靳金堂

上海析越建筑設(shè)計咨詢有限公司 上海 201812

正文：

1 引言

房地產(chǎn)開發(fā)項目中，設(shè)計在整個建設(shè)項目中成本占比很小，約1%～3%，但卻影響著整個項目總投資70%～90%的成本。在設(shè)計階段對項目進行優(yōu)化控制，在不降低建筑功能和品質(zhì)、不降低結(jié)構(gòu)安全性的前提下，一般建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以降低20%～30%的工程造價，對項目的成本控制有重要意義。

2 嵌固端的選取和地下結(jié)構(gòu)抗震等級優(yōu)化

上部結(jié)構(gòu)計算嵌固端位置的選取，對經(jīng)濟指標的控制有重要影響，且關(guān)系到地下室抗震等級的確定，由規(guī)范[1]，當選取地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端時，地下一層以下相關(guān)范圍的抗震構(gòu)造措施的抗震等級可逐層降低一級，但不低于四級。一般地，對于帶多層地下室的高層，嵌固部位取在地下室頂板是較為經(jīng)濟的選擇；對于帶一層地下室的高層，嵌固位置宜優(yōu)先選取在基礎(chǔ)頂，即地下室底板。

筆者在審查西安8度抗震設(shè)防區(qū)某住宅項目時發(fā)現(xiàn)，此項目中10棟住宅項目地上34層，地下2層，負一層、負二層均為機動車庫，結(jié)構(gòu)計算嵌固端取為地下室底板，但250mm厚（局部300mm厚）的地下室頂板，雙層雙向通長筋仍按0.25%的配筋率配置。地上主樓抗震等級一級，地下室頂板和負一層“相關(guān)范圍”抗震等級隨主樓，受相關(guān)范圍為主樓外延三跨或20m的影響，整個小區(qū)的相關(guān)范圍幾乎占據(jù)了整個地下室，相關(guān)范圍內(nèi)抗震等級隨主樓，抗震構(gòu)造等級均為一級。地下車庫為長短跨柱網(wǎng)（8.0m×（5.8m+6.6m+5.8m）），原設(shè)計負一層X向和Y向梁截面均為400x550，地下室頂板梁長度8m跨方向梁截面500x700，長短跨方向梁截面500x600，造成地下室頂板和負一層梁箍筋按一級抗震構(gòu)造等級要求設(shè)置，四肢箍筋且直徑不小于 10，最小配置10@100/200（4），比計算值較為富余，尤其地下一層梁箍筋配置富余較多，造成工程成本的巨大浪費。究其原因，一是計算嵌固端的選取不合理，二是梁截面或負二層樓蓋形式選取不經(jīng)濟。

最終，筆者的優(yōu)化意見為：①改選地下室頂板為上部結(jié)構(gòu)計算嵌固端，這樣，地下二層的抗震構(gòu)造等級可降低為二級，且地下二層剪力墻邊緣構(gòu)件可不設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。②優(yōu)化地下室頂板梁截面：8.0m跨梁截面500×700建議優(yōu)化400×700；長短跨方向梁截面500×600建議優(yōu)化300×700，四肢箍優(yōu)化成兩肢箍；③地下一層由于荷載較小，建議采用無梁樓蓋形式，且負二層層高可壓縮200mm。最終，結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化取得了可觀的經(jīng)濟效益。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)布置優(yōu)化

剪力墻結(jié)構(gòu)在住宅項目中應(yīng)用廣泛，剪力墻混凝土和鋼筋用量在項目總成本中占比較大，合理布置剪力墻及確定墻肢長度是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的重點。

剪力墻的平面布置應(yīng)遵循“均勻、對稱、周邊、分散”的原則，豎向應(yīng)上下剛度連續(xù)、均勻，在保證側(cè)向剛度和承載力基礎(chǔ)上，應(yīng)采取措施優(yōu)化剪力墻數(shù)量和厚度。一般可從如下方面優(yōu)化控制：

（1）控制位移比。規(guī)范[2]規(guī)定鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)彈性層間位移角限值為1/1000，工程中Y向?qū)娱g位移可優(yōu)化控制在1/1000～1/1200?？拐鸪休d力計算時，框架-剪力墻、剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁剛度可予以折減，但計算位移及位移比時，連梁剛度可不折減。

（2）控制剪力墻墻率。住宅建筑中，剪力墻布置應(yīng)經(jīng)濟、合理，墻率宜滿足：

26～33層：7度小于6%～6.5%、6度小于5.5%～6%；

18～25層：7度小于5.5%～6%、6度小于5%～5.5%；

12～17層：7度小5%～5.5%、6度小于4.5%～5%。

（3）變截面設(shè)計優(yōu)化。剪力墻應(yīng)進行結(jié)構(gòu)截面的合理優(yōu)化，在滿足施工條件前提下，應(yīng)自下而上進行變截面設(shè)計。

