文/王吉輝 大連經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院 遼寧大連 116600

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性

文/王吉輝 大連經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院 遼寧大連 116600

經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)遠(yuǎn)在公元前1世紀(jì)就為設(shè)計(jì)師所意識。古羅馬建筑師維特魯威在其著名的《建筑十書》中提出了三位一體的基本原理或者說設(shè)計(jì)原則，即一切建筑都應(yīng)當(dāng)恰如其分地考慮到堅(jiān)固耐用、美麗悅目。他對建筑設(shè)計(jì)美的研究，始終結(jié)合著建筑物的性質(zhì)、位置、環(huán)境、大小、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)等因素進(jìn)行，這里的原則精神一般地運(yùn)用到其它藝術(shù)設(shè)計(jì)中，其中所說的“實(shí)用經(jīng)濟(jì)”等因素顯然就是經(jīng)濟(jì)性。隨著當(dāng)今市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為了獲取最大的利潤空間，經(jīng)濟(jì)性已成為對設(shè)計(jì)產(chǎn)品評估的非常重要的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。合理的成本控制理念，設(shè)計(jì)者應(yīng)貫穿與整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中。

混凝土結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；經(jīng)濟(jì)性

現(xiàn)有的設(shè)計(jì)大環(huán)境，建設(shè)單位對設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，主要指標(biāo)控制在鋼筋用量及混凝土用量方面。建設(shè)單位提出的用量控制指標(biāo)，一般根據(jù)同類工程的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值確定的。然而實(shí)際工程由于建筑方案的千變?nèi)f化，造成較大的不可比性。一般來說，非標(biāo)準(zhǔn)層部分，由于使用功能等的不同，結(jié)構(gòu)用材可比性不強(qiáng)，地下室及基礎(chǔ)由于所處環(huán)境等原因，也不具有明顯的可比性。相對而言，標(biāo)準(zhǔn)層一般變化不大，是具有較強(qiáng)可比性的。

對于非標(biāo)準(zhǔn)層位置，一般為裙房商業(yè)部分。由于商業(yè)的使用功能不同，決定了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的荷載差異較大。如商場的電影院部分，為追求感官的效果，電影屏幕基本都是跨結(jié)構(gòu)層設(shè)置，造成此部分結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則，很可能產(chǎn)生薄弱層，相對地震力應(yīng)增大，結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施應(yīng)加強(qiáng)，因此造成鋼筋及混凝土用量比一般結(jié)構(gòu)增大較多。另外商場上有設(shè)置游泳，健身等荷載較大的使用功能的房間，也造成此位置比一般使用功能的房間的用鋼筋量及混凝土量大較多。還有為了追求建筑美觀的效果，懸挑構(gòu)件及不規(guī)則的平面豎向造型，均造成結(jié)構(gòu)用料的增加。所以非標(biāo)準(zhǔn)層部分，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性是不具有可比性的。

對于地下部分，受到地下室層數(shù)，地下水位，是否設(shè)置人防地下室，地面覆土的厚薄以及是否考慮消防車荷載等情況的影響，地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主材用量差別很大。地基基礎(chǔ)的形式也由于地基場地土的不同，而差別較大。場地條件好時(shí)，可采用天然基礎(chǔ)，相對而言地基基礎(chǔ)費(fèi)用較低，而當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件很差時(shí)，如軟土地基或者嚴(yán)重不均勻地基，當(dāng)采用樁基礎(chǔ)或進(jìn)行嚴(yán)格的地基處理，此情況費(fèi)用較高。所以地下部分結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性也是不具有可比性的。

對于標(biāo)準(zhǔn)層部分，在整個(gè)建筑中，其量大面廣，為建筑的主體結(jié)構(gòu)部分，所以控制住標(biāo)準(zhǔn)層的鋼筋混凝土用量，也基本也就控制住了整個(gè)工程的結(jié)構(gòu)用料造價(jià)。同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)層一般變化不大，其建筑布置具有較大的相似性，綜上所述，我們控制結(jié)構(gòu)主材用量的主要精力，應(yīng)放在對標(biāo)準(zhǔn)層的控制上。

