结构精细设计对成本控制的影响

杜飞

关键词：结构方案；结构体系；精细设计；成本管理；含钢量

时至今日，结构成本管理已成为地产商设计管理的核心，也是房地产商最应关注的成本，尽管如此，结构成本仍不被一些地产商所重视，甚至其设计部门竟然没有结构设计师。因此，研究结构设计对开发成本的影响意义重大。

一、现状目前，对于控制结构成本有几种观点：一、建筑方案一经确定，结构成本就基本确定了；二、结构成本的降低必然会导致结构安全储备的下降；三、极端强调结构成本的控制，含钢量、含混凝土量越低，结构设计越优秀。

而实际情况是：建筑方案的确定，结构成本确定了60～70％，另外的结构方案优化和结构精细化设计占30～40％；结构方案的优化会降低无效成本，精细化、系统化设计，会确保结构合理。国家规范保证了结构应有的安全储备；现代成本管理理论：从范围上讲，全方位成本管理，从成本管理最优化配置、价值分析、风险分析等领域，以系统的观点全面分析项目的投入产出比；从时间上讲，项目全生命成本管理，即把成本管理的链条向前扩大到决策阶段，向后延伸到项目的使用阶段，使项目的成本在其整个生命周期中达到最优化。所以结构设计应该走综合成本控制的概念。

二、结构成本控制的技术关键点（一）层高结构成本。

（1）地面以上部分：减少柱、墙体积；减少总高，降低荷载；减少地震力和风荷载。

（2）地面以下部分：减少土方量；减少基坑支护；减少侧壁及底板结构量；减少抗浮量。

（3）其他土建成本：a减少维护墙、分隔墙、装饰工程量；b减少门窗、幕墙、粉刷、涂料、防水等工程量。

（4）设备及运营成本：c节能；d减少耗能负荷；e减少运营成本。

有数据显示：层高由2.9m到3.0m；层高相差只有10cm，成本造价约差30元/m2。

（二）结构超限对成本的影响。

（1）结构超限对建筑方案的不利影响（剪力墙布置）；（2）结构超限审查导致设计周期延长；（3）结构超限导致抗震等级提高；（4）薄弱部位加强导致用钢量提高。

（三）结构计算阶段对成本的影响。

（1）梁的布置与成本的关系；（2）一些短墙上的小梁是否需要布置；（3）剪力墙的布置与成本的关系；（4）异形柱结构中应注意的事项；（5）楼板厚度对成本的影响；（6）建筑的地下室及屋顶找坡；（7）关注设计荷载取值；（8）关注电算时一些系数的取值；（9）钢筋材料的选择对成本的影响。

(四）结构施工图阶段对成本的影响。

（1）图纸设计时构件归并的把握；（2）梁配筋方式对成本的影响；（3）柱配箍率对成本的影响；（4）柱子纵向钢筋的配置技巧；三、结构精细化设计意义优化层高。影响净高的因素：结构梁高；机电的管线空间。

（1）结构梁高。设计院通常做法：取结构本身最经济的梁高，一般为1/8～1/12的跨度。优化措施：综合各种成本因素，取1/12～1/18的跨度，降10％～30％，或者型钢梁。

（2）机电的管线空间。设计院通常做法：各专业各占一个标高和空间。优化措施：管线综合，可节约200高度。

（3）结构梁高空间与机电的管线空间可以相互利用；采用变截面梁，在机电管线通过处，减少梁高截面。

（4）在梁中预埋管线或预留洞口，使管线穿过。

（5）采用有柱帽的无梁楼盖，使管线与结构柱帽在同一高度空间内。

优化结构方案避免超限：结构超限问题大多数情况是由于结构的介入不及时所致，即超限多数是因为前期方案阶段结构专业没有介入，对于大部分平面凹凸不规则以及竖向不规则，通过调整方案都是能够解决的，因此，个人观点，结构专业应该从方案初始阶段就介入，及时与建筑专业配合，调整方案，使得结构超限及时化解。

四、结构计算层面（一）梁的布置与成本的关系。

8.5米×8.5米柱网下，布置井字梁经济还是十字梁经济？分析、结论：（正常楼层）十字梁较井字梁便宜约10％以上；屋顶花园、有覆土的地下室顶板是井字梁较十字梁便宜，或相差不多。

一些短墙上的小梁是否需要布置？分析：普通楼板是否足以支撑这些短墙？板的配筋是否为构造配筋，而不是根据计算得出？答案：在一定跨度范围内，梁越少越好。

（二）剪力墙的布置与成本的关系。

如何优化剪力墙布置的位置：在建筑物的两端和周边重点布置，在建筑物的内部和中间位置减少布置（但要满足竖向承重的需要），保证结构的抗震扭转指标满足规范要求。好钢用在刀刃上。

如何优化剪力墙的数量：关注结构计算位移与规范的最低要求的关系，刚好满足即可，清除不必要的结构成本。

如何优化剪力墙的长度：剪力墙太长，结构本身成本增加，同时又使地震力增大，进一步加大结构成本；短肢剪力墙，抗震性能不好，构造配筋成倍放大，成本也会增大。对策：一般情况下，最优化的剪力墙长度是其厚度的8倍＋100；在剪力墙的翼缘小于600时，应特别分析、关注其结构计算的结果。

