林炳圣

（上海朗詩(shī)規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)有限公司，中國(guó) 上海200092）

0 引言

房地產(chǎn)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)入下半場(chǎng)，供需關(guān)系逐步變化，地產(chǎn)行業(yè)利潤(rùn)穩(wěn)步下降是未來(lái)的大趨勢(shì)。 擁有強(qiáng)大執(zhí)行力和成本控制力，能夠適應(yīng)國(guó)家政策導(dǎo)向以及客戶需求的地產(chǎn)公司才能在地產(chǎn)冬天里存活下來(lái)，成為優(yōu)異的公司，基業(yè)長(zhǎng)青。

環(huán)境變化迫使地產(chǎn)公司開(kāi)始苦練內(nèi)功，并且將成本控制的壓力和客戶導(dǎo)向的思維傳導(dǎo)到設(shè)計(jì)院。 作為一名結(jié)構(gòu)工程師，要適應(yīng)未來(lái)行業(yè)發(fā)展，必須具備結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)能力。 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不能局限于用鋼量和混凝土量等純粹的成本控制，還要具備客戶思維，與甲方，方案、建筑、室內(nèi)、設(shè)備等專(zhuān)業(yè)以及施工單位充分溝通交流，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)利益最大化。

1 結(jié)構(gòu)成本控制

地產(chǎn)公司在成本控制上對(duì)于設(shè)計(jì)院的要求，最重視和直觀的就是用鋼量和混凝土量。 通常做法是設(shè)定合理的用鋼量和混凝土量指標(biāo)，對(duì)設(shè)計(jì)院進(jìn)行初步的要求，同時(shí)聘請(qǐng)第三方優(yōu)化公司進(jìn)行進(jìn)一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化，再配合上甲方設(shè)計(jì)管理部門(mén)人員的審核，以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程造價(jià)的控制。

如果結(jié)構(gòu)工程師不具備結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的能力， 將被優(yōu)化公司、甲方以及審圖公司夾在中間，陷入反復(fù)改圖、拖延工期的死循環(huán)。

本文將結(jié)合筆者親身參與的無(wú)錫某項(xiàng)目高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，談結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的理念。

該子項(xiàng)位于6 度區(qū)，29 層，樓高89 米，三級(jí)抗震，Ⅲ類(lèi)場(chǎng)地，剪力墻結(jié)構(gòu)。 甲方對(duì)于用鋼量的指標(biāo)要求是地上部分48kg/m2，混凝土用量是地上部分0.41m3/m2。

1.1 PKPM 模型優(yōu)化

模型的優(yōu)化主要包含三個(gè)方面：剪力墻布置（根據(jù)參數(shù)及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整），荷載確定和計(jì)算參數(shù)設(shè)置。

1.1.1 力墻布置

剪力墻通常厚度取200mm， 為避免出現(xiàn)短肢剪力墻而使構(gòu)造配筋率上升，一般墻長(zhǎng)取1650mm 及以上。剪力墻的布置應(yīng)該均勻、對(duì)稱(chēng)和分散。 一般可以適當(dāng)增加外周圈的剛度以及降低內(nèi)部核心筒的剛度，必要時(shí)可以調(diào)整外周圈的梁高，以實(shí)現(xiàn)剪力墻的初步布置。剪力墻布置完成后要進(jìn)行模型的試算，并根據(jù)結(jié)構(gòu)周期、最大層間位移角、偏心率、超配筋信息以及軸壓比等信息調(diào)整模型，以實(shí)現(xiàn)剪力墻合理化布置。

這里重點(diǎn)介紹一個(gè)剪力墻布置優(yōu)化思路：選擇性適當(dāng)提高室內(nèi)磚墻處的梁高，提高y 方向的整體剛度，適當(dāng)減短剪力墻，并提高低樓層處的混凝土強(qiáng)度等級(jí)，以達(dá)到降低用鋼量的目的。

