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              NEWS INFORMATION
              你真的懂結構優化嗎?
              發布時間:2021-10-25 17:50:56

              前 言



              有得管理分享匯(uduc_management)陸續推出了《房地產運營管理實務手冊》、《房地產成本管理實務手冊》、《房地產招采管理實務手冊》等內容的分享,受到了朋友們的關注和好評。


              應朋友要求,瑞德把《房地產成本管理實務手冊》中關于成本優化的內容跟大家做下分享,從設計、工程、成本等角度多方位解讀優化。


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              建筑物主體結構,由于成本占比大且不是客戶敏感點,所以歷來都是設計優化、成本優化的重點,這樣的優化方向是對的,但在結構優化過程中往往會走入誤區,非常重視和強調結構成本的控制,認為含鋼量、含混凝土量越低,結構設計越優秀。


              今天瑞德跟大家分享一下結構優化的一點心得。


              開始講解結構優化前,有兩個基本點需要強調:


              1. 建筑方案一經確定,結構成本基本就確定了

              2. 結構優化是全方位的,不僅僅是鋼筋、混凝土用量

              3. 結構成本的降低必然會導致結構安全儲備的下降,合理的結構方案是關鍵,成本低且安全


              01 地勘影響


              地勘是以查明工程地區地質條件為目的的工程地質勘查。


              查明有無影響建筑場地穩定性的不良地質作用;場區的地下水情況,提供建筑抗浮設計水位和防滲設計水位建議值。查明地層地層結構特征,地基土層的物理力學性質和空間分布的特點等等。


              應該說,地勘是結構設計的基礎,因而地勘的準確性非常重要,也是我們做結構設計和優化的先決條件。



              地勘報告的關注點:


              1. 要求地勘單位多推薦幾種,以便多方案的技術可行性、經濟性綜合比較。


              2. 地基承載力取值與實際的符合度:

              地勘報告的取值往往偏低,對基礎成本控制不利。


              3. 抗浮設計水位標高的合理性

              抗浮設計水位的高低,直接影響地下室底板、擋墻、是否設抗浮錨桿/樁,對成本敏感。


              02 建筑高度影響



              30米:是框架結構抗震等級的分界點


              60米:是框架—剪力墻結構抗震等級的分界點,也是50年一遇/100年一遇基本風壓的分界點


              80米:是剪力墻、框支剪力墻抗震等級的分界點




              當建筑物高度超過且接近分界點時,盡量通過優化層高、標準層面積、樓層數,使建筑物高度按照高度分界點控制。



              示 例

              以深圳高層住宅為例(50年一遇基本風壓0.75kN/m2、地震設防烈度7度、層高3米)


              微信圖片_20211025175125.jpg

              注:

              1. 不包含措施筋

              2. 鋼筋按綜合單價6000元/噸,混凝土按綜合單價520元/m3計算


              03 高寬比影響


              建筑物的高寬比指的是其高度和寬度的比例,其實建筑物的高寬比在《JGJ3-2010高層建筑混凝土結構技術規程》中有明確的規定:


              《高規》4.2.3條規定:A級高度鋼筋混凝土高層建筑結構的高寬比不宜超過表4.2.3-1的數值

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              建筑物高寬比例越大,建筑物的周長越長,其外立面面積也就會越大,使用的保溫、門窗、外裝飾的量也就會越多,因而控制建筑物的高寬比,可以有效的控制成本。


              同時,高寬比也會影響結果含量。



              示 例

              例:以深圳高層住宅為例(50年一遇基本風壓0.75kN/m2、地震設防烈度7度、層高3米、33層)


              A項目高寬比為規范建議的≤6、B項目高寬比為7.5

              微信圖片_20211025175128.jpg

              注:

              1. 不包含措施筋

              2. 鋼筋按綜合單價6000元/噸,混凝土按綜合單價520元/m3計算


              由上例可見,比當地正常高寬比建筑,B增加結構成本約41元/m2


              04 層高的影響


              我們知道層高對成本的影響非常大,層高對成本影響的方面主要有




              地下部分:

              土方開發量、基坑支護高度、降水量、地下室墻柱鋼筋混凝土用量及模板用量、抗拔樁、抗拔錨桿用量等


              地上部分:

              結構柱、墻、模板用量

              外飾面用量

              控制層高也能有效的降低豎向荷載,控制結構含量。





              示 例

              例:以深圳普通高層住宅為例(地震設防烈度7度、50年一遇基本風壓0.75kN/m2)


              地上:大約40元/10cm,其中結構成本5元/10cm。

              地下:一般是地上的兩倍。



              那控制層高的措施有哪些呢?



