建筑结构设计的经济节约与应用.docx

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1、建筑结构is计a墀济节约与应用引言：根据不完全统计，结构设计是影响工程质量的主要因素，约占总事故原因的40%o目前不同的设计单位技术水平参差不齐，工程项目由于设计质量问题而返工、停工等现象屡见不鲜。通过科学合理的结构优化设计，可以使建筑物设计水平不断提高，减少工程施工风险，提高工程质量的同时，还可达到经济节约的目标。1 .建筑结构设计对造价成本的影响因素工程造价控制是施工企业的重点管理内容，与施工各环节密不可分。结合实践表明，施工各阶段对项目成本投入的影响程度存在较大差异，而对项目成本带来影响主要因素为施工结构设计，主要表现在以下几个方面：1.1 结构体系在建筑物的钢筋混凝土结构上，主要包括：

2、框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构及复杂高层建筑结构等。不同结构体系其应用领域不尽相同，采用不同的结构体系也会产生不同的成本投入。剪力墙结构刚度大、自重大；框架结构抗震性能一般，但水平位移相对较大，整体水平刚度较低；框架一剪力墙结构刚度大，抗震性强，布置较为灵活；筒体结构具有良好的抗侧向刚度和强度。因此，在进行结构设计时，不能只考虑结构某一方面的优缺点，而应根据具体工程和成本目标，选用最适宜的结构体系。1.2 结构布置在结构布局上，可分为结构平面布置和结构竖向布置。(1)结构平面布置：按照规范高层建筑混凝结构技术规程中的要求，进行结构设计时，以剪力墙结构为例，在平面布置中要尽可能

3、减少短肢墙的数目，借以降低构造筋的使用量，并降低工程造价。且剪力墙结构住宅在平面布置时，应尽量减小拐角开窗，以保持其所处位置的剪力墙，使得平面布置更为合理。(2)结构竖向布置：采用合理的竖向抗侧力构件，使其位于或贴近刚性中心和质心的位置，可以减小结构的扭转作用，进而减少钢材用量，降低造价。在进行结构竖向布置设计时，需综合考虑梁、板、柱、墙的受力情况，使得梁、板、柱、墙的受力最为合理，以获得最优的楼面荷载传递路径，避免梁的多次复杂传力。在有隔板的情况下，应将隔板荷载转换为楼面均匀荷载或直接输入楼板线荷载，不设横梁，以降低成本投入。1. 3构件尺寸(1)结合现行技术规范的规定，钢筋混凝土板的常规经

4、济跨度通常为3m4m,板厚度为100mm120mm。考虑到板的变形和裂缝问题，板的厚度一般应在90mm以上。(2)在符合相关规范的情况下，柱的轴压比和梁的配筋率都不能太小，否则会造成“胖柱肥梁”现象，不仅会对室内空间布局、使用带来负面影响，还会增加基础尺寸和造价投入。1.4建筑材料(1)在符合有关结构设计规范的情况下，应选用高强度的钢筋，可以减少工程成本。例如钢筋混凝土楼板，一般情况下，钢筋强度等级选用HRB400级，若使用CRB600H级别钢筋，则可以进一步节省钢筋使用量。(2)在建筑结构设计中，针对普通住宅工程，楼板跨度较小时，楼板底筋一般按最小配筋率进行配筋。钢筋级别均为HRB400的前

5、提下，按照最小配筋率混凝土强度等级C30较C40可节省HRB400钢6.4%。同时还可以利用合理使用混凝土强度等级，有效减少墙体开裂问题，特别对于建筑物的地下室墙体设计来说，在减少维护成本的同时，也可以避免由于建筑材料引起的其他问题。1. 5基础形式建筑物的地基形式既影响建筑物的直接投入，也关系到基坑的维护和建设周期。目前常见地基形式上，包括独立基础、条形基础、筏形基础、桩基础和复合地基。独立基础及条形基础造价较低，但对地基承载力要求较高，在地基条件良好的情况下，尽量采用独立基础和条形基础；地基承载力较低时，可进行不同基础方案比对，在满足规范要求的前提下采用较为合理经济的基础形式，从而降低工程