圖1 優(yōu)化前結(jié)構(gòu)布置

圖2 優(yōu)化后結(jié)構(gòu)布置

圖1 所示為常規(guī)設(shè)計(jì)方案。

圖2 所示，將圖中云線圈出的下部三根梁高度由200×400 調(diào)整為200×600（梁上有砌體墻），將云線圈出的上部?jī)筛河?00×400 調(diào)整為200×450（梁底到入戶門(mén)頂），并不影響建筑功能，卻可以將圖中所示的剪力墻進(jìn)行較為大量的縮減。 經(jīng)統(tǒng)計(jì)，縮減剪力墻長(zhǎng)度13.65m。表1 為兩種方案的指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比。

表1 兩種方案指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

從表1 可以看出，調(diào)整后結(jié)構(gòu)指標(biāo)變化不明顯，雖然剪力墻大量減少，但是，剛度卻有些增加。

根據(jù)江蘇省2013 年11 月的混凝土報(bào)價(jià)可以看出，C40 的混凝土價(jià)格為352 元/m3，C50 的混凝土價(jià)格為370 元/m3，下部七層剪力墻部分的混凝土造價(jià)僅提高不到5%， 但是總體用鋼量能夠減少1.62kg/m2，經(jīng)濟(jì)效益明顯。[1-2]

1.1.2 荷載確定

荷載確定直接關(guān)系到梁和板的配筋，對(duì)于剪力墻的軸壓比，墻長(zhǎng)也有影響，需要認(rèn)真對(duì)待。

首先，結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人需要和甲方溝通，確定砌體材料。分別考慮內(nèi)墻墻體材料，外墻、廚衛(wèi)間是否使用頁(yè)巖磚，頁(yè)巖磚是否為多孔頁(yè)巖磚。在此基礎(chǔ)上，專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人可以完成一份較為準(zhǔn)確的《結(jié)構(gòu)荷載統(tǒng)一措施》。 其次，各子項(xiàng)設(shè)計(jì)人員要考慮實(shí)際情況，在窗戶和門(mén)洞等部位荷載需要準(zhǔn)確計(jì)算并輸入，不能盲目放大。

1.1.3 計(jì)算參數(shù)設(shè)置

計(jì)算參數(shù)也要根據(jù)項(xiàng)目的具體情況進(jìn)行設(shè)定，這里提幾個(gè)重要較為重要的參數(shù)。柱墻設(shè)計(jì)時(shí)，活荷載要考慮折減；傳給基礎(chǔ)的活荷載要考慮折減；由于考慮活荷載不利布置，實(shí)配鋼筋超配系數(shù)為1；墻豎向分布筋配筋率要根據(jù)實(shí)際情況填寫(xiě)；用于舒適度驗(yàn)算的風(fēng)壓可以不考慮等。

1.2 基礎(chǔ)優(yōu)化

高層一般選用樁筏基礎(chǔ)。在方案階段，應(yīng)該根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，選擇合適的樁型、樁徑以及樁長(zhǎng)，要求現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試樁。一般管樁的造價(jià)要低于灌注樁，選出來(lái)的樁應(yīng)該能夠控制合理的樁間距，并且宜盡量實(shí)現(xiàn)墻下布樁。計(jì)算樁基礎(chǔ)時(shí)候，要考慮活荷載折減，并且要適當(dāng)考慮水浮力。

計(jì)算筏板基礎(chǔ)時(shí)候，要設(shè)定合適的筏板厚度。 在基本實(shí)現(xiàn)墻下布樁情況下，29 層可以選擇1200mm 筏板厚度，18 層可以選擇700mm筏板厚度。 筏板配筋滿足0.15%即可，可以選擇較低的通長(zhǎng)鋼筋，并且進(jìn)行局部的附加。 例如本子項(xiàng)，筆者選擇的筏板厚度就是1200mm，通長(zhǎng)鋼筋選擇的是（HRB400）20@170。[3]

1.3 剪力墻優(yōu)化

四級(jí)抗震時(shí)，房屋頂層剪力墻、長(zhǎng)矩形平面房屋的樓梯間和電梯間剪力墻、端開(kāi)間縱向剪力墻以及端山墻的水平和豎向分布鋼筋的配筋率均不應(yīng)小于0.25%，間距均不應(yīng)大于200mm。 除此之外的剪力墻墻身的配筋率只要滿足0.20%，因此，水平向鋼筋可以選擇（HRB400）8@250，縱向鋼筋可以選擇（HRB400）10@300。相應(yīng)位置的構(gòu)造邊緣構(gòu)件的箍筋可以選擇（HRB400）8@250 或者（HRB400）6@250。