              1. 結構梁高控制


              結構本身最經濟的梁高:1/8~1/12的梁跨度。綜合各種成本因素,最優化的梁高:建議取1/12~1/18的梁跨度。


              對層高控制關鍵部位,如:公共走道、設備管線密集處等,建議采用寬扁梁、型鋼梁。


              進行綜合成本分析后,可考慮采用實心或空心無梁樓蓋。無梁樓蓋在車庫頂板結構(樓板跨度、樓面荷載較大)中具有一定的經濟優勢;空心無梁樓蓋在車庫頂板覆土較厚(≥1.5m)或有消防車荷載時更有優勢


              2. 設備管線空間控制


              對于風管、電纜橋架、給排水、消防等管線密集處,采用綜合管線圖進行優化設計,往往可以節約200mm的高度。


              要求設計院對公共走道、地下室、大型商業進行綜合管線圖設計,建議由暖通空調專業設計人員完成,以優化設備管線所占的空間高度。


              3. 結構梁高空間、設備管線空間的相互利用


              結構主梁與主管線平行布置


              與管線相交處采用變截面梁


              管線穿結構梁處理,預留洞口尺寸一般控制在梁高的1/3內。


              采用無梁樓蓋,設備管線與柱帽(如設置)在同一高度空間。


              05 結構轉換影響


              建筑物某層的上部與下部因平面使用功能不同,該樓層上部與下部采用不同結構類型,并通過該樓層進行結構轉換,由于結構轉換層的存在,整棟塔樓抗震等級的提高,因而帶來成本的增加。


              全結構轉換經驗估算:含鋼量增加15~20kg/m2


              對于轉換層可以通過減少結構墻、柱,進行經營,以減少成本增加對項目的經營影響。


              06 地下車庫找坡影響


              地下車庫底板、地面、頂板由于有排水的需要,往往會做找坡,那找坡對成本的影響有哪些呢?


              首先,找坡填充材料成本

              其次,地下室頂板找坡荷載會提高,增加結構成本

              最后,地下室底板找坡必然增加地下室層高,從而增加結構成本、以及土石方挖運成本



              示 例

              地下室底板建筑找坡成本核算,有地下水、設置結構底板,300mm厚素砼墊層兼找坡、排水溝。


              1. 素砼:330x0.25=82.5元/m2 (平均厚度250mm)

              2. 土石方挖運:40x0.30=12.0元/m2

              3. 豎向構件及防水等:15.0元/m2(層高增加300mm相應成本的估算)


              建筑找坡增加成本約110元/m2


              那么遇到需要進行找坡時該如何處理呢?


              車庫樓面、地面找坡方式


              車庫樓面--不找坡

              由于車庫內僅考慮洗車庫時的排水,排水的頻率、水量有限,結合清洗掃水至樓面地漏。


              車庫地面---設結構底板

              結構找坡或不找坡(結構板內暗埋地漏+排水管)


              車庫地面---建筑地坪

              利用地基土挖排水溝、找坡


              車庫頂板找坡方式


              建筑找坡:對成本不利,施工控制簡單。

              結構找坡:節約成本

              全結構找坡:變標高,施工控制稍麻煩。

              半結構找坡:部分降低建筑找坡成本。

              部分上翻梁結構找坡:沿著排水方向上翻梁,壓縮層高、保證凈高。

              建議采用結構找坡!


              07 剪力墻設計優化要點



              剪力墻厚度控制:


              底層商業、底層架空層層高較高,按照《高規》7.2.2條規定,墻厚往往較厚:層高的1/16、1/20(一二級、三四級抗震等級);同時可能變成短肢剪力墻,墻體配筋進一步大幅增加。


              對策:


              按照《高規》附錄D,根據墻頂的荷載反算確定墻體厚度,往往可以大幅減少墻體厚度和配筋,一般可節省造價約15%;同時獲得更好的建筑空間效果。







              剪力墻配筋控制:


              剪力墻翼緣長度小于600mm時,應關注計算結果的可靠性(PKPM軟件問題)。


              構造邊緣構件豎向鋼筋:盡量采用φ12鋼筋;如無法全部采用φ12,可考慮角部采用大直徑鋼筋,中間采用φ12。


              豎向鋼筋采用φ12(搭接連接) 代替φ14 (焊接連接),含鋼量稍微提高,但綜合考慮焊接施工費用,造價反而降低16~33%,而且鋼筋搭接比焊接更可靠。




              08 柱設計優化要點



              異型柱結構—盡量少用


              異型柱的特點:抗震性能差,結構成本高。

              異型柱的應用:盡量少用異型柱,多用矩形柱。

              在門背后的位置設置異形柱

              可以與立面造型相結合的位置設置異形柱

              建筑空間不敏感的位置,如:灰色空間、公共樓梯間等設置異形柱







              柱縱向鋼筋配置


              III級鋼的應用:最小配筋率應減少0.1%(《高規》6.4.3-1注2) ,可節約鋼筋造價的9~15%!