剪力墻結(jié)構(gòu)，除墻體穩(wěn)定性計算需要及構(gòu)造加強外，還應(yīng)嚴格控制墻體厚度，一般地，100m高度以內(nèi)的高層住宅，剪力墻最厚不宜大于250mm厚；80m以內(nèi)的高層住宅，剪力墻最厚不宜大于200mm：60m以內(nèi)的高層住宅，剪力墻厚度不宜大于180mm；多層住宅剪力墻厚可采用180mm厚。

（4）混凝土強度等級應(yīng)分區(qū)段逐級遞減，最低強度等級不應(yīng)大于C30；混凝土強度應(yīng)根據(jù)墻厚和軸壓比限值綜合選用。

“北接松徑，南通巒雉，東以達虎角庵。游者之屨常滿，然而素桷茅榱，了不異人意?！盵3]426此亭構(gòu)造簡樸，一點也不吸引游者的眼球。然而登亭眺望，勝景撲面而來，使人油然而生山水魚鳥之情。

4 山地建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化

山地建筑優(yōu)化應(yīng)注重方案階段的優(yōu)化，側(cè)重分析充分利用現(xiàn)狀地形進行場地設(shè)計，盡可能依山就勢，減少土方開挖和回填量，并關(guān)注支擋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

筆者參與的某山地建筑低層住宅區(qū)項目，典型樓棟12#～15#樓優(yōu)化前的剖面如圖1所示，前排建筑有10米左右的高填方，形成約20米的分級高邊坡，其中庭院擋墻高度8m，工程造價較大。

優(yōu)化方式：將庭院擋墻后移至前排建筑后方（距離地下室外墻2米），將前排需要高填方的建筑下部采用架空方式，減小了前排邊坡支護高度，避免高邊坡，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)方案如圖2所示，由此庭院擋墻高度由8米降低為4.2米，大幅降低了支擋結(jié)構(gòu)的工程造價，且住宅下方架空區(qū)可增設(shè)4米高拓展空間，可最大化減少土方回填量，另一方面，105平方米的拓展空間也增加了銷售賣點，產(chǎn)生了溢價空間。每棟低層住宅的擋墻長度約14米，僅考慮支擋結(jié)構(gòu)和填方費用，優(yōu)化前每棟樓總造價約100萬元，優(yōu)化后總造價約56萬元，僅支擋結(jié)構(gòu)和填方費用，每棟樓造價優(yōu)化減少約44萬元，另外，架空層另需工程造價約12.5萬元。綜合考慮，不計由于增加拓展空間產(chǎn)生的產(chǎn)品溢價，每棟節(jié)約造價31.5萬元，經(jīng)濟效益顯著。

圖2 優(yōu)化后剖面圖

5 地基基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化

地基基礎(chǔ)占整個開發(fā)項目周期的25%左右，造價在項目總造價成本中占比約10%～25%，因此地基基礎(chǔ)的設(shè)計優(yōu)化意義重大。而地基基礎(chǔ)的設(shè)計與造價與地質(zhì)情況密切相關(guān)，而地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，應(yīng)重點優(yōu)化，控制成本。

地基基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化，應(yīng)根據(jù)地勘報告、結(jié)構(gòu)型式和結(jié)構(gòu)荷載，合理選擇成本低、工期短、風險低的地基基礎(chǔ)型式，依次優(yōu)先采用天然地基、復(fù)合地基、減沉復(fù)合疏樁基、預(yù)應(yīng)力管樁或預(yù)應(yīng)力空心方樁、預(yù)制方樁、鉆（沖）孔灌注樁。別墅項目，承載力較小，地質(zhì)條件允許時，也可采用載體樁或內(nèi)夯沉管灌注樁，較預(yù)應(yīng)力管樁可減少約1/3的造價?；A(chǔ)優(yōu)化還應(yīng)關(guān)注不同地區(qū)的經(jīng)驗做法，如西安、青島地區(qū)習慣采用CFG樁復(fù)合地基，根據(jù)不同地質(zhì)條件，CFG樁復(fù)合地基的承載力特征值可達到150kPa～500kPa，適用性較大且經(jīng)濟性較好。

筆者審查的常德某項目有12棟高層住宅，其中25～27層住宅6棟、32層住宅6棟。擬建場地高層基底下圓礫④層承載力特征值fak為500kN，且以下土層良好（也均為圓礫層），基礎(chǔ)形式可采用天然筏板基礎(chǔ)，以圓礫④層作為持力層，但筏板下存在0.6m～2.75m不等的③層粉質(zhì)黏土層（fak為160kN），且詳勘中表述③層普遍分布，呈可塑狀態(tài)，壓縮性高，強度低，工程力學性能較差，不能作為擬建建筑物的基礎(chǔ)持力層。因此，需要一定地基處理。

