配箍率为混凝土单位长度范围内箍筋的体积除以该范围内混凝土核芯区内的体积。 实际设计中，常常将柱混凝土核芯区的体积以柱的总体积来替换，以方便计算，并确保满足规范要求。 以500X500方柱为例： 总体积为：500X500X1000; 核芯区的体积为：440X440X1000; 两者相差29.1% （2）柱子纵向钢筋的配置技巧 当柱子按计算配筋时,程序对X 向及Y向的钢筋均有配筋面积要求，如何在满足满足计算配筋量要求的前提下尽量减少总配筋量？ 以右图500X500方柱为例： 方法一：配筋：12Ф20（37.7) 方法二：配筋：4Ф25+ 4Ф20 （32.1) 两种配筋方式均正好满足计算要求，但钢筋用量相差17.5% 配筋技巧：尽量加大柱子角筋的配置 6、荷载取值 （1）关注部分位置的荷载取值 地下室顶板的活荷载取值– 2000、1000、400 外墙的荷载取值– 窗洞的影响 内墙的荷载取值– 轻质材料的提前确定 空间可能分隔的荷载取值– 非固定隔墙的自重取每延米长墙重(kN/m)的1/3作为楼面活载的附加值计入(kN/㎡) （2）风荷载取值对成本的影响 地面粗糙度类别共有四级：A、B、C、D，其选择对风荷载的影响及对成本的影响： A与B之间最大相差24% B与C之间最大相差54% C与D之间最大相差45% 对策： 用发展的眼光关注取值是否合理。 规范规定：高度大于60M的高层建筑，风荷载的取值可按100年一遇考虑。 其对成本的影响程度如何？ 对策：分析规范要求的目的； 采取积极的成本控制措施！ 7、电算系数的取值 梁的弯矩放大系数； 梁的扭矩折减系数； 梁柱重叠部分是否简化为刚域； 混凝土容重的取值； 连梁刚度折减系数； 墙、柱、基础计算是否考虑活荷载的折减； 地下室外墙是否按压弯构件计算； 荷载的取值是否有人为的放大； 8、图纸设计时归并的把握 精细化设计是施工图过程中控制成本的关键 梁的归并 墙柱的归并 板的归并 桩基的归并 基础的归并 9、层高对成本的影响及控制 建筑层高基于成本考虑，即使只有：几个厘米 --- 也是我们要仔细探讨的问题！ （1）控制层高的意义： 结构成本： 减少所有结构柱、剪力墙等竖向构件的长度和体积 减少建筑的总高度、降低结构的总荷载，间接降低结构成本 降低上部结构所承受的地震力、风荷载，间接降低结构成本 地下室土方开挖及运输的数量 基坑支护的面积、基坑支护的单价 地下室底板及侧壁的截面及配筋 抗拔桩、抗拔锚杆的费用 基坑降水的数量及费用 其它土建成本： 减少所有外维护砖墙、内分隔墙、装饰隔断的数量 减少门窗、幕墙、粉刷、涂料、瓷砖、石材、防水材料等数量 设备及运营成本： 更好地满足节能规范的要求 减少空调等设备的负荷量 减少后期空调等设备的运营成本 （2）降低层高 对于许多公共建筑，包括地下空间，规范或者客户所真正关注的并不是建筑物的层高， 而是使用空间的——净高 影响净高的因素： 结构的梁高 ——设计院通常的做法：取结构本身最经济的梁高（一般 为1/8-1/12的跨度)。 综合各种成本因素，取值应较正常结构本身最经济的梁 高降低10%-30%。（建议为1/12-1/18的跨度) 机电的管道空间： ——设计院通常的做法是空调、电缆、水管各占一个标高，实际空间利用率很低。 优化措施： 要求设计院做每一层的：综合管线图——来优化各专业管线的交叉布置和统一协调。采用综合管线图，对机电管线进行认真的优化设计后，对于地下室经常可以节省出近 200 的高度空间。 结构梁高的空间与机电的管道空间交叉优化设计： 采用变截面梁，在机电管线通过处，减少梁截面高度。 在梁中预埋管或预留洞口，使管线穿过。 采用设柱帽 （或不设柱帽）的无梁楼盖，使管线与结构柱帽在同一高度空间。 注意：以上结构机电的优化设计均有前提条件 （3）经典案例： 长虹在深圳的研发大楼，占地6000平方米，容积率控制在11，限高100米，建筑覆盖率不超过55%。深圳六家大型设计院投标，共同的问题：很难设计到最大容积率要求的面积。 各公司的解决方式 ——压缩层高 结构： 宽扁梁 预应力梁 型钢梁 钢梁 无梁现浇空心混凝土板 （GBF) 机电： 非标准空调管 空调双管并 结构与机电： 设计使结构梁的布置与空调管线的布置保持一致，以便结构梁与空调管线共同占用一个空间。局部加高结构梁 10、结构超限 结构超限必然增加结构成本 结构超限必然增加设计周期 结构超限的权衡和控制— 投入产出比 资源的及时引入 必要的前期沟通 11、建筑高宽比超限 高层规范：在6度及7度抗震设防区，剪力墙结构及框架核芯筒结构的高度与宽度比不宜大于6，框架剪力墙结构的高度与宽度比不宜大于5。 建筑高宽比的超限不属于抗震超限审查范围。 建筑物在风荷载和地震荷载的作用下会发生倾覆力矩，建筑高宽比愈大，建筑物抗倾覆力矩的能力就愈差。 高宽比超限对成本的影响 高宽比超限一定会增加成本，包括结构成本和建筑成本。 高宽比超限增加的结构成本，受如下几个因素影响; 高宽比超限的程度 建筑物的风荷载 建筑的地震力 注：本文来自边缘构件的BLOG |
