混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟性

【摘要】經(jīng)濟性設(shè)計遠在公元前1世紀就為設(shè)計師所意識。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)計原則，即一切建筑都應(yīng)當恰如其分地考慮到堅固耐用、美麗悅目。他對建筑設(shè)計美的研究，始終結(jié)合著建筑物的性質(zhì)、位置、環(huán)境、大小、實用、經(jīng)濟等因素進行，這里的原則精神一般地運用到其它藝術(shù)設(shè)計中，其中所說的“實用經(jīng)濟”等因素顯然就是經(jīng)濟性。隨著當今市場經(jīng)濟的發(fā)展，為了獲取最大的利潤空間，經(jīng)濟性已成為對設(shè)計產(chǎn)品評估的非常重要的一個標準。合理的成本控制理念，設(shè)計者應(yīng)貫穿與整個結(jié)構(gòu)設(shè)計當中。

【關(guān)鍵詞】混凝土結(jié)構(gòu)；設(shè)計；經(jīng)濟性

現(xiàn)有的設(shè)計大環(huán)境，建設(shè)單位對設(shè)計的經(jīng)濟性，主要指標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，一般根據(jù)同類工程的經(jīng)驗數(shù)值確定的。然而實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，非標準層部分，由于使用功能等的不同，結(jié)構(gòu)用材可比性不強，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，標準層一般變化不大，是具有較強可比性的。

對于非標準層位置，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，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。所以非標準層部分，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟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，可采用天然基礎(chǔ)，相對而言地基基礎(chǔ)費用較低，而當?shù)刭|(zhì)條件很差時，如軟土地基或者嚴重不均勻地基，當采用樁基礎(chǔ)或進行嚴格的地基處理，此情況費用較高。所以地下部分結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性也是不具有可比性的。

對于標準層部分，在整個建筑中，其量大面廣，為建筑的主體結(jié)構(gòu)部分，所以控制住標準層的鋼筋混凝土用量，也基本也就控制住了整個工程的結(jié)構(gòu)用料造價。同時標準層一般變化不大，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)放在對標準層的控制上。

如何控制標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)，框架一剪力墻結(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，當高度不同時，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，其抗震等級就為二級，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，當高度超過60米時，其抗震等級才為二級，高度不大于60米時，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，其抗震等級才為二級，不超過80米時，其抗震等級為三級。所以僅從抗震等級角度出發(fā)，當高度不超過24米時，結(jié)構(gòu)形式宜為框架結(jié)構(gòu)，當高度超過24米而不超過60米時，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)，當高度超過60米而不超過80米時，結(jié)構(gòu)形式宜選擇剪力墻結(jié)構(gòu)，高度超過80米時，結(jié)構(gòu)形式宜選擇剪力墻結(jié)構(gòu)或簡體結(jié)構(gòu)。

實際應(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)化比較計算，選擇合理的結(jié)構(gòu)體系，滿足經(jīng)濟性的要求。

平面布置：平面布局應(yīng)以方形為好，兩個主軸方向的結(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，雖然不是強制規(guī)定，但多年經(jīng)驗表明，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，且各項計算參數(shù)均很容易滿足規(guī)范要求。

正方形平面，兩個主軸方向抗側(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，兩個主要受力方向動力特性差異較大，需布置較多的橫向剪力墻加以彌補，造成其經(jīng)濟性差很多。

材料強度：隨著鋼材市場的發(fā)展，高強度鋼材已經(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)濟性時，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。高強度鋼筋不但可節(jié)省鋼筋面積，同時受力構(gòu)件的最小配筋率，也比低強度鋼筋低。對于梁的箍筋，當為住宅時，樓面荷載不大的情況下，鋼筋計算面積較小，可選用HPB300級鋼筋，基本可滿足設(shè)計要求，同時節(jié)省鋼筋造價。在軸壓比不滿足情況下，有條件時，宜選用高強混凝土，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，整個結(jié)構(gòu)材料用量均增加，增大工程的造價。

結(jié)語：

除以上方面外，設(shè)計中對參數(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。

在設(shè)計中，我們應(yīng)該綜合考慮整個工程，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)進行合理的優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計出最優(yōu)秀，最經(jīng)濟的作品，滿足建設(shè)單位的各項要求，只有這樣，我們才能在市場競爭中，蓬勃發(fā)展，蒸蒸日上。