6、造价。1.6精细化设计在确定结构设计方案后，需对项目进行深化设计，是控制项目成本的重要环节。在建筑结构设计时，应按工程实际情况进行载荷计算，以避免不必要的荷载放大，使构件截面及配筋增大，提高工程造价；其次需合理确定墙、柱截面尺寸，并按相关结构规范规定的计算方法进行配筋，使墙、柱截面尺寸和配筋均符合设计要求，在保证建筑功能且满足结构相关规范要求的前提下，实现成本节约。2.建筑结构设计的经济节约与应用原则2.1安全性随着社会经济的发展和科学技术的进步，建筑物形式更加多样化，因此对建筑结构设计提出了更高的要求。建筑结构设计的经济节约设计在确保结构安全的前提下，通过合理的方式来减少投资、节省造价。必须

7、要注意的是，不要过分追求节约成本，若仅仅以节省成本为结构设计的评判标准，而忽略了安全因素，建筑结构设计的经济节约则丧失了其意义，无法保证结构的安全性。2. 2功能性优化建筑结构设计，使其更好的实现建筑的功能性。但需注意的是，不能单纯以减少主要受力构件的方式来提高建筑的空间面积。如今人们对建筑功能提出的要求越来越高，建筑结构设计应通过采用合理的结构体系及结构布置来最大程度上实现建筑需要，然后在此基础之上再进行精细化设计及优化设计。2. 3经济性建筑工程综合性很强，融合多领域专业知识，工程规模大。随着经济的飞速发展，钢筋混凝土、水泥、砌体等方面成本投入较高，在项目施工时，施工单位的资金可利用空间有

8、限，这就要求在确保安全、质量的前提下，采用合理的结构设计、材料投入等控制造价，以降低不必要的投资。但是需注意的是，不可因为经济原因产生“豆腐渣”项目。3. 建筑结构设计的经济节约与应用途径3.1 建筑结构设计的经济性控制流程在项目设计之前，对工程项目方案进行审查及调整；选用合理的结构体系；结构平面布局经济节约；结构模型计算时各项参数按照规范进行选取；施工图绘制时细部设计模型应注意计算减少材料浪费。建筑平面布局直接导致结构体系的选择以及结构布局是否经济节约。从大量的建筑方案及结构计算结果，可以明确,建筑物的平面规律性（长宽比、凹凸度）、层数（总高度）、层高、面层做法（恒载）、角窗布置、底商转换、

9、外檐复杂程度等都会对结构设计造成较大影响，从而可能增加造价。因此，从结构设计角度看，方案设计过于复杂，将很难控制总成本。举例：对于住宅来说，叠拼洋房工程的建筑方案，两个单元拼接位置处如凹进较大，甚至超出正常宽度的50%以上，将会产生楼板不连续问题，那么就需要在板厚和配筋方面加强，必然会导致成本增加，如果在一开始方案设计时候就尽量避免此类不规则问题，后续结构平面布置会更简单合理，也能从根本上降低成本。建筑方案一旦确定，结构体系的选择已经基本确定。例如，现在普通高层住宅通常为剪力墙结构，公建商业则多为框架结构。那么确定结构平面形状之后，在采用结构计算软件进行建模计算时，需结合结构相关规范正确设置模

10、型参数，初步布置结构平面后进行多次计算，根据结果来反复调整各受力构件的截面尺寸以及材料强度等级，使其计算结果在既能满足所有规范要求的前提下得以实现建筑功能需要，又保证不造成浪费。并且，应当总结多次设计经验以及施工单位反馈的成本结果，在下次结构设计时，合理运用既往项目总结的经验。3.2 三类结构形式比选3.2.1 基础形式比选结合过往施工经验分析，桩基工程在土建工程总成本中占有10%20%的比重，在地质条件较差的地区，其成本投入甚至更高。由于工程地质条件的不确定性，使得桩基础施工费用独立于结构设计限额指标之外，难以确定其限额指标。因此，选择桩基础和处理方式就显得更加重要。在基础方案选择中，若地勘

11、报告仅提出一种桩型建议，应进行多种桩径、桩长的比较；若是地勘报告提出不同桩型施工方案，则应该制定出不同的桩型、桩径、桩长施工方案。3.2.2 地下室顶结构形式比选影响地下室经济指标的主要因素为地下室的楼层高度，地下室楼层高度太高,地下室外墙高及基坑深度过大都会造成很大程度上的成本增加，因此，地下室楼层高度的控制尤为重要。就结构专业而言,地下室顶楼盖形式有井字梁、十字梁、单向密肋梁、框架梁+大板等有梁楼盖以及无梁楼盖。应根据项目的不同进行不同的结构方案比对，从而做出最优选择，最大程度上控制结构梁板占用高度，尽可能保证净高，从整体上进行土建成本控制。3.2.3 上部结构比选上部结构结构方案的选择主

