余濤，牛全睿，李唱唱，張議帆

（中機(jī)第一設(shè)計(jì)研究院有限公司，合肥 230601）

1 工程概況

某多層智能電器制造廠房占地面積33 137.64 m2，總建筑面積為60 658.24 m2，廠房建筑層數(shù)為3層，局部為單層和2層，建筑高度為23.875 m(室外地坪至廠房屋脊平均高度）。廠房結(jié)構(gòu)形式為門式剛架結(jié)構(gòu)及鋼框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為7度。主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，廠房屋面防水等級為II級。本建筑物生產(chǎn)的火災(zāi)危險(xiǎn)性及生產(chǎn)類別為戊類，耐火等級為二級。建筑行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模為大型。其效果圖見圖1。

圖1 某智能電器制造廠房效果圖

原設(shè)計(jì)方案中鋼梁主要為熱軋H型鋼，鋼柱主要為箱形柱，墻面圍護(hù)結(jié)構(gòu)為巖棉夾芯板加內(nèi)板，窗戶主要為幕墻窗，屋面設(shè)計(jì)有防水透氣膜。

2 業(yè)主需求

業(yè)主在施工圖設(shè)計(jì)方案討論過程中希望能在原有設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證工程整體質(zhì)量的前提下優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)方面合理減少用鋼量，在建筑方面合理優(yōu)化，以期達(dá)到節(jié)省投資的目的。對于設(shè)計(jì)人員而言，對房屋建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要注意在設(shè)計(jì)前期對優(yōu)化技術(shù)的運(yùn)用，從而降低成本，提升建筑的整體質(zhì)量[1]。

3 優(yōu)化過程

3.1 廠房主鋼構(gòu)優(yōu)化

3.1.1 用焊接H型鋼替代熱軋H型鋼

經(jīng)過計(jì)算分析，原設(shè)計(jì)方案總用鋼量約為5 850 t，在其他條件不變的情況下，可采用焊接H型鋼替代熱軋H型鋼，大約能減少鋼材490 t。

3.1.2 廠房頂層采用H型柱加柱間支撐替代箱型柱，同時(shí)減小下層部分箱形柱壁厚

多層廠房頂層原方案采用箱型截面提供雙向剛度，現(xiàn)采用H型柱提供面內(nèi)剛度，面外剛度采用設(shè)置柱間支撐的形式，但需要在每個(gè)縱向軸線設(shè)置4道柱間支撐。與此同時(shí)，下層的部分箱型柱壁厚能減薄。此方式合計(jì)減少用鋼量約320 t。

3.1.3 柱梁節(jié)點(diǎn)優(yōu)化

通過減小箱型柱內(nèi)隔板、梁柱連接加勁板的厚度等方式進(jìn)行了柱梁節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化，減少用鋼量約30 t。

3.1.4 主梁采用變截面

原方案18 m跨度主梁為H1500 mm×350 mm×25 mm×28 mm，現(xiàn)一端改為H(1 500～1 000)mm×320 mm×25 mm×22 mm，中間改為H1 000 mm×300 mm×20 mm×22 mm，另一端改為H(1 000～1 500)mm×320 mm×25 mm×22 mm，減少用鋼量約120 t。

3.1.5 優(yōu)化單層及二層柱梁截面

通過優(yōu)化單層及二層柱梁截面，框架梁由HN700 mm×300 mm×13 mm×24 mm改為H700 mm×240 mm×12 mm×12 mm，箱型柱由口800 mm×500 mm×28 mm×20 mm改為口800 mm×500 mm×25 mm×18 mm等，減少用鋼量約60 t，具體優(yōu)化前后主要柱梁截面對比詳見表1。

3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.2.1 墻面圍護(hù)結(jié)構(gòu)調(diào)整

廠房墻面面積約1.4×104m2（不含門窗和幕墻），由原墻面圍護(hù)結(jié)構(gòu)巖棉夾芯板（0.8 mm外板+50 mm厚巖棉+0.5 mm內(nèi)板）+內(nèi)板調(diào)整為0.5 mm厚單層外板+75 mm厚保溫棉+0.35 mm厚單層內(nèi)板，調(diào)整后可節(jié)省120元/m2，減少投資約168萬元。

