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造價成本人不求“掌握”,但要“了解”—結(jié)構(gòu)優(yōu)化如何做才有效

來源:??????2018-4-14 10:47:00??????點(diǎn)擊:

        一、 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化必不可少

       設(shè)計優(yōu)化對于成本控制來說具有極端重要性,不可不察。而除了房地產(chǎn)公司比較注重外,設(shè)計優(yōu)化往往是被忽略的。
設(shè)計優(yōu)化主要是從成本控制的角度對原設(shè)計進(jìn)行排查,排除設(shè)計的盲區(qū)和死角,發(fā)現(xiàn)差錯、糾正不足,降低不安全因素,為您找回流失的成本。剔除原來設(shè)計中的虛高的,無用的,不安全的,不合理的成本。
       結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化,也如同人減去多余脂肪,達(dá)到健美目的,杜絕不必要的浪費(fèi)。加大構(gòu)件截面,提高配筋率,并不一定增加結(jié)構(gòu)的安全度,有時反而是壞事,如增加建筑自重,形成超筋破壞等反作用。
       結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化并不是單純的“挑毛病”,而是通過交流、溝通,找到更為合理、更經(jīng)濟(jì)的設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化,不是以犧牲建筑適用性、結(jié)構(gòu)安全度和抗震性能來求得經(jīng)濟(jì)效益。
       在所有的設(shè)計優(yōu)化中,結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化空間最大,結(jié)構(gòu)成本的彈性和離散性大,最有成本控制的意義,是優(yōu)化的重點(diǎn)。
       二、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化重點(diǎn)
       結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化根據(jù)優(yōu)化深度難易分幾個層次,一是結(jié)構(gòu)體系與基礎(chǔ)類型的優(yōu)化與比選;二是規(guī)范方面解理錯誤的糾正;三是結(jié)構(gòu)說明不適用條款的修正;四是鋼筋構(gòu)造不合理的改正;五是設(shè)計圖紙糾錯。
       結(jié)構(gòu)優(yōu)化不是單方面以降低成本減少含量鋼量為目的,結(jié)構(gòu)優(yōu)化是對原結(jié)構(gòu)設(shè)計改進(jìn),不是追求局部最優(yōu),而是為了達(dá)到整體最優(yōu)。
通過對多種結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行選型和經(jīng)濟(jì)分析,提供決策依據(jù);對影響結(jié)構(gòu)的因素(如地勘、安評報告等)進(jìn)行分析,統(tǒng)一技術(shù)措施;對構(gòu)件截面及布置等進(jìn)行調(diào)整,對荷載、計算參數(shù)等進(jìn)行復(fù)核。 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化有“尺寸優(yōu)化,形狀優(yōu)化,拓?fù)鋬?yōu)化,布局優(yōu)化、配筋優(yōu)化、構(gòu)造優(yōu)化“等。 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化著重于以下幾個方面:
       1、選擇規(guī)則的平面方案和立面方案,避免過大的外挑和內(nèi)收,避免應(yīng)力的突變,避免薄弱層,保持受力的均衡。盡量不設(shè)轉(zhuǎn)換層,尤其是高位轉(zhuǎn)換,同一建筑不要做多功能多用途設(shè)計。這受制于建筑設(shè)計。建筑設(shè)計往往追求外觀的新奇現(xiàn)代,天馬行空,不計成本,也不考慮抗震等因素。越是復(fù)雜的不規(guī)則的建筑造型其抗震性能下降建筑成本增加。應(yīng)該追求簡約而美的設(shè)計理念,摒棄復(fù)雜而丑的設(shè)計風(fēng)格。
