建筑结构设计比选和住宅造价成本控制的分析

2022-09-11

1 影响住宅建筑工程造价的主要因素

结构设计经济性的评价指标主要有每平方米用钢量以及每平方米混凝土用量。每平方米用钢量是指按整栋建筑考虑每平方米建筑面积的钢筋用量 (包括上部结构及基础部分用钢量) 。砖混结构2一般为26.6公斤/平方米 (包括基础) , 底框结构一般为231公斤/平方米 (包括基础) , 剪力墙结构一般为65公斤/平方米 (包括基础) 。如何降低用钢量是考察结构方案是否合理优秀的重要指标。因此, 结构设计方面必须要考虑的因素主要有:建筑物结构类型的选择;基础形式的选择;上部结构体系及构件的确定;混凝土设计强度的确定等。

1.1 建筑结构类型的选择 (表1)

不同的结构形式的工程造价是不同的, 采用何种形式必须要对不同形式的造价差与可多获得的利益进行综合比较, 同时考虑当地的施工能力[1]以及施工工期。

1.2 基础形式的选择

基础形式的选择不仅关系到建筑物的直接工程造价, 同时还影响到基坑维护以及施工周期。软土地基地区高层及小高层住宅常用的结构形式为短肢剪力墙结构, 其基础形式一般采用筏板基础或条型基础。桩型的选择直接影响筏板的厚度及基础梁的截面尺寸, 宜采用单桩承载力较大的桩[2]型, 可沿轴线布置, 减少直接作用在基础上的荷载。

1.3 上部结构体系及构件的确定

在设计方案及初步设计阶段正确地选择建筑的结构体系以及构件的截面及采用的材料, 对整个建筑的经济性影响是相当大的。选择较为合适的结构体系, 可以在方案阶段总体控制成本。同时由于上部使用功能的差别, 构件截面类型也会有差异, 从而导致成本差异。如现浇楼盖就有几种。

一般的梁板式楼盖。它使用最为普遍, 有较好的经济性, 但是楼盖结构占用的空间比较大, 在层高一定的情况下, 获得的楼层净高较小。

无梁楼盖。在框架结构使用荷载较大而层高受限制的情况下, 可以采用无梁楼盖形式, 但无梁楼盖的建筑成本较高。

密肋楼盖。它多用于跨度大而梁高受限制的情况下, 一般不超过9m。在跨度较大的楼板中使用, 可以降低楼板的自重, 取得较好的经济效益, 但施工较为复杂。

在简体结构中为控制净高而选择使用预应力混凝土平板, 跨度一般可大于9m。可以仅在外围及核心筒处布置梁, 使用上较为自由, 但成本较高。

1.4 混凝土设计强度的确定

目前设计中结构的混凝土设计强度有越用越高的趋势, 这一方面是随着建筑材料的不断更新发展, 为设计提供了更多的选择;另一方面也是由于建筑物结构形式越来越复杂, 对构件截面的限制越来越严格。但是在建筑条件许可的情况下应尽可能地降低混凝土设计强度。根据GB50010—2002《混凝土结构设计规范》构件的最小配筋率是同混凝土设计强度相关的, 这在一般的住宅建筑的表现最为明显。由于住宅建筑的开间一般都较小, 楼板的配筋均是按最小配筋率来控制的, 使用C30混凝土与使用C40混凝土相比:前者节省19.5% (采用HRB335钢筋) 和6.88% (采用HRB400钢筋) 左右。同时由于混凝土设计强度的降低, 可以有效地降低墙及楼板的裂缝, 特别是地下室外墙板, 减少后期的修补费用以及由此产生的各种矛盾。

