【同辰原创】结构优化如何做才有效

在材料、人工等刚性成本居高不下,伴随着地产市场下行的大背景,地产项目的利润率持续下降,成本控制成为地产企业保持盈利水平的主要途径。在地产项目的工程建设过程中,结构设计优化是工程设计中降本潜力相当大的一个环节。

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,且往往是不被关注的成本。因此如何做好建筑结构设计优化就成为整个设计阶段成本控制的重中之重。结构优化节省的工程造价成本就是项目的新增利润!

一、结构成本控制的重点

地下室成本优化
地下室在结构成本中所占的比重很大,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。影响地下室造价成本的因素很多,比如基础方案选型、地下水位、地下室层高、地面覆土厚度等等。

主体结构成本优化
科学合理地遵循结构设计规范,强化结构工程师前期参与和主动参与,加强设计各专业的协调与合作,正确地使用结构分析软件,多方案比较与选择最佳结构体系;充分挖掘基础设计的内在潜力,正确合理设计地下室,优化布置结构构件,构件截面与配筋设计精细化。

、结构设计优化要点

本文对建筑工程结构设计优化要点,并结合相关项目案例,进行了比较分析,以到控制成本的目的。其技术关键点主要体现在下面几方面:

勘察报告的理解与合理运用
地质勘察费用所占比重很小,但地质勘察对岩土,结构成本的影响却是很大的。特别是对基坑边坡,基础以及地下室等与土体有关部分的成本造价影响非常大。
根据地勘描述“抗浮设防水位建议取设计室外地坪以下0.5m”,地下室覆土坡度处抗浮水位取值随覆土坡度变化,原设计按整个坡度范围最高点取值;优化后,抗浮水位随覆土坡度变化。地库找坡处大部分两桩调整为单桩;Φ600管桩桩数286调整为235根,节省桩数51根。
 
优化前:

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工程概况(预制桩设计说明):

本项目位于江苏省,采用桩基和筏板基础+抗拔桩,桩型为Φ400先张法预应力混凝土抗拔管桩,Φ600先张法预应力混凝土承压兼抗拔管桩。总桩数200/286根、包合设计试桩及工程检测桩。
优化后:

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工程概况(预制桩设计说明):

本项目位于江苏省,采用桩基和筏板基础+抗拔桩,桩型为Φ400先张法预应力混凝土抗拔管桩,Φ600先张法预应力混凝土承压兼抗拔管桩。总桩数200/235、包合设计试桩及工程检测桩。
 

钢筋连接方式
钢筋连接方式的选择,直接关系到含钢量,间接也影响到建造成本。绑扎法的优点是施工简单,效率高,缺点是钢筋浪费较大,骨架容易变形;电焊法的优点是节省钢筋,钢筋骨架牢固不易变形,缺点是钢筋损伤,耗能。

剪力墙暗柱纵筋连接方式,根据测算,暗柱纵筋直径C12焊接最经济。纵筋d<12 时,纵筋采用绑扎搭接,暗柱纵筋搭接长度范围内箍筋加密间距可为100mm。

优化前:
当机械连接较为经济时优先采用机械连接;钢筋直径Φ≤12时优先采用绑扎连接;钢筋直径Φ≥22时优先采用机械连接;HTRB600级钢筋或T63/E/G级钢筋,钢筋直径Φ≥22不得采用绑扎搭接。
优化后:
当机械连接较为经济时优先采用机械连接;钢筋直径Φ<12时优先采用绑扎连接;钢筋直径Φ≥22时优先采用机械连接;HTRB600级钢筋或T63/E/G级钢筋,钢筋直径Φ≥22不得采用绑扎搭接。

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△ 两种钢筋连接方案

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△ 测算结果

地库顶板结构方案选型
由于地下室的功能及使用要求的特殊性,如地下室顶板的设计荷载大,防水抗裂要求高所以其造价占整个项目的比重也较大,故在保证结构可靠性和使用性的前提下,还应兼顾其经济性指标,对其方案作出经济性对比。