       2、剛度與延性的平衡。結(jié)構(gòu)剛度大,含鋼量高,延性反而差,地震反應(yīng)大,抗震性能低??梢酝ㄟ^減少剛度增加延性既提高抗震能力又能節(jié)約鋼筋。
       3、如結(jié)構(gòu)體系的選擇對造價影響甚大,如異形柱框架比普通框架含鋼量大;短肢剪力墻含鋼量比普通剪力墻結(jié)構(gòu)高。
       4、選擇合理的基礎(chǔ)形式,基礎(chǔ)形式有獨(dú)基、條基、樁基、筏基、基礎(chǔ)梁、承臺等,一般選擇復(fù)合基礎(chǔ),即幾種基礎(chǔ)類型的組合,組合種類不宜過大,基礎(chǔ)體系應(yīng)簡潔,如“承臺+筏板”、“基梁+筏板”、“承臺+基梁”等,盡量設(shè)計成無梁板。當(dāng)?shù)装宀捎昧喊迨綍r,基礎(chǔ)梁計算應(yīng)充分考慮承臺的作用。特別是裂縫寬度計算時,梁取承臺邊處的彎矩進(jìn)行控制,承臺算至柱邊。
       5、地下車庫頂板的結(jié)構(gòu)形式有:十字梁、井字梁、無梁板、大跨度梁板、預(yù)應(yīng)力有梁樓蓋和空心樓蓋等??招臉巧w可以減少含鋼量和砼用量,其缺點(diǎn)是板厚增加導(dǎo)致層高變小。如果地下室頂板作為嵌固層則不宜采用空心樓蓋。
       6、剪力墻結(jié)構(gòu),墻(包括墻柱、墻身、墻梁)占上部結(jié)構(gòu)鋼筋用量的60%左右,其中,墻柱鋼筋比例最高,約占上部鋼筋用量的40%左右,這是優(yōu)化的重點(diǎn),優(yōu)化內(nèi)容包括墻柱的設(shè)置、截面、縱筋和箍筋拉筋,均可優(yōu)化。墻柱縱筋直徑12以上盡量采用非綁扎搭接。剪力墻布置合理與否直接關(guān)系到整個結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),應(yīng)采取如下措施:強(qiáng)周邊、弱中部;多長墻,少短墻;多L形、T形、十字形,少復(fù)雜形狀;各墻肢軸壓比接近;控制剪力墻數(shù)量和密度。地下室外墻墻底、頂設(shè)加強(qiáng)筋取代構(gòu)造梁。
       7、框架結(jié)構(gòu)柱含量20%左右,梁50%左右,板20%左右。柱網(wǎng)大,樓蓋用鋼量大,反之,柱用鋼量大。優(yōu)化的重點(diǎn)是梁,采用強(qiáng)柱弱梁,梁配筋率不宜大,避免三排四排鋼筋的配置。梁寬避免大于350mm,梁寬小于350mm可設(shè)計二肢箍,大小350mm必須設(shè)計成四肢箍,箍筋用量增加約80%。非框架梁上部縱筋采用支座負(fù)筋+架立筋形式,減少鋼筋搭接。當(dāng)梁下部縱筋有二排以上時,部分縱筋不伸入支座。箍筋局部重疊不宜多于二層。
       8、大屋面盡量采用結(jié)構(gòu)找坡,既容易保證防水質(zhì)量,又能減輕荷載,而建筑層找坡增加荷載和造價。
       9、“結(jié)構(gòu)設(shè)計總說明”是對結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件以外的內(nèi)容進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性控制,應(yīng)特別關(guān)注“通用性”的設(shè)計說明,通用性越強(qiáng)設(shè)計越浪費(fèi),避免出現(xiàn)一句話增加幾十萬的意外情況。結(jié)構(gòu)總說明一般都有現(xiàn)成“模板”,事無巨細(xì),不管是否適用,都羅列其中,設(shè)計師直接復(fù)制過來。每個建筑都有它的“個性”特征,不必生搬硬套。
       10、一些平法標(biāo)準(zhǔn)圖集上不合理的鋼筋構(gòu)造可以改進(jìn),如加腋梁鋼筋可以適當(dāng)減少,框架柱頂層邊角柱等。圖集上的構(gòu)造要求是參考性的,許多也是拍腦袋的,并沒進(jìn)行內(nèi)力試驗,何必生搬硬套?