构造及节点在满足规范要求的经济做法在满足建筑及结构的各项要求的情况下, 如何在满足规范要求前提下, 选择经济的构造及节点, 也是控制成本的有效方法。

2 案例分析

2.1 桩基形式的选择

本工程实例为温州地区某商住综合小区进行的试桩结果。根据该地块工程地质初勘报告, 基地内两栋33层楼剪力墙结构的住宅持力层确定为 (9) 1层粉细砂土, 拟采用桩型为Φ600预应力管桩, 桩长为5 7 m, 作为工程桩, 试桩长6 2 m。根据试桩结果Φ6 0 0预应力管桩 (桩长为6 2 m) , Rd=6800/1.6=3500k N, 按桩身结构强度进行计算Rd=3300k N, 取小值Rd=3300k N, 较公式计算值Rd=3000k N提高了10%。

2.2 基础结构形式的选择 (表2)

对于一般的剪力墙结构的住宅, 由于目前采用的基础形式为等厚筏板, 厚度根据5cm×n (层数) 来取值, 偏于保守。若桩型选择合适, 尽可能布置在轴线上, 则底板仅考虑水浮力及沉降差异产生的内力, 板厚可取3.5cm×n (层数) 。在某项目中14层剪力墙住宅板厚为500, 19层剪力墙住宅板厚为650。基础板厚及配筋等参数见表3。考虑到上部结构的刚度, 基础底板的整体弯曲率都很小, 往往都不到0.05%, 法兰克福展览会大楼的筏板实测挠曲度只有0.025%, 而测得的筏2板钢筋应力一般都在20N/mm~30N/mm。陕西省邮政电信管网中心大楼筏板所测得的最大钢筋拉应力也只有42.66N/mm。出现这种基础底板内力小于常规计算方法的因素很多, 最主要的因素是上部结构和地下室整体刚度的贡献, 并参与了基础的共同抗力, 起到了拱的作用, 从而减小了底板的挠曲和内力。表3所示为基于有限元的经济做法与一般做法的经济性比较。

2.3 上部结构体系及构件对建筑经济性的影响

第三个工程案例有2个塔楼, 分别为29层 (129.8m高) 和21层 (96.6m高) , 当中有一个6层的裙房, 檐口高度34.0m。地下2层, 总建筑面积9.39万m。原有的设计在电梯厅两端的门口各有1个大柱子, 电梯门很小。

优化方案:柱子的优化。本栋大楼原有22根柱子, 经优化里圈6根柱子全部拔光, 外圈柱子拔掉2根, 其余柱子大小由原来的1.5m×1.5m改为1.2m×1.2m, 内置Φ600×20钢管, 成为组合柱。

减薄核心筒内墙。电梯厅里面的墙原来是500mm厚, 现在变成250mm厚, 把电梯间的净宽加大了500mm。

楼板结构改为单向密肋结构, 1 2 m跨度, 密肋梁250×500@1600, 板厚由原设计的120mm改为l00mm。

减少补桩数量。原设计补桩333根, 后减掉207根。有限元分析表明最大沉降差才2cm~3cm, 满足设计要求。

优化成果:因结构节省而增加的使用面积共231300m, 还省下了混凝土8400m。按钢筋混凝土321000元/m, 使用面积2万元/m, 桩2万元/根计算, 可获得经济效益3800万元。

3 结语

结构的优化设计不仅在经济效益上有显著提高, 而且极大地改善了空间效果, 增加了使用面积。建筑工程的优化设计, 不应只从本专业出发, 而应从整体综合上考虑。结构设计优化绝不是以降低结构的安全度来换取经济效益。本文从工程设计实际出发, 分析了设计阶段影响建筑工程造价的主要因素, 并通过工程实例来阐述如何降低建筑工程造价, 为后续相关工程实践提供依据。

摘要：近年来, 我国经济飞速发展, 人民生活水平大幅度提高, 加之20世纪90年代末期所实行的住房体制改革, 大大推动了我国房地产市场的发展。文章在分析影响住宅建筑工程造价主要因素的前提下, 借鉴几个住宅建筑工程案例阐述建筑工程造价控制应用的实践。

关键词：结构设计,成本控制,造价,研究