前言
对建筑而言，结构无疑是其骨架。骨架的差异决定了建筑的“身高”和“体型”。结构的成本投入无疑是最货真价实的，且在项目建造成本中的比重极大，以刚需毛坯产品为例，其结构成本约占总建安成本的约50%甚至更多，故而做好结构设计无疑是控制项目成本的重中之重之所以要把结构设计成本优化单独分析除了其成本占比高的原因外跟其自身的一个属性息息相关，那就是其不可感知性。一个建筑物一旦建成，结构部分就成为了隐蔽工程，除非对建筑进行改造，否则是看不到结构情况的，而且只要能够保证质量、安全，钢筋、砼等的多少对于寻常购房者来说是无关紧要的我们知道，设计成本分配的原则是在保证建筑安全的前提下，在客户常接触的容易感知的部位多投入，在客户感知度不高的地方适度投入，因而如果能把结构做的既安全可靠，又经济实惠是每家地产企业项目设计中都必须论证的一个问题
针对结构设计控制及成本优化有几种错误的认知结构成本的降低必然会导致结构安全储备的下降极端强调结构成本的控制含钢量、含混凝土量越低， 结构设计越优秀。仅从经济指标上对结构成本进行控制......这些认知无疑都是错误或者不全面的，那结构设计成本到底该如何控制如何优化呢？本文就跟大家谈一谈结构优化及控制方法题纲01 结构设计成本优化的准备02 结构设计成本优化事前控制03 结构设计成本优化事中控制
01结构设计成本优化的准备
结构设计的基础是一家合适的设计机构1. 设计合作方的选择设计合作方的选择原则是合适易管、态度重视、服务意识及市场口碑1.1 设计机构的选择设计合作方是结构设计的实施单元，对项目最终的结构设计起到决定性作用，因而对其的选择要格外慎重① 合适易管不是越大的院越好，合适的才是最好的，要结合企业自身的规模，项目所在地来选择设计机构，尤其是对于结构设计而言，对地规和区域的熟悉是决定设计成果的关键，而且由于结构设计（施工图设计）取费水平不高，因而选择项目当地的设计院是个不错的选择。同时，如果自身企业规模不大，选择大的设计院也会给管理带来难度② 态度重视态度重视必然会配备充足的设计师，对成果的把控也必然更加上心，配合度也会好很多；另外，是否重视可以从设计机构当期承接的工作量来判断，如果该设计机构当期有大量的设计任务，尤其是政府项目，那么大概率会影响其对项目设计的重视程度③ 服务意识房地产项目的特点决定了其设计成果的要求未必高，但会很繁琐，多轮审核多轮修改的情况很普遍，而且为了进一步提高设计的经济性，地产企业也会聘请第三方咨询单位对图纸进行优化，所以对于结构设计机构的选择，服务意识，愿意配合甲方的指令是选择的重要依据之一④ 市场口碑确定设计机构之前要充分调研市场，多去咨询一下同行对设计机构的评价，这样可以有效的避坑1.2 对设计团队的选择设计任务是否能达到预期效果，决定因素在于给项目设计任务配备的设计院团队，很多项目之所以设计图纸问题多多，是因为配备的团队不行，现在很多设计院为了提高经济效率，往往有设计模板或以往的设计模型，很多设计图纸是让经验不足的年轻设计师直接套模型出来的，而且为了保证安全，也会加大结构安全储备，这样的设计图纸成本控制肯定拉跨因而要选择好的设计团队特别是项目负责人和各个专业的负责人，判断标准是技术水平，设计经验、成本意识，服务意识，图纸质量，团队的控制力2. 结构设计准备条件设计机构确定了，就要开始具体工作了，在开始之前还需要注意几点2.1 给予合理的设计周期，按经验：10万方项目的施工图周期是两个月左右2.2 签订合理完善的合同，包括设计周期，时间节点，提供的成果要求及奖惩情况，包括但不限于“设计错误所导致的损失”、“设计延误所导致的损失”、“不利于施工造成的损失”及设计“结果超限额的罚则”等2.3 限额设计合同的签订。