因擬建場地的④圓礫層有一定起伏，僅8#和12#樓筏板直接落在④層圓礫層，采用了天然筏板基礎(chǔ)，其他10棟樓底板下均分布有0.6m～2.75m厚度不等的③層粉質(zhì)黏土層，原設(shè)計均采用直徑600mm的滿堂長螺旋鉆孔灌注樁，有效樁長11m～13m，經(jīng)濟性較差，且灌注樁基礎(chǔ)施工周期較長。通過經(jīng)濟性分析，超開挖深度不大于2.4m的樓棟采用天然筏板基礎(chǔ)（降底板標高至圓礫④層，內(nèi)部回填素土設(shè)剛性地坪，回填深度較大時可采用架空層）的方案更為經(jīng)濟。

而本項目僅有三棟樓基底下③層粉質(zhì)黏土層的厚度超過2m，分別為5#樓（2.2m）、9#樓（2.75m）、10#樓（2.3m），而僅有9#樓（27層）平均超開挖深大于2.4m，采用灌注樁基礎(chǔ)較為經(jīng)濟，其他樓棟均采用天然筏板基礎(chǔ)最為經(jīng)濟。經(jīng)成本分析，其中9棟樓的樁基礎(chǔ)優(yōu)化為天然筏板基礎(chǔ)后，僅基礎(chǔ)單項造價成本節(jié)省240萬元，而且為項目建設(shè)縮短了工期。

地下車庫基礎(chǔ)方案的優(yōu)化，當?shù)鼗脸休d力較高(fak≥200kPa)且底板下水頭較小(≤20kN/m2)時，地下車庫基礎(chǔ)采用獨立基礎(chǔ)+防水板形式較為經(jīng)濟，防水板厚度根據(jù)水頭大小可選取250mm、300mm厚，獨基與防水板之間直坡連接。當?shù)鼗脸休d力較低(60 kPa≤fak＜200 kPa)時，地下車庫基礎(chǔ)采用帶柱墩的平板式筏板基礎(chǔ)經(jīng)濟性更好。柱墩一般采用下柱墩形式，當?shù)装迳喜啃枰O(shè)置較厚墊層時，盡可能采用上柱墩形式。柱墩與平板間采用60度加腋過渡處理。

當擬建場地內(nèi)存在不均勻的較厚雜填土、魚塘、明暗浜等不良地質(zhì)時，多層地庫的負二層宜設(shè)置在此區(qū)域，而高層建筑宜避開此區(qū)域，以減小地基處理難度和降低基礎(chǔ)造價。

筆者審查的西安某住宅一期項目，由5棟地上33層、地下1層的高層商住樓，16棟地上9～11層、地下1層的小高層住宅，以及1層地庫（局部2層）組成。擬建場地北側(cè)和西側(cè)區(qū)域地面下分布有大厚度（15m～27m）雜填土層，分布不均勻，原為大型取砂坑，后經(jīng)人工回填，該區(qū)域內(nèi)中細砂③層和中砂④層局部缺失。高層基底下雜填土厚度也達15m～22m，對地基處理難度影響很大。

本項目方案設(shè)計階段未考慮此不良地質(zhì)的影響，5棟高層商住樓均布置在此大厚度雜填土區(qū)域，且局部兩層地下室也未設(shè)置在此大厚度填土區(qū)，地基處理極為不利，且工程造價較高，大幅增加了基礎(chǔ)處理費用和處理難度，原設(shè)計對1#～5#高層商住樓，采用孔內(nèi)深層強夯SDDC工法處理雜填土+后插筋長螺旋鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑600mm，樁長33米。

考慮到本項目的項目定位和產(chǎn)品組合情況已定性且難以調(diào)整，而局部2層地下室位置影響較小，可調(diào)性較大，筆者在地基基礎(chǔ)選型審查時建議：建議將局部兩層地下室移動至1#～5#高層商住樓、6#～8#洋房下的大厚度雜填土區(qū)，可減小地基處理深度，減小樁長，減小工程造價。對1#～5#高層商住樓，后插筋長螺旋鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，每根樁長可優(yōu)化減少約3.5m，節(jié)省工程項目成本。

6 結(jié)論

綜上所述，設(shè)計優(yōu)化技術(shù)可通過降低造價成本，提升產(chǎn)品品質(zhì)，并產(chǎn)生溢價空間，創(chuàng)造真實價值，設(shè)計優(yōu)化并不以犧牲建筑功能和品質(zhì)、降低結(jié)構(gòu)安全度為代價，是降本、提質(zhì)與增效的統(tǒng)一。工程設(shè)計和優(yōu)化過程中應(yīng)提高成本意識和優(yōu)化意識，從荷載、材料、計算、地勘、結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、構(gòu)造等多方面、多層次、全過程開展，其中，由于方案設(shè)計影響項目造價成本的可能性為75%～95%，因此結(jié)構(gòu)專業(yè)應(yīng)提前介入，注重方案設(shè)計的概念優(yōu)化，綜合考慮各方面因素，滿足建筑功能及品質(zhì)要求，科學合理地降本提質(zhì)增效。