顶板可对不同板厚,不同梁截面进行细分,体现出来的经济性也有区别。把模板量也考虑进去,经过测算,择优确定最经济的顶板结构方案。

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△ 顶板结构方案

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△ 测算结果

塔楼基础方案选型
在初步设计阶段,对项目的基础选型进行方案对比,从而合理的确定纯地下室部分及高层塔楼部分的基础类型。经过对基础承载力及变形进行的计算,对不同基础方案(桩承台+防水板、桩筏)或在基础方案确定的情况下,对某一优化点进行多维度比较分析,从造价及施工角度,得到最优方案。

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△ 塔楼基础方案

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△ 测算结果

塔楼结构布置
塔楼的结构布置是项目整体经济性及建筑使用品质的重中之重,可提供优化后模型供设计院参考,使塔楼结构布置满足规范要求及计算的情况下,经济性达到最优。

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△ 优化前

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△ 优化后

底板配筋优化
底板配筋的合理性及经济性,是控制基础造价的关键,应严格按规范构造要求及计算值配筋,做到“好钢用在刀刃上”。如筏板最小配筋率0.15%,通长筋C14@200可调整为C12@160;底板计算不需要设置钢筋时,可取消配筋。

 

优化前:

1、基础底板配筋:

  • 非人防桩基筏板区:350mm厚筏板为:C14@200双层双向通长筋(图中未画)+图中所画附加筋(附加筋置于第一层);
  • 非人防筏板+下柱墩区:350mm厚筏板为:C12@200双层双向通长筋(图中未画)+图中所画附加筋(附加筋置于第一层);
  • 非人防筏板+下柱墩区:450mm厚筏板为:C14@200双层双向通长筋(图中未画)+图中所画附加筋(附加筋置于第一层);
  • 人防区:350mm厚筏板为:C14/16@200双层双向通长筋(图中未画)+图中所画附加筋(附加筋置于第一层);
  • 除注明外、附加筋均为第一层。附加筋与通长筋同层间隔设置;
  • 图中附加筋注明“底加”为板底附加筋,“面加”为板面附加筋。

2、平板式筏形基础钢筋的构造详见国标图集16G101-3第91页。

 

3、基础底板边缘面封边构造见图集16G101-3页第93页类型b、侧面构造纵筋为C12@200。

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△ 优化前

优化后:
1、基础底板配筋:
  • 非人防桩基筏板区:350mm厚筏板为:C12@160双层双向通长筋(图中未画)+图中所画附加筋(附加筋置于第一层);
  • 非人防筏板+下柱墩区:350mm厚筏板为:C12@200双层双向通长筋(图中未画)+图中所画附加筋(附加筋置于第一层);
  • 非人防筏板+下柱墩区:450mm厚筏板为:C14@200双层双向通长筋(图中未画)+图中所画附加筋(附加筋置于第一层);
  • 人防区:350mm厚筏板为:C14/16@200双层双向通长筋(图中未画)+图中所画附加筋(附加筋置于第一层);
  • 除注明外、附加筋均为第一层。附加筋与通长筋同层间隔设置;
  • 图中附加筋注明“底加”为板底附加筋,“面加”为板面附加筋。

2、平板式筏形基础钢筋的构造详见国标图集16G101-3第91页。

3、基础底板边缘面封边构造见图集16G101-3页第93页类型b、侧面构造纵筋为C10@200。

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△ 优化后

节点大样优化
节点大样的含钢量仅占到整个结构成本的5%~10%,但是优化量无大小,应做到优化无死角,一个细节也不放过。尤其在当今钢材价格大幅上涨的现实情况下,对节点大样配筋优化显得尤为重要。优化原则就是根据受力及受荷大小,对无需加强处进行取消或者减小配筋。

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△ 优化前

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△优化后

三、小结

以上是从建筑结构设计方面,结合具体项目案例,对成本控制一些关键环节的阐述。

每一个工程建筑项目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,要在满足功能要求的基础上在建筑设计标准的规范下,使用当下最先进的技术,以最经济、合理、科学的方法进行设计。加强交流和研究分享做到结构安全、经济效益和社会效益最大化。

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,在实践过程中多实践、多探索,以最低的造价实现最佳的经济效益,实现经济、安全、合理和美观的设计要求。

– END –

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