要按照公司的标准，在设计合同中明确设计限额，并且应适当从严控制。如果公司有标准工艺工法的话也应该一并提供设计机构3. 第三方咨询机构选择一个第三方设计咨询机构是有必要的，尤其是对于地下部分以及复杂结构的审核如判断需要聘请第三方设计咨询机构，建议在施工图纸设计之初就确定，让其充分参与到设计过程中，在过程中就对过程设计成果进行审核并提出优化建议，避免图纸完成再介入审核优化时间紧迫的窘况第三方设计咨询服务费的支付，为了避免咨询机构不认真参与，建议不设置基本费用，而是按照三方认定（设计院、甲方、第三方设计咨询）共同认定的优化金额进行提成，同时设定优化酬金的上限
02结构设计成本优化事前控制
1. 勘察报告成果的确认与合理运用地质勘察费用所占很小，但地质勘察对岩土，结构成本的影响却是很大的，特别是对基坑边坡，基础以及地下室等与土体有关部分的成本造价将起到决定性的作用。现在常见一些勘察单位以低价中标，却往往土体取样与实验不足，只好向甲方提交偏于安全，甚至过于安全的勘察成果，对于甲方是因小失大。因此，选取一个当地经验丰富，服务配合意识好的地质勘察单位，并给予合理的勘察费用是做好报告的关键因素；严格的勘察要求和勘察报告审核是地质报告做好的重要保障2. 地质勘地质勘察布孔应满足以下要求① 有地下室时勘察方案须考虑满足基坑支护设计要求。② 同一项目分期开发时，其地质勘察应该同时满足远期与近期工程开发的要求。③ 需进行场地地震安全性评价工作的，在进行地质勘察时，应同时考虑场地地震安全性评价的要求，并将地质勘察钻孔作为场地地震安全性评价所需的工程钻孔，重复利用。④ 布置勘察孔时，应结合地下室（有地下室时）范围、标高、层高综合考虑，确定孔距、孔深，以及控制性孔与一般性孔的数量比例。⑤ 当地下室有抗浮需要时，应明确要求提供设计抗浮水位。⑥ 对地质报告，设计单位应认真审阅，并应对地质报告内容及数据的准确性、完整性提出意见并及时反馈给甲方地勘的相关内容可参见《小成本大作用，房地产地勘工程管理解析》3. 方案对结构的影响有种说法是建筑方案一经确定，结构成本基本就确定了，原因在于结构设计的基础是项目整体的方案① 控制层高 减少混凝土、钢筋材料费用，控制土建成本：住宅层高每增加10CM ，土建成本增加约2%~4%。合理配置产品的层高，可以有效控制项目成本 ② 控制窗墙比直接：减少外立面门窗面积，控制材料成本间接：优化建筑节能计算结果，降低外墙保温材料及门窗的材料标准，进而节约成本 ③ 适合的体形系数直接：减少外立面面积，进而控制外墙材料成本间接：优化建筑节能计算结果，降低外墙保温材料及门窗的材质标准，进而节约成本④ 车行道路（消防车道）布局减少机动车道面积，控制土建成本；减少地下车库之上的行车道路设置，可以有效降低地下车库结构含量⑤ 车位配比标准、停车形式及停车效率控制地下室面积，控制土建成本；⑥ 控制人防地下室面积控制人防地下室土建及设备成本⑦ 户型面积段控制项目总户数，间接降低公建配套标准、非机动车位及机动车位⑧ 建筑层数在满足规划的前提下，层数宜控制在合理范围内，降低土建、设备成本
03结构设计成本优化事中控制