3.2.2 墻面檁條優(yōu)化

通過墻面單層壓型鋼板豎向排鋪，取消部分次檁條，優(yōu)化墻面檁條布置，在不改變墻面檁條的寬度和截面高度的情況下，減小部分墻面檁條的厚度，由2.5 mm減小為2.0 mm，合計(jì)減少檁條約45 t，減少投資約36萬元。

3.2.3 屋面檁條優(yōu)化

在不影響屋面板安裝以及安全的前提下，不改變屋面檁條的寬度和厚度，通過減小屋面檁條的截面高度，由250 mm減小為220 mm，減少檁條約10 t，減少投資約8萬元。

3.2.4 取消屋面防水透氣膜

原設(shè)計(jì)方案廠房屋面做法中有防水透氣膜，面積約為3.0×104m2，經(jīng)與業(yè)主溝通，在不影響正常使用的情況下，取消屋面防水透氣膜，取消后可節(jié)省10元/m2，減少投資約30萬元。

3.2.5 玻璃幕墻窗優(yōu)化

取消原設(shè)計(jì)部分玻璃幕墻，調(diào)整為普通窗，可節(jié)省造價(jià)。原設(shè)計(jì)玻璃幕墻面積約為2 400 m2，普通窗面積約為2 200 m2，原設(shè)計(jì)中部分玻璃幕墻可改為普通窗，修改后玻璃幕墻面積變?yōu)? 400 m2，普通窗面積變?yōu)? 200 m2，減少玻璃幕墻約1 000 m2，玻璃幕墻調(diào)整為普通窗后可節(jié)省350元/m2，減少投資約35萬元。

4 造價(jià)分析

通過對廠房主鋼構(gòu)及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，節(jié)約用鋼量及節(jié)省投資情況詳見表2，其中主鋼構(gòu)單價(jià)按9 000元/t計(jì)算，檁條單價(jià)按8 000元/t計(jì)算。

表2 優(yōu)化后造價(jià)分析表

根據(jù)優(yōu)化過程，結(jié)合優(yōu)化后造價(jià)分析表來分析得出，總用鋼量從原來的5 850 t減少至4 775 t，合計(jì)減少用鋼量1 075 t，減少比例約18.4%，用鋼量從原來的96.4 kg/m2降低至78.7kg/m2，節(jié)省投資1195萬元，優(yōu)化后經(jīng)濟(jì)效果顯著。在節(jié)省的投資中，廠房主鋼構(gòu)優(yōu)化后節(jié)省918萬元，占比約76.8%，圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后節(jié)省277萬元，占比約23.2%，從中不難看出廠房主鋼構(gòu)優(yōu)化占主要部分，圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化占次要部分，故在鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中應(yīng)該更加側(cè)重主鋼構(gòu)的優(yōu)化。目前，該廠房已經(jīng)投入使用，為業(yè)主節(jié)約了大量投資，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

在建筑水平多樣化的時(shí)代背景下，要想在節(jié)約建筑成本與滿足實(shí)際需求中形成有效統(tǒng)一，就必定需要合理進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠在資源上節(jié)約成本的支出，發(fā)揮資源的最大功效；其次，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)符合一定的經(jīng)濟(jì)發(fā)展原理，對建設(shè)資金，建筑質(zhì)量，設(shè)計(jì)理念都能做到合理優(yōu)化；最后，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)對于建筑行業(yè)的發(fā)展以及未來的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)貫穿項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段及施工階段的始終[2]。本工程在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段從廠房主鋼構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面進(jìn)行了建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過實(shí)際案例的分析能給類似工程項(xiàng)目提供一個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)化的思路和方向，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案在經(jīng)濟(jì)性上更具優(yōu)勢，在發(fā)展理念上具有更趨合理，從而滿足工程的實(shí)際需求，達(dá)到期望的效果，贏得業(yè)主的認(rèn)可。