結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟性

任 遷

(大同市二院建筑設(shè)計研究有限責任公司，山西大同 037008)

我國現(xiàn)代社會經(jīng)濟迅速發(fā)展，建設(shè)速度越來越快，而且市場化的氣氛越來越濃，結(jié)構(gòu)設(shè)計的競爭越來越激烈。一些開發(fā)商為了追求利益最大化，開始對結(jié)構(gòu)成本進行嚴格的控制，實行限額設(shè)計，主要表現(xiàn)為限制混凝土單位面積的用量和限制鋼筋平方米含量，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計人員只能無奈地適應(yīng)市場，否則我們將被市場淘汰。面對目前形勢，我們不能簡單減小結(jié)構(gòu)斷面，降低構(gòu)件配筋率，這是最愚蠢的做法，而且很難達到建設(shè)單位對我們的要求，甚至影響結(jié)構(gòu)安全，其結(jié)果是得不償失，因為不安全的結(jié)構(gòu)是成本最高的建筑，因為它不僅是在經(jīng)濟方面，還有社會影響力方面，都會造成不和諧的氣氛。正確處理好結(jié)構(gòu)安全與結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性的關(guān)系，這是留給每一個結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在新的歷史時期的任務(wù)，結(jié)構(gòu)安全是第一位的，在結(jié)構(gòu)安全的情況下談經(jīng)濟才是有意義的。不能用結(jié)構(gòu)安全去換取經(jīng)濟性能，去迎合建設(shè)單位，迎合市場。我們結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)從以下方面采取應(yīng)對措施:

1)我們應(yīng)該認真學(xué)習(xí)規(guī)范，理解規(guī)范，確切地把握規(guī)范。

合理地應(yīng)用到實際中去，結(jié)構(gòu)工程師的工作不僅僅是“規(guī)范+計算”，更不是“規(guī)范+一體化的計算機結(jié)構(gòu)設(shè)計程序”，而是憑借作為一個結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)具有結(jié)構(gòu)的方案的概念，結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗，結(jié)構(gòu)悟性，同時還要有敏銳的判斷力、開發(fā)創(chuàng)造力。善于運用我們的結(jié)構(gòu)知識開發(fā)創(chuàng)新，這是對我們的業(yè)主和社會最大的貢獻。所以我們要不斷學(xué)習(xí)，做到科學(xué)先進，經(jīng)濟合理，與時俱進，適應(yīng)時代發(fā)展的需要。

2)結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)參與前期方案設(shè)計，結(jié)構(gòu)方案選型時要注意經(jīng)濟適用性。

磚混結(jié)構(gòu)的房屋要比框架或剪力墻結(jié)構(gòu)低200元～400元左右。但要向建設(shè)方講清剪力墻結(jié)構(gòu)抗震能力強，延性好，適合建造較高檔一點的房屋。

a.如山西某縣要蓋一幢3層建筑，該建筑下部2層商店，上部1層辦公，建設(shè)方及建筑方案設(shè)計人員建議結(jié)構(gòu)采取底部框架結(jié)構(gòu)上部磚混結(jié)構(gòu)，其實我們仔細分析一下，該房屋上部只有1層磚混結(jié)構(gòu)，根據(jù)GB 50011-2010-7.1.5建筑抗震設(shè)計規(guī)范底部框架結(jié)構(gòu)與底部抗震墻最大間距8度時不超過11 m，7度不超過15 m。這個限制條件使底層商店不具備設(shè)大商場的能力，而且上部磚混結(jié)構(gòu)按過渡層設(shè)計，構(gòu)造柱的斷面、數(shù)量、配筋均有所提高。這樣的結(jié)構(gòu)比純框架結(jié)構(gòu)來說造價并沒有降低，但使用功能有所限制，這就是結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的經(jīng)濟概念。b.隨著經(jīng)濟的發(fā)展，社會的進步及汽車工業(yè)的發(fā)展，我國公民家家擁有小汽車已成為現(xiàn)實。地下停車庫及停車位的設(shè)計越來越多，傳統(tǒng)的地下車庫頂板設(shè)計采用梁板結(jié)構(gòu)，梁高1.0 m左右，頂板覆土2.2 m，地下車庫層高4.5 m左右，地下車庫地面－7.0，主樓地下為了與地庫做平，主樓設(shè)計地下2層，但主樓地下2層的銷售比較困難，無形的投資收不回成本。如果改為無梁樓蓋，板厚400，覆土改為1.0 m，柱帽采用有托板的柱帽，地下室層高改為－3.8 m，地下車庫地面為－4.2，主樓地下設(shè)計1層，銷售不成問題，皆大歡喜?；A(chǔ)形式:梁板式基礎(chǔ)，獨立基礎(chǔ)加防水板，兩種方案比較如表1所示。通過表1我們便知，采用無梁樓蓋平托板柱帽，基礎(chǔ)采用獨基加防水板是最經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)方案。c.結(jié)構(gòu)平面布局應(yīng)規(guī)則、對稱，盡量減少扭轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟指標良好。比如一個正方形的平面，兩個主軸方向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置均勻，結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性好。長方形的平面，橫向結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度較小，而縱向的側(cè)向剛度較大，兩主軸方向側(cè)向剛度差別大，動力特性相差大，結(jié)構(gòu)設(shè)計時需在橫向布置剪力墻增加橫向剛度，平面的長寬比越大，經(jīng)濟性越差。d.高層建筑高寬比規(guī)定，是對結(jié)構(gòu)整體剛度、抗傾覆能力、整體穩(wěn)定、承載能力以及經(jīng)濟合理性的宏觀控制指標，是過去經(jīng)驗的總結(jié)。高寬比雖然不作為高層超限的一個指標，但我們應(yīng)注意它的超限代表經(jīng)濟性能不好，特別是高寬比剛剛超過一二層的高層建筑，是不合算的。

