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淺談結構設計優化必要性

文章出處:未知 發表時間:2018-04-20 13:37

大量的統計數據和實踐表明,前期策劃和設計階段(項目策劃、方案設計、初步設計、施工圖設計)影響整個房地產項目投資在80%以上,而結構成本占到建安成本的40%~60%,同時結構成本還常常由於策劃及設計管理的好壞出現非常大的波動,結果可能造成成百上千萬元的造價差別,因此結構設計優化就成為整個設計階段成本控製的重中之重。

  

 

  結構設計是工程設計中降本潛力相當大的一個環節。結構專業的優化設計,不是以犧牲結構安全度和抗震性能來求得經濟效益的,而是以結構理論為基礎,以工程經驗為前提,以對結構設計規範實質內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,對設計進行深入調整、改善與提高,對成本進行審核和監控,是對結構設計深化再加工的過程。

  結構成本控製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情況調查、規劃階段的初勘、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在下麵幾方麵:

  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不明顯,做好地下室結構的優化設計對於控製整個結構成本至關重要。首先,要注意公共大地下室的麵積的充分利用,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約了土方的開挖和外運,減少了地下水豐富區域的水壓力的影響,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製還要把握好地下室頂部覆土厚度的控製和頂部活荷載的控製,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係,這就要求在設計管理過程中把景觀設計和管網設計提前介入,做好精細化設計和專業配合工作,嚴格控製好地下室頂部覆土的厚度。最後,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。

  2、控製層高

  在滿足建築立麵和使用淨高的前提下,減少層高不僅可以減少豎向構件的長度和體積,同時還可以減少基礎等土建成本和外裝、設備及運營成本。對於一般中檔房屋來講,層高每減少100mm,成本可減少30~40元/㎡,地下室還會更高些。減少層高可以通過結構專業控製梁高、設備專業每層綜合布線來實現。某些部位還可以采用變截麵梁或在梁中預埋套管等措施來保證樓層淨高的要求。

  3、控製高寬比(即結構高度和結構有效寬度的比值)

  建築高寬比越大,主體結構抗傾覆力矩也越大,安全所需抗側力構件(剪力牆)便越長,由此便會增加結構成本。控製高寬比成為了結構優化設計的顯著環節。

  4、優化剪力牆設置

  底部商業、底層複式住宅或架空層層高一般較高,為滿足規範要求,剪力牆牆厚必須增加較多,同時因變成了短肢剪力牆,配筋也將進一步增加,此時可以通過驗算超限牆體的穩定性來減小牆厚,由此一來,牆厚變小,成本也將大大降低。剪力牆長度和數量主要以位移指標來控製,規範規定純剪力牆結構的層間位移比限值為1/1000,為充分發揮剪力牆的最大作用,設計時可以以1/1050~1/2000作為層間位移比的目標限值,在保證建築物安全富餘的前提下減少不必要的剪力牆體,從而從整體上節約造價。

  5、優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。梁屬於樓蓋的一部分,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製造價的關鍵。對於常見的8.1mx8.1m~9.0mx9.0m柱網,標準層等承受荷載較小的樓板優先考慮平行梁或十字梁,其大概綜合成本(計算鋼筋的數量、混凝土的數量和模板的數量)會比井字梁低10%左右,而對於地下室頂板等承受荷載較大的樓板應選用井字梁,以滿足協調受力、保證淨高的要求。同時,可以取消那些小跨度樓板下部為支撐上部較短填充牆而設置的小梁(如廚房、衛生間等),因為樓板本身足以承載那些填充牆,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麵,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,這樣可以有效節省框架梁的鋼筋用量。

  6、控製樓板厚度

  樓板厚度直接影響著結構荷載,20mm厚樓板自重約占標準層總荷載3.3%,厚度增加,荷載加大,梁、牆、基礎均會加大,成本也隨之增加。同時,對於標準層較小樓板來講,配筋均按最小配筋率來要求,樓板厚度增加反而配筋增大,所以實際工程設計時樓板厚度也是一個降低成本的控製要素。

  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%;對柱及剪力牆軸壓比的影響很明顯,應優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,但標號提高後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。工程設計時通常將牆柱混凝土標號高於梁板混凝土標號一~二個等級,將混凝土承載能力最大化。

  8、鋼筋材料的合理選擇

  HRB400級鋼筋無論從強度、延性還是性價比上都是其他鋼材無法比擬的。HRB335級鋼筋比HRB235級鋼筋貴約4%,強度提高43%;HRB400級鋼筋比HRB335級鋼筋貴約2.9%,強度提高20%。因此,設計中使用HRB400級鋼筋代替傳統的HRB235級鋼筋和HRB335級鋼筋作為受力鋼筋(吊鉤出外)可有效降低工程的鋼筋用量。

  

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