陳海金 羅玲

摘 要 設(shè)計(jì)是土地開發(fā)建設(shè)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是將土地開發(fā)建設(shè)決策各項(xiàng)內(nèi)容具體化的過(guò)程，設(shè)計(jì)的合理性是決定建設(shè)項(xiàng)目成本造價(jià)和經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。設(shè)計(jì)質(zhì)量的好差直接影響建設(shè)費(fèi)用的多少和建設(shè)工期的長(zhǎng)短，直接決定人力、物力和財(cái)力投入的多少。設(shè)計(jì)咨詢是房地產(chǎn)項(xiàng)目成本控制的關(guān)鍵與重點(diǎn)。通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化，可為建設(shè)項(xiàng)目節(jié)省成本、降低造價(jià)、提升價(jià)值、提升利潤(rùn)。下面筆者主要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面談?wù)剝?yōu)化設(shè)計(jì)方面的一些觀點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化;建筑成本控制;結(jié)構(gòu)方案比選

1什么是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

筆者認(rèn)為結(jié)構(gòu)優(yōu)化并非簡(jiǎn)單地歸納為降低鋼筋含量控制結(jié)構(gòu)造價(jià)。首先，優(yōu)化不能通過(guò)犧牲結(jié)構(gòu)的安全度和抗震性能為代價(jià)，而是基于規(guī)范基礎(chǔ)之上尋求結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是以結(jié)構(gòu)理論為基礎(chǔ)，以工程經(jīng)驗(yàn)為前提，以對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范實(shí)質(zhì)內(nèi)涵的理解和靈活運(yùn)用為指導(dǎo)，以先進(jìn)的結(jié)構(gòu)分析方法為手段，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入調(diào)整、改善與提高，對(duì)成本進(jìn)行審核和監(jiān)控，是對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)深化再加工的過(guò)程。結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的概念設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)該是在不同的設(shè)計(jì)階段尤其在方案和初設(shè)階段來(lái)解決的，而通常理解的降低鋼筋含量的控制是在施工圖階段去完成。

2為什么需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和實(shí)踐表明，前期策劃和設(shè)計(jì)階段（項(xiàng)目策劃、方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)）影響整個(gè)房地產(chǎn)項(xiàng)目投資在80%以上，而結(jié)構(gòu)成本占到建安成本的40%～60%，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化就成為整個(gè)設(shè)計(jì)階段成本控制的重中之重。

合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化能提升建筑設(shè)計(jì)安全，通過(guò)建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案的實(shí)施，將建筑設(shè)計(jì)中的不安全、不合理的影響因素及時(shí)排除，使建筑功能更為合理或得到提升，減少和避免設(shè)計(jì)差錯(cuò)。設(shè)計(jì)優(yōu)化是對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入調(diào)整、改善與提高，對(duì)成本進(jìn)行審核和監(jiān)控，是對(duì)設(shè)計(jì)再加工的過(guò)程。優(yōu)化過(guò)程通過(guò)多種方式構(gòu)建建筑模型，運(yùn)用不同軟件的技術(shù)的支撐對(duì)結(jié)果比選，分析計(jì)算數(shù)據(jù)，可從源頭上降低工程造價(jià)。

3結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵控制點(diǎn)

3.1 建筑方案選型

我國(guó)建筑方針是“安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀”，建筑方案的選型不能一味追求視覺(jué)沖擊，本末倒置，以怪為美。采用此種建筑方案的結(jié)果必然是耗材嚴(yán)重，甚至?xí)馁M(fèi)幾倍于合理范圍的材料用量，建筑師應(yīng)該樹立意識(shí)，從源頭上杜絕采用功能差、效率低、隱患多的不合理方案。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)取值

（1）結(jié)構(gòu)體系的確定：結(jié)構(gòu)體系主要影響抗震相關(guān)內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，軸壓比限值，最小配筋率，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況正確選擇。該參數(shù)不影響剛度計(jì)算，即對(duì)周期、位移、位移比沒(méi)有影響，但對(duì)配筋有影響。

（2）結(jié)構(gòu)所在地區(qū)：根據(jù)項(xiàng)目所在地進(jìn)行選擇，除項(xiàng)目在廣東、上海需要特別指定外，其余地區(qū)都選擇全國(guó)。此處主要是涉及廣東省高規(guī)、上?？挂?guī)的執(zhí)行。對(duì)于常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)差異不大，主要是廣東省高規(guī)剪力墻結(jié)構(gòu)位移角限值放松為1/800。

（3）地下室層數(shù)：按四周全埋有效地下室輸入，該參數(shù)主要影響周圍土側(cè)限的施加及風(fēng)荷載起算位置。該參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算結(jié)果影響較大。