              加大角筋的直徑:程序對X向及Y向的鋼筋均有配筋面積要求,應盡量加大角筋的直徑,以達到滿足計算要求的前提下減少總配筋量。




              09 梁設計優化要點




              盡量取消一些短砌體墻下的小次梁


              盡量減少短砌體墻下的小次梁設置,如客廳/餐廳與廚房、非下沉式衛生間之間的小次梁,主臥室內臥室與非下沉式衛生間、衣帽間之間的小次梁等(前提是小次梁跨度小(≤3.5m)、樓板的配筋基本上是構造配筋。)


              這樣既可以節約結構成本,同時增加空間可改造性。







              梁支座頂面鋼筋宜采用小直徑鋼筋


              減少跨中通長鋼筋面積,減少支座鋼筋錨固長度。


              梁頂跨中可節約鋼筋用量近一半,同時支座鋼筋錨固長度減少。







              梁縱向構造腰筋----滿足規范構造要求即可


              規范《砼》第10.2.16條,hw≥450mm時,配置縱向構造鋼筋面積不小于0.1% bhw,且其間距不宜大于200mm。



              通過優化配筋方式可節約鋼筋用量43%







              框架梁跨中頂面通長鋼筋


              配筋嚴格按照規范構造要求(《高規》6.3.3條)配置,盡量采用直徑φ12、φ14的小直徑鋼筋進行配置,不得簡單拉通支座頂面鋼筋造成浪費。


              構造配筋對結構安全貢獻極小,切忌過度設置,造成無效成本產生。




              10 鋼筋的選擇


              鋼筋級別與鋼筋強度

              II級鋼VS I級鋼

              強度提高43%,成本接近。

              III級鋼VS II級鋼

              強度提高20%,成本增加約4%。

              冷軋帶肋VS 小直徑III級鋼

              強度提高相同,成本增加約4%。但III級鋼質量穩定,延性、可焊性好。

              強度的提高幅度遠大于成本的增加幅度。



              III級鋼的應用

              總原則:計算配筋或構造要求與鋼筋強度有關時,盡量采用III級鋼。


              梁鋼筋

              梁縱筋:直徑≥14mm,利用III級鋼的高強度降低鋼筋用量。

              轉換梁箍筋:剪力大、計算配箍,利用III級鋼的高強度降低鋼筋用量。


              柱鋼筋

              柱縱筋:《高規》6.4.3條,采用III級鋼柱縱向鋼筋配筋率可降低0.1,大幅降低鋼筋用量。

              柱縱筋一般為構造配筋。

              示例:抗震等級為三級,中柱、邊柱,采用III級鋼,

              縱筋構造配筋率0.7% 變為0.6%,可減少用鋼量14%

              柱箍筋:《高規》6.4.7條,利用III級鋼的高強度降低體積配箍率。


              剪力墻箍筋

              無配箍特征值要求的構造邊緣構件:采用I級鋼筋。

              約束邊緣構件或有配箍特征值要求的構造邊緣構件(《高規》7.2.17-4) :采用I級、II級或小直徑III級鋼筋。在滿足構造(直徑/間距/肢距)、計算要求的前提下,盡采用高強度等級的鋼筋。


              樓板鋼筋

              采用冷軋帶肋鋼筋或小直徑III級鋼。

              如價格有優勢、市場供應方便,優先采用III級鋼。

              11 總 結


              結構、設備成本是客戶最不關注的成本,因而是我們做設計成本優化的重點,在保證質量安全的前提下,盡可能的做到最優。


              設計是施工的龍頭,一定要把優化做在設計端,一旦設計定型再想變更就很難了。同時成本控制是全方位、全壽命周期的成本最優化,不是某一專業、某一階段的成本節約。因而要時刻緊繃設計成本優化的弦,只有這樣成本優化才會達到最優結果。


              - END -

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