结构设计的事中控制是指施工图设计1. 边坡支护基坑、边坡方面的成本控制在基坑、边坡的设计中，经验占70％、计算占30％，因此在当地找一个经验丰富的设计单位和设计人员是相当关键的。在设计方案确后为进一步降低造价、方便施工和缩短进度，需要在计算、构造、施工图设计等方面进行细致的优化，使设计施工图在满足安全的前提下更经济合理。由于基坑、边坡设计中经验占了决定地位，因此请一个经验丰富的专家小组对重要基坑、边坡设计方案进行评审是一个重要环节。基坑支护专项设计成本优化详见《基坑支护方案选型及成本速查表》以及《深基坑支护方式选择及成本分析》2. 基础选型根据项目不同的地质情况、荷载情况，可供选择的基础形式非常多（冲孔桩、钻孔桩、人工挖孔桩、预应力管桩、沉管灌注桩、强夯地基处理、水泥搅拌桩、筏板、独立基础等等），需要格外谨慎的选择，确保安全且经济的目的如何判断桩（基础）的总量是否合理呢？要求设计院提供桩（基础）的总反力与建筑物总重量的比值，核对并判断其合理性(利用率>85%)基础选型专项详见《五种常见地基处理方式的技术经济对比分析》3. 层高的控制3.1 控层高的目的减少所有结构柱、剪力墙等竖向构件的长度和体积；减少建筑的总高度、降低结构的总荷载，间接降低结构成本；降低上部结构所承受的地震力、风荷载，间接降低结构成本除了结构方面直接的成本控制外，还会带来其他的成本影响，如可影响地下室底板及侧壁的截面及配筋、影响水浮力，降低抗拔桩、抗拔锚杆的费用、影响所有外维护砖墙、内分隔墙、装饰隔断的数量等等3.2 层高对成本的影响及控制① 对于许多公共建筑，包括地下空间，规范或者客户所真正关注的并不是建筑物的层高而是使用空间的净高地下室的层高：地下室层高＝建筑净高（2.2m）＋结构梁高（0.9m）＋空调管高度（0.4m）＋消防喷淋高度（0.1m）＝3.6m，水电交叉等在次梁部分进行，因此地下室层高在3.8m左右是比较合适的② 地下室顶板的覆土厚度：水、电管线的走向、交叉布置以及埋置深度以及景观种植树木的要求是决定地下室顶板覆土厚度的关键因素，一般地下室顶板的覆土厚度在1.0～1.5m左右是比较合适的。(为了避免上部建筑的设备管线直接穿越人防顶板，设计中往往将地下室顶板降低后覆土，在覆土层中完成上部建筑设备管线的转换，及避免了对管线采取防护密闭措施，又可以节省投资。另外，大型地下室顶板的跨度一般较大，仅靠中间向两边放坡是很难解决排水问题。因此设计中考虑将地下室分成几个区域，利用轻质陶粒砼找坡，坡向顶板外围水沟，由区域边的排水暗沟接入小区管网）。③ 结构梁高设计院通常的做法：取结构本身最经济的梁高（一般为1/8-1/12的跨度)；综合各种成本因素，取值应较正常结构本身最经济的梁高降低10%-30%。（建议为1/12-1/18的跨度)④ 机电的管道空间设计院通常的做法是空调、电缆、水管各占一个标高，但实际空间利用率很低建议对每一层都要做综合管线图来优化各专业管线的交叉布置和统一协调，以压缩总体管道空间。复杂工程，有条件的可使用BIM来优化管线排布⑤ 结构梁高的空间与机电的管道空间交叉优化设计a 采用变截面梁，在机电管线通过处，减少梁截面高度b 在梁中预埋管或预留洞口，使管线穿过。c 采用设柱帽（或不设柱帽）的无梁楼盖，使管线与结构柱帽在同一高度空间d 设计使结构梁的布置与空调管线的布置保持一致，以便结构梁与空调管线共同占用一个空间4. 风荷载取值对成本的影响规范规定：高度大于60M的高层建筑，风荷载的取值可按100年一遇考虑地面粗糙度类别共有四级：A、B、C、D，其选择对风荷载及成本的影响很大• A与B之间最大相差24%• B与C之间最大相差54%• C与D之间最大相差45%5. 建筑高宽比对成本的影响高层规范：在6度及7度抗震设防区，剪力墙结构及框架核芯筒结构的高度与宽度比不宜大于6，框架剪力墙结构的高度与宽度比不宜大于5建筑物在风荷载和地震荷载的作用下会发生倾覆力矩，建筑高宽比愈大，建筑物抗倾覆力矩的能力就愈差高宽比超限一定会增加成本，包括结构成本和建筑成本，因而要严格控制建筑的高宽比，不易超过规范确定的最高值6. 梁的布置与成本的关系在正常楼层,十字梁较井字梁便宜约16-22%；同时在一定跨度范围内,梁的布置越少越好