如何控制標(biāo)注層的鋼筋混凝土用量，我們應(yīng)從結(jié)構(gòu)選型，平面布置及材料強(qiáng)度方面綜合考慮。

結(jié)構(gòu)選型：高層建筑常用的結(jié)構(gòu)形式有框架結(jié)構(gòu)，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)，筒體結(jié)構(gòu)等。每種結(jié)構(gòu)形式，當(dāng)高度不同時(shí)，其抗震等級是不同的。以7度區(qū)為例，框架結(jié)構(gòu)，高度超過24米時(shí)，其抗震等級就為二級，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)高度超過60米時(shí)，其抗震等級才為二級，高度不大于60米時(shí)，框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架抗震等級為三級，剪力墻抗震等級為二級，剪力墻結(jié)構(gòu)，高度超過80米時(shí)，其抗震等級才為二級，不超過80米時(shí)，其抗震等級為三級。所以僅從抗震等級角度出發(fā)，當(dāng)高度不超過24米時(shí)，結(jié)構(gòu)形式宜為框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)高度超過24米而不超過60米時(shí)，結(jié)構(gòu)形式宜為框架剪力墻結(jié)構(gòu)或剪力墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)高度超過60米而不超過80米時(shí)，結(jié)構(gòu)形式宜選擇剪力墻結(jié)構(gòu)，高度超過80米時(shí)，結(jié)構(gòu)形式宜選擇剪力墻結(jié)構(gòu)或筒體結(jié)構(gòu)。

實(shí)際應(yīng)用中，結(jié)構(gòu)形式基本都由建筑的使用功能來決定?？蚣芙Y(jié)構(gòu)及框架剪力墻結(jié)構(gòu)，空間布置靈活，常用于酒店，商場及辦公樓。剪力墻結(jié)構(gòu)室內(nèi)可不出現(xiàn)棱角，滿足住宅，洋房及別墅的使用及美觀要求。所以在結(jié)構(gòu)形式選擇時(shí)候，我們應(yīng)根據(jù)房屋建筑的使用功能，高度和所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度，通過優(yōu)化比較計(jì)算，選擇合理的結(jié)構(gòu)體系，滿足經(jīng)濟(jì)性的要求。

平面布置：平面布局應(yīng)以方形為好，兩個(gè)主軸方向的結(jié)構(gòu)剛度宜相近，狹長結(jié)構(gòu)，抗側(cè)力構(gòu)件不對稱布置的結(jié)構(gòu)（如建筑立面需要布置單側(cè)斜柱等情況），其經(jīng)濟(jì)性都非常差。高規(guī)3.4“結(jié)構(gòu)平面布置”中，對結(jié)構(gòu)長寬比的限值，雖然不是強(qiáng)制規(guī)定，但多年經(jīng)驗(yàn)表明，長寬比滿足規(guī)范規(guī)定限值的結(jié)構(gòu)，比不滿足此規(guī)范要求的結(jié)構(gòu)更經(jīng)濟(jì)，且各項(xiàng)計(jì)算參數(shù)均很容易滿足規(guī)范要求。

正方形平面，兩個(gè)主軸方向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件均應(yīng)布置，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性好，而長方形平面，橫向結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度較小，縱向結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度較大，兩個(gè)主要受力方向動(dòng)力特性差異較大，需布置較多的橫向剪力墻加以彌補(bǔ)，造成其經(jīng)濟(jì)性差很多。

材料強(qiáng)度：隨著鋼材市場的發(fā)展，高強(qiáng)度鋼材已經(jīng)成為市場的主流，以前的HPB235圓鋼，也已經(jīng)退出了市場。所以我們考慮結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性時(shí)，梁柱墻的邊緣構(gòu)件等主要承重構(gòu)件的受力鋼筋，應(yīng)優(yōu)先選擇HRB400級鋼筋。高強(qiáng)度鋼筋不但可節(jié)省鋼筋面積，同時(shí)受力構(gòu)件的最小配筋率，也比低強(qiáng)度鋼筋低。對于梁的箍筋，當(dāng)為住宅時(shí)，樓面荷載不大的情況下，鋼筋計(jì)算面積較小，可選用HPB300級鋼筋，基本可滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)節(jié)省鋼筋造價(jià)。在軸壓比不滿足情況下，有條件時(shí)，宜選用高強(qiáng)混凝土，不宜增加墻柱截面。增大截面造成剛度增加，相應(yīng)地震力增加，整個(gè)結(jié)構(gòu)材料用量均增加，增大了工程的造價(jià)。

結(jié)語：

除以上方面外，設(shè)計(jì)中對參數(shù)的選取，高層嵌固端位置的選取，抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置等很多因素，均影響工程造價(jià)。

在設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)該綜合考慮整個(gè)工程，在保證結(jié)構(gòu)安全性的前提下，與建筑專業(yè)密切配合，在滿足建筑使用功能，外立面的美觀的前提下，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出最優(yōu)秀，最經(jīng)濟(jì)的作品，滿足建設(shè)單位的各項(xiàng)要求，只有這樣，我們才能在市場競爭中，蓬勃發(fā)展，蒸蒸日上。

［1］建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010）.

［2］高層建筑混泥土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2010）.

［3］朱炳寅.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問答及分析.