结构设计优化与成本控制

结构设计优化与成本控制

大量的统计数据和实践表明，前期策划和设计阶段（项目策划、方案设计、初步设计、施工图设计）影响整个房地产项目投资在80%以上，而结构成本占到 建安成本的40%～60%，同时结构成本还常常由于策划及设计管理的好坏出现非常大的波动，结果可能造成成百上千万元的造价差别，因此结构设计优化就成为 整个设计阶段成本控制的重中之重。 结构设计是在建筑平面布置及建筑立面表现的基础上，以国家或地方现行规范、规程、图集为依据，通过结构荷载计算、荷载效应组合及各种荷载作用下结构 的内力分析，最终确定结构体系、结构构件（如墙、柱、梁、板）尺寸、基础尺寸及其材料类型和材料强度等的过程。结构设计是工程设计中降本潜力相当大的一个 环节。结构专业的优化设计，不是以牺牲结构安全度和抗震性能来求得经济效益的，而是以结构理论为基础，以工程经验为前提，以对结构设计规范实质内涵的理解 和灵活运用为指导，以先进的结构分析方法为手段，对设计进行深入调整、改善与提高，对成本进行审核和监控，是对结构设计深化再加工的过程。

结构成本控制必须贯穿整个设计和策划的全过程，包括前期论证及策划阶段的地质情况调查、规划阶段的初勘、方案阶段的结构介入、扩初阶段对结构方案的优化、施工图阶段给设计院灌输成本意识及施工图配合阶段变更、签证的管理。其技术关键点主要体现在下面几方面：

1、推敲地下室布置

地下室结构在结构成本中所占的比重很大，而且地下室的结构离散性比较大，对其他部分的影响和关联不明显，做好地下室结构的优化设计对于控制整个结构成本至关重要。首先，要注意公共大地下室的面积的充分利用，做好单层地下室和多层地下室的方案较。 其次，要把握好支护成本的降低，尽量抬高整个±0.000的标高，因为这不仅降低了支护的成本还节约了土方的开挖和外运，减少了地下水丰富区域的水 压力的影响，对地下室的底板和抗拔桩的设计都起到了有利影响。对地下室的结构成本控制还要把握好地下室顶部覆土厚度的控制和顶部活荷载的控制，地下室顶部 覆土的厚度一般与景观布置和地下管线的埋设要求有关系，这就要求在设计管理过程中把景观设计和管网设计提前介入，做好精细化设计和专业配合工作，严格控制 好地下室顶部覆土的厚度。最后，要把握好地下室顶板和底板的布置方案，对这些结构布置方案要做好多方案成本比较，要全方位的把握方案的可行性，对方案的取 舍要慎之又慎。

2、控制层高

在满足建筑立面和使用净高的前提下，减少层高不仅可以减少竖向构件的长度和体积，同时还可以减少基础等土建成本和外装、设备及运营成本。对于一般中 档房屋来讲，层高每减少100mm ，成本可减少30～40元/㎡，地下室还会更高些。减少层高可以通过结构专业控制梁高、设备专业每层综合布线来实现。某 些部位还可以采用变截面梁或在梁中预埋套管等措施来保证楼层净高的要求。

3、控制高宽比（即结构高度和结构有效宽度的比值）

建筑高宽比越大，主体结构抗倾覆力矩也越大，安全所需抗侧力构件（剪力墙）便越长，由此便会增加结构成本。控制高宽比成为了结构优化设计的显著环节。

4、优化剪力墙设置

底部商业、底层复式住宅或架空层层高一般较高，为满足规范要求，剪力墙墙厚必须增加较多，同时因变成了短肢剪力墙，配筋也将进一步增加，此时可以通过验算 超限墙体的稳定性来减小墙厚，由此一来，墙厚变小，成本也将大大降低。剪力墙长度和数量主要以位移指标来控制，规范规定纯剪力墙结构的层间位移比限值为 1/1000，为充分发挥剪力墙的最大作用，设计时可以以1/1050~1/2000作为层间位移比的目标限值，在保证建筑物安全富余的前提下减少不必要 的剪力墙体，从而从整体上节约造价。

5、优化梁的布置及配筋方式

楼盖造价占结构总造价的9%~13%，其重量占整个房屋重量的22%左右。梁属于楼盖的一部分，其布置直接影响着板的受力情况和配 筋，合理布置梁也成为了控制造价的关键。对于常见的8.1mx8.1m~9.0mx9.0m柱网，标准层等承受荷载较小的楼板优先考虑平行梁或十字梁，其 大概综合成本（计算钢筋的数量、混凝土的数量和模板的数量）会比井字梁低10%左右，而对于地下室顶板等承受荷载较大的楼板应选用井字梁，以满足协调受 力、保证净高的要求。同时，可以取消那些小跨度楼板下部为支撑上部较短填充墙而设置的小梁（如厨房、卫生间等），因为楼板本身足以承载那些填充墙，不需要 单独设梁，这样梁减少，成本降低，空间也变好。在大跨度框架梁配筋方面，应避免上部粗大钢筋全梁贯通，尽量采用较小直径钢筋配置，这样可以有效节省框架梁 的钢筋用量。

6、控制楼板厚度

楼板厚度直接影响着结构荷载，20mm 厚楼板自重约占标准层总荷载3.3%，厚度增加，荷载加大，梁、墙、基础均会加大，成本也随之增加。同时，对于标准 层较小楼板来讲，配筋均按最小配筋率来要求，楼板厚度增加反而配筋增大，所以实际工程设计时楼板厚度也是一个降低成本的控制要素。

7、混凝土标号的合理采用

混凝土标号每增加一级，单价提高约5~8%；对柱及剪力墙轴压比的影响很明显，应优先选用高标号混凝土；对梁来说，标号高低对梁的承载力变化不大，应选用 低标号混凝土；

对板来说，虽然提高标号对承载力有提高，但标号提高后最小配筋率相应增大，楼板开裂的几率也增大，所以也应选用低标号的混凝土。工程设计时 通常将墙柱混凝土标号高于梁板混凝土标号一~二个等级，将混凝土承载能力最大化。

8、钢筋材料的合理选择

HRB400级钢筋无论从强度、延性还是性价比上都是其他钢材无法比拟的。HRB 335级钢筋比HRB235级钢筋贵约4%，强度提高43%；HRB400级钢筋比HRB 335级钢筋贵约2.9%，强度提高20%。因此，设计中使用HRB400级钢筋代替传统的HRB235级钢筋和HRB335级钢筋作为受力钢筋(吊钩出 外) 可有效降低工程的钢筋用量。

以上是从建筑结构设计方面对一些成本控制关键环节的阐述。每一个工程建筑都需要汇集参建各方的智慧和辛勤工作。从建筑结构设计角度出发，就是要尽力 做到结构安全、经济效益和社会效益最大化，要处理好这些问题，涉及到建筑与结构方案、计算机软件应用、工作经验和技术先进等问题，加强这方面工作的研究和 交流，就能使结构设计越做越好。前期阶段，进行多方案的对比分析，找到其中安全、经济、美观的平衡点。在优化过程中，采取办法减小构件截面，减薄板厚，采 用较矮的梁高，合理地增大楼层净高，减少剪力墙等，这些做法不仅能减少混凝土用量，减轻结构自重，而且减低了结构刚度，减小了地震力。结构优化的目的就是 在保证工程质量的同时去除无效的结构成本，达到最小的投入产出比，最终实现建筑安全、经济和美观的完好统一。