12、要有：结构体系的选择和结构平面布局的选择。对于多层建筑物和大部分的公建建筑来说,如花园别塞、联排别墅、多层写字楼、体育馆等，在进行结构布局比较时，应优先考虑建筑物的总体布局。如多层住宅可以在框架-剪力墙结构、异形柱结构与剪力墙结构等不同结构体系进行经济性比选，根据比选结果选择结构体系。针对高层住宅，一般采用钢筋混凝土剪力墙结构，则可采用不同的平面布局方式进行必选，选择成本较低的结构平面布局方案。3. 3结构设计成本控制要点3.1.1 细化建筑物的荷载在进行建筑物的恒荷载计算时，应尽量进行细致计算。如建筑地面施工中的自重计算必须精确，二次结构自重需考虑到门窗的开洞影响。例如：对于叠塞，其南侧外墙

13、墙长8m,高度3m,墙壁有两扇窗，大小3.3r1.5m、2.4m1.5m、梁高0.6m,在不考虑窗的情况下，梁的线荷载为5.8kNm,若考虑窗洞影响，则是3.2kNr11o3.1.2 控制不同结构构件材料级别高强度混凝土在柱、墙等竖向受力构件中的应用尤为显著，特别是在竖向构件轴压比的控制工作上，其产生的作用尤其突出。混凝土墙及柱仅轴压比不满足规范要求时，可以采用提高混凝土强度等级的方式使其满足规范要求。但对于梁抗弯强度来说，采用高强度混凝土对抗弯强度的提高作用比较有限，不够经济。若将高强度混凝土应用于楼板施工中，对板承载力的提高作用微乎其微，但会使结构的配筋率升高，且高强度混凝土板更容易形成裂

14、缝。举例来说，在超高层建筑物剪力墙中，按不同强度等级的混凝土进行比较分析发现，结构底部各层剪力墙采用高强度混凝土时，其钢筋量略有下降，约为2%3%.就钢筋强度级别而言，对于一些与其强度无关或没有太大影响的非受力构件的构造配筋，可以选用低强度钢筋。3.1.3 对各种结构构件的大小进行控制控制结构构件尺寸的最终目标是保证整个结构满足计算要求下实现经济节约。结构构件尺寸控制主要是对楼板厚度、梁高度及剪力墙厚度的控制。根据板跨度及板面荷载选择合适的板厚，根据建筑立面及计算要求选择梁高，以及根据结构布置选择合适的剪力墙墙肢长度及厚度。地下建筑部分的主要控制部分为基础底板厚度、挡土墙厚度和框架梁高。举例来

15、说，在高层住宅建筑中，对不同的剪力墙住宅墙体厚度进行比较，最终发现，采用自底到顶逐步减薄墙厚时，该结构的钢筋使用量会减少约2%3%。3.1.4 控制不同结构构件的配筋率通过结构构件承载力计算、延性要求、刚度及裂缝等需要得到构件的配筋量,不要随意扩大配筋计算结果。例如，基础筏板或者防水板的通长筋可采用最小配筋率进行配置，而后根据计算结果在通长筋的基础上进行附加钢筋的布置。3.1.5 结构构造措施此项结构构造措施有以下几个内容：桩防腐、地基防腐、防水、楼板、剪力墙防裂、整体结构耐久性要求、主体结构、围护结构的抗震构造等。举例来说,在沿海地区的工程建设过程中，由于地下水侵蚀问题，需遵循GB/T500

16、46工业建筑防腐蚀设计标准规定，根据不同的腐蚀程度，采用不同的防腐方法。设计时，需仔细分析腐蚀原因、腐蚀类型和级别，并制定相应对策。这样的保护措施会对施工成本带来影响，因此，在做出决策之前，应先进行多个方案的比较。3.4其他优化措施3.4.1 施工阶段的制度完善对于建筑工程的结构设计，由于其涉及的内容比较多，在实际设计中会受到诸多因素的影响和制约。想要确保工程质量，达到控制成本目的，需要从项目施工的角度上设置针对性的施工计划。科学合理地制订施工管理制度，并严格按照设计要求，对各环节进行细致核对.，才能确保设计效果。3.4.2 在决策过程中实现跨部门协作在住宅建筑的结构设计环节，多是由设计人员单打独斗。需在决策过程中，要求设计小组和其他部门共同参与其中，进而从质量、安全性、成本等方面进行分析，以评估结构设计的综合效能。因此在房屋建筑结构设计过程