（4）嵌固端所在層號(hào)：該參數(shù)主要影響嵌固部位內(nèi)力放大和配筋加強(qiáng)范圍，不影響周期、位移等剛度指標(biāo)。如有條件盡量選擇嵌固在地下室頂板，即需要滿足剛度比大于2，滿足建筑功能的前提下應(yīng)優(yōu)先考慮加墻長(zhǎng)，用最低的成本提高最大的剛度，不宜采用加墻厚。加墻厚相應(yīng)邊緣構(gòu)件及墻身配筋都會(huì)增加，結(jié)構(gòu)造價(jià)增加較多。

（5）裙房層數(shù)：此處主要是依據(jù)《抗規(guī)》6.1.10條條文說(shuō)明，主要影響剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)高度，對(duì)剛度等相關(guān)指標(biāo)無(wú)影響[1]。

（6）恒活荷載計(jì)算信息：方案、初步設(shè)計(jì)階段（前幾輪初步計(jì)算時(shí)），建議采用施工模擬一，該方法計(jì)算較快，可節(jié)省時(shí)間;施工圖設(shè)計(jì)階段（后幾輪計(jì)算時(shí)），應(yīng)采用施工模擬三（分層形成剛度、分層加載，最符合實(shí)際情況），該方法計(jì)算更加準(zhǔn)確，耗時(shí)較長(zhǎng)。

不計(jì)算恒活荷載、一次性加載幾乎從來(lái)不用。

（7）地震作用計(jì)算信息：一般情況選擇“計(jì)算水平地震作用”;對(duì)于設(shè)防烈度為7度（0.15g）、8度高層建筑結(jié)構(gòu)大跨度（跨度大于24m的樓蓋結(jié)構(gòu)、跨度大于8m的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)）、長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)（懸挑長(zhǎng)度大于2m的懸挑結(jié)構(gòu)），以及9度時(shí)應(yīng)選擇“計(jì)算水平和規(guī)范簡(jiǎn)化方法豎向地震作用”[2]。

（8）生成傳給基礎(chǔ)的剛度：該參數(shù)主要影響基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，不影響上部結(jié)構(gòu)計(jì)算。建議僅上部結(jié)構(gòu)為剪力墻，基礎(chǔ)為筏板時(shí)勾選，其余情況不勾選。考慮上部剛度后，筏板內(nèi)力將減小，更加經(jīng)濟(jì)。

（9）剛性樓板假定：常規(guī)工程建議勾選“整體指標(biāo)計(jì)算采用強(qiáng)剛，其他計(jì)算非強(qiáng)剛”，軟件在計(jì)算剛心、剛度、周期、位移比時(shí)按剛性樓板，計(jì)算配筋時(shí)按非剛性樓板。

（10）地下室樓板強(qiáng)制采用剛性樓板假定：當(dāng)?shù)叵率覟橐粋€(gè)整體時(shí)，應(yīng)勾選。當(dāng)?shù)叵率以O(shè)縫時(shí)，不勾選。

（11）建議選擇梁墻自重扣除與柱重疊、樓板自重扣除與梁墻重疊，減小構(gòu)件自重的重復(fù)計(jì)算。

（12）根據(jù)荷載規(guī)范要求正確進(jìn)行活荷載折減。

3.3 著重優(yōu)化地下室設(shè)計(jì)

地下室作為項(xiàng)目配套部分，大部分房地產(chǎn)項(xiàng)目都要求在滿足功能需求車位數(shù)的基礎(chǔ)上，盡可能地控制地下室面積。

多數(shù)項(xiàng)目中地下室的建造成本較高，根據(jù)設(shè)計(jì)功能，場(chǎng)地地下水分布情況，一般在2000～4000元/㎡左右，成本差異較大;地下室工程的施工周期占項(xiàng)目主體施工周期的40%以上;地下室的停車效率一般在28～40㎡/輛，差異性較大。尤其在項(xiàng)目功能復(fù)雜、地質(zhì)條件復(fù)雜的地方，地下室成本離散性更大，地下室的綜合優(yōu)化已成為成本優(yōu)化的關(guān)鍵點(diǎn)。