三級(jí)抗震時(shí)，底部加強(qiáng)區(qū)的剪力墻設(shè)計(jì)，要仔細(xì)考慮軸壓比，確認(rèn)是否需要設(shè)置約束邊緣構(gòu)件；需要設(shè)置約束邊緣構(gòu)件時(shí)，要根據(jù)軸壓比確認(rèn)配箍特征值以及約束邊緣構(gòu)件沿墻肢長(zhǎng)度。合理選取箍筋大小及間距。

地下室外墻室外部分支座負(fù)筋可以采用附加筋，避免大直徑小間距鋼筋通長(zhǎng)，外墻水平鋼筋要考慮計(jì)算要求以及裂縫控制，一般最小配筋率為0.30%。[4－5]

1.4 梁優(yōu)化

梁配筋時(shí)，應(yīng)選擇合理的歸并層數(shù)，一般3～5 層為宜。

上部通長(zhǎng)鋼筋應(yīng)該盡量選擇小直徑的，三級(jí)和四級(jí)抗震時(shí)，普通梁可以選擇2（HRB400）12，框架梁可以選擇2（HRB400）14。

梁需要添加腰筋時(shí)候，只需要滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（2010版）的9.2.13 和《高層建筑混凝土 結(jié)構(gòu)技術(shù) 規(guī)程》（2010 版）的7.2.27就可以，不需要放大。

1.5 板優(yōu)化

板鋼筋占整棟樓層的鋼筋量較大，需要認(rèn)真對(duì)待。 在不需要加強(qiáng)的位置，上部負(fù)筋可以選擇分離式配筋。最小配筋率應(yīng)該按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（2010 版）的8.5.1 認(rèn)真執(zhí)行，不應(yīng)隨意放大。

1.6 小結(jié)

按照以上方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用鋼量和混凝土量可以得到合理的控制。 但是，作為一名優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)工程師，不能僅僅埋頭控制成本，而應(yīng)該懷著客戶意識(shí)，考慮用戶感知度，積極與甲方、審圖以及各個(gè)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行溝通，使設(shè)計(jì)成果更加符合實(shí)際，令用戶滿意。

2 積極溝通

在設(shè)計(jì)開(kāi)始前和設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該積極的與各方進(jìn)行溝通，獲取關(guān)鍵的信息，不但能夠優(yōu)化設(shè)計(jì)成果，也能減少不必要的返工，提高設(shè)計(jì)效率。 溝通對(duì)象包括且不局限于：甲方、方案、建筑、室內(nèi)、設(shè)備和審圖等對(duì)象。

2.1 甲方和方案

在接到任務(wù)之后，就應(yīng)該在方案設(shè)計(jì)階段，積極介入，確保方案不會(huì)過(guò)分追求立面效果，選擇過(guò)于不規(guī)則的平面布置，導(dǎo)致用鋼量大幅上升；確保不會(huì)出現(xiàn)細(xì)腰形結(jié)構(gòu)，局部突出的尺寸也不宜過(guò)大；結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜下大上小，逐步變化。

除此之外，還要與甲方明確內(nèi)墻和外墻的砌體材料，保證荷載輸入準(zhǔn)確。

要與甲方溝通當(dāng)?shù)氐囊恍┝?xí)慣做法以及材料供應(yīng)狀況，比如：《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（2010 版）實(shí)施后，規(guī)范要求一級(jí)鋼HPB300 抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy 達(dá)到270N/mm2，而與甲方溝通后發(fā)現(xiàn)，HPB300 的價(jià)格要高于HRB400，在設(shè)計(jì)中，梁箍筋可以直接使用HRB400，不僅降低用鋼量，還能節(jié)省總造價(jià)。

與甲方和方案保持積極有效的溝通，能夠讓設(shè)計(jì)成果符合客戶的預(yù)期，減少返工量。

2.2 建筑和設(shè)備專(zhuān)業(yè)