       11、圖紙表達(dá)的錯誤,如有的梁原位標(biāo)注10C25 6/5,到底是10根還是11根?是按大還是按???諸如此類的錯誤也在優(yōu)化之列。
       三、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化不可取代
即使有限額設(shè)計,也需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。業(yè)主一般都對設(shè)計指標(biāo)有硬約束,以為可以一勞永逸地解決設(shè)計浪費(fèi)和成本失控等問題。然而,設(shè)計指標(biāo)滿足限額值,不一定是最經(jīng)濟(jì)、最合理的設(shè)計。對于非標(biāo)建筑,限額值也不具指導(dǎo)意義。限額設(shè)計往往容易走向另一個極端或誤區(qū)。限額設(shè)計僅從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上對結(jié)構(gòu)成本進(jìn)行控制,而會忽略其他更重要的工作,如結(jié)構(gòu)體系合理性的判斷與調(diào)整、結(jié)構(gòu)與建筑及機(jī)電等專業(yè)的協(xié)調(diào),為了達(dá)到限額可能持續(xù)追加成本。 施工圖審查無法取代結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。施工圖審查是確保設(shè)計文件符合國家法律、法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn),施工圖審查并沒有義務(wù)審查設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性,符合規(guī)范要求的設(shè)計未必是“最優(yōu)的”。而結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的目的之一是控制成本、并使設(shè)計更加合理。當(dāng)然,結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的結(jié)果也必須通過施工圖審查。
       四、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方式
       優(yōu)化分為兩種方式:過程優(yōu)化、結(jié)果優(yōu)化。
       過程優(yōu)化,是事前指導(dǎo)和事中控制,建議前置與設(shè)計同步,沒有后置動作。
       方案階段:結(jié)構(gòu)體系的造型和結(jié)構(gòu)布置合理性認(rèn)證、結(jié)構(gòu)計算和內(nèi)力分析正確。
       擴(kuò)初階段:結(jié)構(gòu)方案的對比、優(yōu)化,重點(diǎn)關(guān)注結(jié)構(gòu)體系、基礎(chǔ)方案、地下室的布置等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
       施工圖階段:結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計的精細(xì)化管理。主要是對結(jié)構(gòu)設(shè)計中的不精細(xì)做法進(jìn)行糾正,如不合理的歸并、有過大的富余、不經(jīng)濟(jì)的配筋方式和砼厚度取值等。 全過程、分階段檢查各個環(huán)節(jié)的設(shè)計情況,看是否符合《結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)措施》的要求,包括結(jié)構(gòu)建模、樁基、地下結(jié)構(gòu)、地上結(jié)構(gòu);同時分構(gòu)件驗算設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性。 結(jié)果優(yōu)化有點(diǎn)被動,優(yōu)化效果差。通過對原設(shè)計圖紙進(jìn)行事后復(fù)核,并提出優(yōu)化意見,說服設(shè)計單位對原設(shè)計圖紙進(jìn)行修改的優(yōu)化方式。
       五、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化難題
       設(shè)計師比較愛面子,有抵觸情緒,只要不是特別重大的原則性錯誤,一般不愿改。改就等于承認(rèn)自己錯了。如果優(yōu)化團(tuán)隊提的建議,原設(shè)計不改。怎么辦?
        如果優(yōu)化團(tuán)隊的提出建議,原設(shè)計師認(rèn)為并不合理,怎么辦?
        如果優(yōu)化團(tuán)隊提出含量鋼量高了,而設(shè)計師認(rèn)為安全性不夠,所以,不予采納。如果采納,設(shè)計師將不對結(jié)構(gòu)安全負(fù)責(zé)。怎么辦?
        通常情況下,結(jié)構(gòu)優(yōu)化的建議,設(shè)計中一些顯而易見的錯誤,設(shè)計師會主動修正,溝通成本并不高。但對于一些模棱兩可本身有分歧可以有不同解釋等問題設(shè)計未必愿意采納結(jié)構(gòu)優(yōu)化建議,即使是內(nèi)心認(rèn)為有一定道理的也出于自尊而拒絕。
        結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化意見可以先給業(yè)主看,業(yè)主會有個判斷,認(rèn)為優(yōu)化建議沒問題后,再與設(shè)計溝通商量,進(jìn)行調(diào)整和修改。要取得設(shè)計師的配合,業(yè)主會做些協(xié)調(diào)工作。
       不管哪方面的修改都要提交優(yōu)化的依據(jù)和過程。
        修改最終要通過設(shè)計院的同意,通過審圖,這樣才會生效,優(yōu)化才能落實(shí)。不過,只要十條建議被告采納3條也是成效顯著。
        如果設(shè)計師水平很高,非常到位,沒有什么需要優(yōu)化的,怎么辦?