（三）异形柱结构中应注意的事项。

异形柱对成本的影响，一定比普通框架结构成本高；对结构安全的影响，未经实例结构检测；是否可以少用异形柱，多用方柱？尽可能多用方柱。（例如，户内隔墙、门后、立面、公共部位空间等处可用方柱）（四）楼板厚度对成本的影响。

标准层楼板厚度对荷载的影响程度：2cm厚的板厚占标准层总荷载约3.3％。

标准层楼板厚度对板配筋的影响程度：仅考虑构造配筋因素，板的配筋量与板的厚度成比例增加。

标准层楼板厚度对地震力的影响程度：2cm厚的板厚地震力增加约3.3％。

标准层楼板厚度对梁、柱、墙配筋的间接影响：因荷载间接增加配筋等成本。

标准层楼板厚度对基础的间接影响：因荷载间接增加成本。建筑的地下室及屋顶找坡。找坡的成本有哪些？材料成本、质量维护成本、人工成本、结构成本等；找坡有哪些优化的办法？是否结构找坡或半结构找坡？单坡还是双坡？找坡的方向长度？重视找坡，科学找坡。

地下室底板采用结构找坡的经济性（尤其是大地下室）可节省：300厚素砼C15找坡层（330×0.25=83元/m2）；竖向构件（16元/m2）；挖土方量（6元/m2）；防水做法、底板及侧壁的配筋等。

最新最经济做法：取消地下室建筑、结构找坡，仅在结构底板中预埋排水管，接入分区的集水井，多设些地漏即可。

（五）关注设计荷载取值。

地下室顶板的活荷载取值20KN/m2（过消防车值，只可局部车道取）、10KN/m2（施工堆载，因分时出现，可与覆土荷载互为调整）、4KN/m2（小车库、商场密集人群）。

内隔墙的荷载取值：轻质隔墙材料需提前确定。

空间可灵活分隔的荷载取值：非固定隔墙的自重取每米墙重（KN/m值）的1/3，作为楼面活荷载的附加值计入（KN/m2值）。

（六）关注电算时一些系数的取值。

梁的弯矩放大系数1.0（强调取1.0，必要时只对个别梁单独事后放大，避免整体放大）；梁的扭矩折减系数0.4；梁柱重叠部分应简化为刚域（柱较大时，考虑刚域与不考虑刚域的梁端负弯矩差15～25％）；混凝土容重的取值25KN/m3；连梁刚度折减系数0.6～0.7（风和地震可不同）；墙、柱、基础计算应按规范考虑活荷载的折减；地下室外墙应按压弯构件计算；荷载取值不得人为放大。

（七）钢筋材料的选择对成本的影响。

结构梁、柱、墙钢筋统一按什么原则选取？参考建议：6～8直径钢筋统一采用HPB235；10以上尽可能采用HRB40；尽可能用高强钢筋。

楼板钢筋统一按什么原则选取？参考建议：优先采用HRB400、冷轧带肋钢筋；板底钢筋尽量采用直径小、间距密的方式布置。

五、结构施工图层面（一）图纸设计时构件归并的把握。

梁的归并（会相差10～15％、要注意梁归并的归并分级原则）；墙柱的归并（注意结构标准层的归并范围要竖向分段处理，注意建筑标准层与结构标准层的截然不同）；板的归并；柱（桩）基的归并；基础的归并。构件归并是施工图过程中控制成本的关键。

（二）梁配筋方式对成本的影响。

要考虑柱截面尺寸较大时，刚域约束对梁端弯矩取值的影响，即梁端弯矩应从梁柱交边线处取值；框架梁中上部通长钢筋尽可能按规范规定的低限配置，支座负筋应按弯矩包络图配合构造要求分段截断；梁底部钢筋在中间支座处不应安排全部锚固错接、搭接，尽可能采用与邻跨拉通，个别锚固、切断的配筋方式；住宅标准层梁宽常为200或250，此时梁顶钢筋宜采用小直径钢筋；不得已不要采用直径大于25的钢筋；主次梁相交处，优先采用附加箍筋的方法。不得已采用吊筋时，应在采用附加箍筋后经过结构计算采用较小直径的吊筋。

（三）柱配箍率对成本的影响。

规范规定：柱的体积配箍率为混凝土单位长度范围内箍筋的体积除以该范围内混凝土核芯区内的体积。

实际施工图设计中，设计人员往往将核芯区体积以柱的总体积来替换，以方便计算，并满足规范要求。如此设计对成本有多少影响呢？

以500×500截面为例，相差29％。

（四）柱子纵向钢筋的配置技巧。

以500×500方柱、每侧计算配筋量为12cm2为例。习惯的配筋方式为12Φ20（总配筋面积为37.7cm2）；另一种配筋方式为：4Φ25＋4Φ20（总配筋面积为32.1cm2），将4Φ25放在柱角。两种配筋方式均正好满足计算要求，但钢筋用量相差17.5%。

配筋技巧：将较粗钢筋放在角部共用。

结论结构精细化设计对控制结构成本有着重要作用，分别从方案阶段、计算阶段以及施工图阶段三个时期影响着成本，重视结构专业在成本管理中的重要作用，能在一定程度上节约工程成本。