建筑结构设计中降低造价的几点体会
关键词：建筑结构设计；结构方案选用；结构优化；材料优选
1. 引言
在建筑结构设计中，结构设计人员进行结构设计的重点一般都集中于结构的安全性，一般情况下都会忽略结构的经济性，构件配筋等都是过于保守。出现这些现象主要在于设计人员往往偏于保守，叫较少冒险采用经济的设计方法。但目前节约的结构设计日益受到投资商的青睐，因此如何使结构不仅具有更高的安全度，而且能有效减低工程造价，从而使结构具有更高的性价比，这是建筑结构优化设计所研究的重点课题。本文结合笔者从事多年结构设计的工程经验，从结构方案选用、材料选用等多方面去分析降低建筑结构设计造价的几点有效措施。
2. 结构方案选用
2.1基础方案选用
（1）合理选用基础方案是优化结构设计的重点之一，往往选用合理有效的基础方案将节约5%左右的工程造价。特别是目前设计技术的不断提升，越来越多基础设计方案都可以有效地达到设计效果，就高层、超高层或者一些特殊地基来说，一般都存在几个适合该工程的地基处理、基础设计及或者基抗支护方案，但并不代表所有方案最终所得到的经济性效果一样。如笔者曾设计某一大厦，其建筑面积为7万平方米，有一个8层的裙房，其中有两层是地下室，另外有两个30层高的塔楼。通过召开专家研讨会，按照专家提出的优化方案改变了地基处理方式以及基础设计方案，地下室楼板厚度明显减小，配筋量等有效降低，而且承载力还能保持原设计大小，通过几个方案对比以及进行周密计算，对比结果表明新方案是众多方案中最优化的一个，不仅提高功能，还直接节约二百万工程造价。对于特殊地基的地基处理方式，选用优化方案同样可有效降低造价。又如同样地基处理工程，对砾质粘性土回填地基处理方案、挤密碎石桩复合地基加固方案、强夯法加固方案三个方案进行比较，前者强度要提高40%左右，工程造价约为1.5亿元，同时工期较长；而强夯法加固方案强度可提高90%，工程造价约为3000万元，同时工期较短。经过对比可发现，显然采用强夯法加固方案对该地基进行处理，无论是工程造价、安全性、还是施工工期都有明显的优势。
（2）进行高层或者超高层建筑的基础设计时，笔者建议其基础设计采用隔震技术，其关键之处不仅在于可把地震能量降低，而且间接地还可以起到卸载作用，例如某建筑中绝大部分都是小面积的房间，仅某几个房间为大面积，因此可以在大房间中设计有隔震垫进行卸载，这不仅提高承载力，而且大房间的基础厚度还可以按小房间的基础板厚确定。通过这种措施可使整个结构受力构件的截面尺寸以及配筋都可以有效地减小，从而降低工程造价。
2.2上部结构方案选用
（1）结构体系的选用。众多工程实例表明，上部结构方案的正确选用是建筑结构设计时降低工程造价的直接有效措施之一。就以香港中国银行来说，由于上部结构布置合理，使其造价明显降低，比相同建筑高度的建筑物节约了20%左右的钢材。另外，对于高层建筑来说，相同的建筑物同样有多种结构体系可选，选用合理有效的结构体系将会是降低造价的重要措施。例如，上海市的恒隆广场，总层数为66层，属于超高层建筑，初步设计时有三种结构体系可选用，分别是纯钢筋混凝土结构、纯钢结构、钢—钢筋混凝土组合结构，对以上三种结构体系进行经济性分析，分析结果表明钢—钢筋混凝土组合结构体系总造价是三者中最优，可比纯钢筋混凝土结构节约近30%工程造价。实际上该建筑在竣工之后证明了，该结构体系无论是建筑功能还是工程造价方面都是最优的。但值得一提的是，并不代表钢—钢筋混凝土组合结构体系是所有建筑的最优结构体系选择，就以多层建筑来说，绝大多数多层建筑的最优结构体系方案是钢筋混凝土框架结构体系。因此，必须根据实际情况，对可选用的几个结构体系进行经济性对比分析，方可得到既满足承载力要求又满足降低造价的目的。
（2）现浇板的选用。从配筋计算上分析可发现，某跨度四边简支支承的双向板，其单向跨中弯矩系数最大值为1/27，而相同跨度两边简支支承的单向板，其单向跨中弯矩系数最大值为1/8，显然，双向板的跨中配筋仅为单向板跨中配筋的60%左右，即使单向板的只是一方向配置受力钢筋，但另外一方向也要配置构造钢筋，总用钢量对比也是双向板处于优势。从现浇板厚度来分析，根据规范要求，双向板的板厚为短跨的1/40~1/50之间，而单向板的板厚则为短跨的1/30~1/40之间，显然相同跨度情况下，双向板的厚度要比单向板的板厚小。综上所述，笔者建议若要减低工程造价，现浇板尽可能采用双向板为宜。
（3）楼梯结构方案选用。楼梯方案的选用也是降低造价的措施之一，其对混凝土、钢筋用量的降低都起到一定的作用。在楼梯结构选型方面，大多数结构设计人员进行楼梯结构设计时首选板式楼梯，甚至会发现会跨度较大的楼梯或者三跑楼梯都采用板式楼梯，极小选用梁式楼梯，这是一个错误的选用。实际上当梯板长度大于3m或活荷载较大时，就应设计为梁式楼梯。例如，某楼梯的梯段跨度为3.6米，活荷载为2.5kN/m2。当采用板式楼梯时，根据梯板厚度于梯段跨度的关系，梯板厚度为130mm，混凝土用量达到1.5m3，钢筋用量为50kg，而采用梁式楼梯，则踏步板的底板厚度为40mm，斜梁截面为150mmx250mm，混凝土用量降低为1.3m3，钢筋用量降低为26kg，显然这种情况下，梁式楼梯要比板式楼梯节约成本。综上所述，从降低工程造价角度来分析，在进行建筑结构设计时，对于跨度较小的楼梯则选用板式楼梯结构，对于梯段跨度较大，跑数较多的楼梯则宜选用梁式楼梯。
3. 材料方案选用
（1）以楼梯的材料进行分析。楼梯的混凝土材料多为C20，钢筋材料多为I级钢筋，但从钢筋强度角度对比可发现，II级钢筋的强度为300N/mm2、I级钢筋的强度为210N/mm2，II级钢筋的强度设计值要比I级钢筋的高45%左右，但这两种钢筋的市场价基本相等。就以一个梯段跨度为3.6米的楼梯为例，采用I级钢筋直径为10mm~14mm之间，若采用直径为12mm~14mm之间的II级钢筋，可减小约25%的钢筋用量，对于跨度较大的楼梯，造价降低尤为明显。因此，对于跨度较大的楼梯，其受力钢筋宜选用II级钢筋。