在地質(zhì)情況和上部建筑確定的前提下，地下室含鋼量的三大影響因素：層高（埋深）、覆土、結(jié)構(gòu)方案。

通過(guò)地下室設(shè)計(jì)成本的綜合考慮，使無(wú)梁樓蓋大量應(yīng)用于地下室頂板。無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)傳力途徑的簡(jiǎn)化[現(xiàn)澆梁板樓蓋導(dǎo)荷方式：樓板→次梁（或無(wú)） →框架梁 →框架柱;現(xiàn)澆無(wú)梁樓蓋導(dǎo)荷方式：樓板→柱帽（或無(wú)）→框架柱]、結(jié)構(gòu)材料能夠直接放置在最直接的部位提升傳力效率，也正是這種傳力途徑使得樓板與柱連接部位（柱帽）成為冗余度最少，成為直接影響安全的關(guān)鍵部位。無(wú)梁樓蓋的板柱節(jié)點(diǎn)抗沖切能力弱、呈脆性破壞形式，突發(fā)破壞難以預(yù)警，屬關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)須重點(diǎn)關(guān)注沖切承載力復(fù)核工作。復(fù)核沖切承載力時(shí)，要特別注意不平衡彎矩對(duì)剪應(yīng)力的增大影響，通常地下車庫(kù)距外墻第一跨框架柱柱帽節(jié)點(diǎn)所承受的不平衡彎矩較大，剪應(yīng)力增加約15%～20%。通過(guò)筆者對(duì)覆土厚度為1.0m的雙向柱距為8.4m左右地下車庫(kù)頂板樓蓋分析歸納，柱帽總高度約為600～750mm左右，若柱帽高度遠(yuǎn)小于該值，則設(shè)計(jì)人員應(yīng)引起足夠重視，手工復(fù)核驗(yàn)算板柱節(jié)點(diǎn)的抗沖切承載能力。且筆者不建議柱帽作為暗梁的加腋考慮，如果柱帽作為暗梁的加腋，則柱帽在承受沖切力的同時(shí)又要考慮梁腋的應(yīng)力，使得該節(jié)點(diǎn)的受力狀態(tài)變得更加復(fù)雜。柱帽對(duì)暗梁的加腋作用可作為安全儲(chǔ)備，適當(dāng)提高結(jié)構(gòu)承載能力冗余度。

3.4 適當(dāng)優(yōu)化梁的布置及配筋方式

樓蓋造價(jià)占結(jié)構(gòu)總造價(jià)的9%～13%，其重量占整個(gè)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，合理布置梁也成為控制造價(jià)的關(guān)鍵。對(duì)于常見的8.1mx8.1m～9.0mx9.0m柱網(wǎng)，標(biāo)準(zhǔn)層等承受荷載較小的樓板優(yōu)先考慮平行梁或十字梁，其大概綜合成本（計(jì)算鋼筋的數(shù)量、混凝土的數(shù)量和模板的數(shù)量）會(huì)比井字梁低10%左右，而對(duì)于地下室頂板等承受荷載較大的樓板應(yīng)選用井字梁，以滿足協(xié)調(diào)受力、保證凈高的要求。同時(shí)，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(shè)置的小梁（如廚房、衛(wèi)生間等），因?yàn)闃前灞旧碜阋猿休d那些填充墻，不需要單獨(dú)設(shè)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(yīng)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(jié)省框架梁的鋼筋用量。

3.5 合理選用混凝土強(qiáng)度

混凝土標(biāo)號(hào)每增加一級(jí)，單價(jià)提高約5%～8%;對(duì)柱、剪力墻、支撐構(gòu)件等以承受豎向軸力為主的構(gòu)件，應(yīng)優(yōu)先選用高標(biāo)號(hào)混凝土;對(duì)梁、板等水平構(gòu)件，標(biāo)號(hào)高低對(duì)梁的承載力變化不大，應(yīng)選用低標(biāo)號(hào)混凝土;工程設(shè)計(jì)時(shí)通常將墻柱混凝土標(biāo)號(hào)高于梁板混凝土標(biāo)號(hào)一至二個(gè)等級(jí)，將混凝土承載能力最大化。

3.6 盡量選用高強(qiáng)度鋼筋

HRB335級(jí)鋼筋比HPB300級(jí)鋼筋單價(jià)高約3%，強(qiáng)度提高11%;HRB400級(jí)鋼筋比HRB335級(jí)鋼筋單價(jià)高約2.9%，強(qiáng)度提高20%。因此，設(shè)計(jì)中除了以最小配筋率控制的構(gòu)件外，使用HRB400級(jí)鋼筋代替?zhèn)鹘y(tǒng)的HPB300級(jí)鋼筋和HRB335級(jí)鋼筋作為受力鋼筋，可有效降低工程的鋼筋用量。條件允許的情況下采用高強(qiáng)度鋼筋，可帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^[3]。

4結(jié)束語(yǔ)

合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，能在不犧牲結(jié)構(gòu)的安全度和抗震性能的前提下，為開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目節(jié)省成本、降低造價(jià)、縮短施工周期，提升開發(fā)價(jià)值、提高開發(fā)利潤(rùn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB50010-2010[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[2] 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范：GB50009-2012[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[3] 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB50007-2011[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.