2019-09-13
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結構設計是工程設計中降本潛力相當大的一個環(huán)節(jié)。
結構專業(yè)的優(yōu)化設計，不是以犧牲結構安全度和抗震性能來求得經(jīng)濟效益的，而是以結構理論為基礎，以工程經(jīng)驗為前提，以對結構設計規(guī)范實質(zhì)內(nèi)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(diào)整、改善與提高，對成本進行審核和監(jiān)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(zhì)情況調(diào)查、規(guī)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(yōu)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(xiàn)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(lián)不明顯，做好地下室結構的優(yōu)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比較。
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(jié)約了土方的開挖和外運，減少了地下水豐富區(qū)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(wǎng)設計提前介入，做好精細化設計和專業(yè)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。
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。控制高寬比成為了結構優(yōu)化設計的顯著環(huán)節(jié)。
4、優(yōu)化剪力墻設置
底部商業(yè)、底層復式住宅或架空層層高一般較高，為滿足規(guī)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(wěn)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(shù)量主要以位移指標來控制，規(guī)范規(guī)定純剪力墻結構的層間位移比限值為1/1000，為充分發(fā)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(jié)約造價。
5、優(yōu)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(wǎng)，標準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(計算鋼筋的數(shù)量、混凝土的數(shù)量和模板的數(shù)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(xié)調(diào)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(wèi)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(jié)省框架梁的鋼筋用量。
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(yōu)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。
每一個工程建筑都需要匯集參建各方的智慧和辛勤工作。前期階段，應進行多方案的對比分析，找到其中安全、經(jīng)濟、美觀的平衡點。在優(yōu)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(yōu)化的目的就是在保證工程質(zhì)量的同時去除無效的結構成本，達到最小的投入產(chǎn)出比，最終實現(xiàn)建筑安全、經(jīng)濟和美觀的完好統(tǒng)一。