要與建筑和設(shè)備專(zhuān)業(yè)保持緊密的聯(lián)系，前期可以與建筑專(zhuān)業(yè)確定剪力墻的布置方案； 也可以與建筑專(zhuān)業(yè)提前確定外周圈的梁底標(biāo)高，外周圈較高的梁高可以有效提高結(jié)構(gòu)整體剛度，取消下掛節(jié)點(diǎn)，對(duì)于優(yōu)化結(jié)構(gòu)、降低用鋼量、減少后期工作量起到良好的作用。

要盡量滿足設(shè)備專(zhuān)業(yè)的要求，特別是客戶感知度較高的要求。 比如，暖通專(zhuān)業(yè)要求在屋面增設(shè)新風(fēng)機(jī)組，機(jī)組要求布置在餐廳和客廳上方。雖然，這么做一般會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加一些難度，但若將機(jī)組設(shè)置在臥室上方，將給用戶帶來(lái)困擾，所以，必須堅(jiān)決執(zhí)行暖通專(zhuān)業(yè)要求。

2.3 室內(nèi)專(zhuān)業(yè)

室內(nèi)專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)成果直接與用戶關(guān)聯(lián)，他們的意見(jiàn)要重視。 在結(jié)構(gòu)完成初步的結(jié)構(gòu)布置時(shí)，需要及時(shí)提交給室內(nèi)專(zhuān)業(yè)，室內(nèi)專(zhuān)業(yè)需要關(guān)注剪力墻和梁的布置以及梁高等關(guān)鍵點(diǎn)。在此階段需要和室內(nèi)專(zhuān)業(yè)充分討論，并作出必要的讓步，雖然會(huì)增加一些結(jié)構(gòu)成本，但能夠提高用戶滿意度，總體是更優(yōu)的。 提前與室內(nèi)專(zhuān)業(yè)溝通，也能減少后期返工，提高工作效率。

2.4 審圖單位

一些地區(qū)性規(guī)范要求高于國(guó)家規(guī)范，但不同的審圖部門(mén)執(zhí)行尺度不同，及時(shí)的溝通能夠減少不必要的浪費(fèi)，并提高工作效率。 例如，江蘇省地方性規(guī)范規(guī)定，在剪力墻結(jié)構(gòu)中，長(zhǎng)肢剪力墻的短肢部分縱向配筋率應(yīng)滿足短肢剪力墻縱向配筋率減0.2。在實(shí)際工作中，一些審圖單位并未強(qiáng)制執(zhí)行此條要求，提前溝通不但可以降低成本，也能減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的計(jì)算量。 此外，設(shè)計(jì)過(guò)程中一些非常規(guī)的做法也要及時(shí)與審圖單位進(jìn)行溝通。

3 結(jié)論與展望

根據(jù)以上的方式設(shè)計(jì)出的成果， 該子項(xiàng)地上部分的用鋼量42kg/m2，混凝土用量是地上部分0.40m3/m2，滿足甲方的內(nèi)控要求。 此外，甲方還聘請(qǐng)了深圳某著名優(yōu)化公司，作為第三方，對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行優(yōu)化。該優(yōu)化公司僅提出兩條優(yōu)化意見(jiàn)，對(duì)于設(shè)計(jì)成果改動(dòng)很小。 后期審圖也較為順利。

由此可以看出，結(jié)構(gòu)工程師必須具備成本意識(shí)和用戶意識(shí)，同時(shí)積極的與各個(gè)部門(mén)、專(zhuān)業(yè)進(jìn)行及時(shí)、有效的溝通，才能夠設(shè)計(jì)出讓甲方和用戶滿意的產(chǎn)品。

展望未來(lái)，結(jié)構(gòu)工程師可以學(xué)習(xí)一個(gè)算量軟件，用于結(jié)構(gòu)方案的比選和指導(dǎo)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高成本控制能力。

此外，盈建科和2.0 版本PKPM 計(jì)算更加合理，也消除了一些計(jì)算結(jié)果突變等，能夠提高結(jié)構(gòu)工程師的成本控制能力，優(yōu)化設(shè)計(jì)成果。

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