表1 結(jié)構(gòu)方案比較表

3)選用性價比更高的結(jié)構(gòu)材料。

混凝土應(yīng)選用高強度的混凝土，主要原因是水泥強度等級提高以后，低強度等級的混凝土配制比較困難，質(zhì)量難以保證，成本也相對較高，不經(jīng)濟。但強度等級高的混凝土設(shè)計強度高，可以減少混凝土用量，價格也相對較高，故真正決定混凝土用量(經(jīng)濟性)的是其強度價格比，隨著混凝土強度等級的提高，強度價格比迅速增加，具有較好的經(jīng)濟效益。鋼筋:衡量鋼筋經(jīng)濟性的指標是強度價格比(MPa/(kg·元))即每元錢可購得的單位鋼筋的強度，強度價格比高的鋼筋比較經(jīng)濟，不僅可以減少配筋率，方便施工，還減少了加工、運輸、施工等一系列附加費用。目前我們市場上HRB400級鋼強度價格比最高，經(jīng)濟效益最好。

4)優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案，使結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性能較好。

比如高層剪力墻結(jié)構(gòu)，如果剪力墻布置太多，結(jié)構(gòu)剛度大，地震力加大，經(jīng)濟性能差，投資不合理;剪力墻布置太少，墻體配筋大，施工困難。這就是一個優(yōu)秀結(jié)構(gòu)設(shè)計師所能做的優(yōu)化設(shè)計，合理布置剪力墻的數(shù)量，使建筑周期比、位移比等各項參數(shù)良好，地震力較小，結(jié)構(gòu)較經(jīng)濟。

5)樹立正確的設(shè)計理念，鋼筋不是越大越好，我們結(jié)構(gòu)界有句俗話:“算不夠加鋼筋”，但我們要知道:“好鋼要用在刀刃上”。比如框架結(jié)構(gòu)框架梁的配筋，如果超配太多，容易改變“強柱弱梁”受力機理，造成柱端出鉸，結(jié)構(gòu)延性大減。

6)建設(shè)單位提出的結(jié)構(gòu)主材用量指標是根據(jù)經(jīng)驗確定的數(shù)值，實際上好多工程不具有可比性，比如基礎(chǔ)工程，由于地質(zhì)條件不同，地下水位不同，是否設(shè)置人防、是否考慮消防車荷載、地基是否需要進行處理等。當基礎(chǔ)坐落在天然地基(如粗砂層)相對而言費用較低。當需采用樁基礎(chǔ)或進行嚴格的地基處理時，結(jié)構(gòu)費用較高。

而實際上只有標準層才具有可比性，結(jié)構(gòu)標準層量大面廣，理應(yīng)成為控制結(jié)構(gòu)經(jīng)濟指標的重點，控制結(jié)構(gòu)主材用量的主要精力應(yīng)放在標準層上。

7)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件如建筑的翻板、掛板等主材用量不是結(jié)構(gòu)所需，是為建筑造型而增加的材量，建筑造型越復(fù)雜，用量越大。但這部分用量不應(yīng)算在結(jié)構(gòu)用量上。

綜上所述，一個優(yōu)秀結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該適應(yīng)時代的發(fā)展，適應(yīng)市場的需求，與時俱進，優(yōu)化設(shè)計，科學(xué)合理配筋。不能隨意減少配筋，不能隨意降低結(jié)構(gòu)安全度。在保證結(jié)構(gòu)安全的情況下，做到經(jīng)濟合理，技術(shù)先進。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］呂西林.高層建筑結(jié)構(gòu)［M］.武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2008.

［3］張維斌.多層及高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計釋疑及工程實例［M］.第2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011.

［4］GB 50003-2011，高層結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.

［5］朱炳寅.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問答及分析［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［6］姜學(xué)詩.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計問答實錄［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2009.