        優(yōu)化團(tuán)隊一般會對項目進(jìn)行一個評估,再做優(yōu)化,不做無用功。設(shè)計得越濫,優(yōu)化空間越大。不過,現(xiàn)在的設(shè)計確實(shí)是參差不齊魚龍混雜,設(shè)計優(yōu)化的市場需求潛力巨大。
       五、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化收費(fèi)
       大家比較關(guān)心優(yōu)化的效果與優(yōu)化服務(wù)收費(fèi),結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果視工程設(shè)計情況而定,根據(jù)已完工的結(jié)構(gòu)設(shè)計項目,對于中型項目(面積約10萬平方左右),可節(jié)省約成本500萬至2000萬不等,約每平方50元~200元,還是相當(dāng)可觀的。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化公司收費(fèi)一般是按優(yōu)化效果的20%收取服務(wù)費(fèi)。對于項目建設(shè)方來說,發(fā)生這塊業(yè)務(wù)不僅不會造成成本的增加反而可以節(jié)省許多成本,你的錢花得物有所值。
如果沒有設(shè)計優(yōu)化環(huán)節(jié),因設(shè)計原因?qū)е鲁杀驹黾訁s不被人覺察,一旦得知,為時已晚。
       六、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的案例
       1.工程概況:上海某住宅項目建筑面積約為7萬平方米,框架結(jié)構(gòu),層數(shù)3層。
       2.結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的問題:除一層(地下室頂)是嵌固部位,樓板厚度180 mm。其他板厚均設(shè)計為150mm。
       3.原因分析:其設(shè)計依據(jù)可能是根據(jù)上海市《關(guān)于進(jìn)一步強(qiáng)化綠色建筑發(fā)展推進(jìn)力度提升建筑性能的若干規(guī)定》的通知[滬建管聯(lián)(2015) 417號]文件(2015.6.16日發(fā)布)第三條第2條:“ 新建民用建筑的樓板厚度應(yīng)不小于150mm,并采取相應(yīng)技術(shù)措施滿足隔聲要求;”
       4.優(yōu)化建議與溝通:根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)第 9.1.2第2條規(guī)定:民用建筑樓板最小厚度單向板為60㎜,雙向板為80㎜。
廚房衛(wèi)生間等小面積小跨度板根本不需要板厚150mm,100mm就夠。樓厚增加,建筑荷載隨之加大,結(jié)構(gòu)的抗震性能和抗側(cè)力等均受影響,為了滿足結(jié)構(gòu)的承載力和抗震要求,含鋼量和造價均大幅度提高,初步估算增加成本約10%左右,這與綠色建筑理念相左。
從結(jié)構(gòu)優(yōu)化角度,板厚能低則低,對降低造價意義重大。
         要求民用建筑樓板厚度不小于150 mm嚴(yán)重缺乏科學(xué)依據(jù)。板厚增加未必能隔音,隔音是需要采取其它措施。如果是做隔音空心板,150 mm又是不夠的。
        關(guān)于板厚設(shè)計,我們提出設(shè)計優(yōu)化建議及優(yōu)化依據(jù)。
        結(jié)構(gòu)設(shè)計不必拘泥于不合理的地方性規(guī)定,一是了解制訂地方規(guī)定的背景及條款所適用的條件,二是要適當(dāng)變通,三是要明白,不是所有的規(guī)定都是正確的,四不是所有的規(guī)定都非執(zhí)行不可的。
       
5.優(yōu)化效果:板混凝土節(jié)約35%,鋼筋節(jié)約15%,造價節(jié)約10%左右。