地下室梁的比较7. 板的布置与成本关系7.1 板厚的选择在满足要求的条件下劲量把板厚减少。（板厚增加总荷载会增加，构造配筋会增加，基础 梁 柱的配筋会增加，荷载增加对地震力的影响） 记住这些经验数据：① 2CM的板厚占标准层总荷载约3.3%② 仅考虑构造因素，板的配筋量与板的厚度成比例增加③ 2CM的厚度增加地震力约3.3%④ 设计中板厚的建议：普通3-4米跨度的楼板可取100l高层核心筒部位的楼板可取150l客厅处的异形大板可取120-150l普通屋面板可取120l管线密集处可取120l地下室顶板可取1807.2 板配筋的优化除需要加强部位采用双层双向配筋外其他板负筋可以采用隔一拉一的配筋方式，这样方便施工配筋也合理
8. 柱的布置与成本优化框架柱设计第一要素是柱截面尺寸不要抠太紧，即轴压比不宜太接近限值，这不仅可以减少配筋，而且还能较易实现强柱弱梁的要求，纵筋配置也应有适当余量，角筋可选择较大直径，其他纵筋根据计算要求设计即可8.1 箍筋设置技巧箍筋在满足最小配箍率和计算要求前提下，宜Ⅰ和Ⅱ（Ⅲ）级钢筋混用，即外围箍筋选择Ⅱ、Ⅲ级钢，内部箍筋仍采用Ⅰ级钢。这样可以利用强度较高的外围箍筋增加对内部砼的约束，而且容易实现配箍率要求。若全部采用Ⅰ级钢筋，为满足配箍率，有可能箍筋数量会太多或者直径过大。若全部采用Ⅱ、Ⅲ级钢筋，又可能不经济。规范规定：柱的体积配箍率为混凝土单位长度范围内箍筋的体积除以该范围内混凝土核芯区内的体积实际设计中，常常将柱混凝土核芯区的体积以柱的总体积来替换，以方便计算，并确保满足规范要求以500X500方柱为例：总体积为：500X500X1000;核芯区的体积为：440X440X1000两者相差29%8.2 柱纵向钢筋的配置技巧当柱子按计算配筋时,对X向及Y向的钢筋均有配筋面积要求，如何在满足满足计算配筋量要求的前提下尽量减少总配筋量的技巧就是：尽量加大柱子角筋的配置以右图500X500方柱为例：配筋：12Ф20 （37.7)配筋：4Ф25 4Ф20（32.1)两者相差17.5%8.3 柱网的设定常见的柱网有8400*8400及7800*5100两种，前者多见于商业项目，后者多用于住宅项目8400*8400柱网的主要出发点并非单纯因为停车的效率，是综合考虑商业柱网和停车柱网得出的（地库柱网的尺寸决定了地上商业的柱网尺寸）
7800*5100柱网更多是考虑停车效率
从地库整体考虑7800*5100的柱网要比8400*8400的柱网节省不少造价9. 剪力墙的设置与成本优化9.1 剪力墙位置及数量的设置剪力墙布置控制在建筑物的两端和周边重点布置；应尽量减少在建筑物的内部和中间位置的布置；结构的计算位移要与规范的最低要求相差不远；9.2 剪力墙长度的设置剪力墙太长，结构本身成本增加，同时又使地震力增加，进一步加大结构成本；短肢剪力墙，抗震性能不好，构造配筋成倍放大，成本也会增大剪力墙长度的设置可参照以下经验值① 最优化的剪力墙长度是其宽度的8倍 100；② 剪力墙的翼缘小于600时，应关注其结构设计结果9.3 剪力墙厚度的设置规范要求：底部加强层剪力墙厚度不小于层高的1/16（一、二级抗震等级）或1/20（三、四级抗震等级）。但底部商业、底层假复式住宅或架空层层高较高，按此规定，墙厚必须增加较多，同时变成短肢剪力墙，配筋进一步大幅增加通过大量的验算及经验，大部分墙厚不需比标准层加厚或加厚一点即可满足稳定要求，节省本层造价约15%10. 结构材料的选用10.1 钢筋的比较及选用10.1.1 几种钢筋的对比① Ⅱ级螺纹钢 VS Ⅰ级圆钢：价格基本一样，强度提高43%；最小配筋率又可同时降低;② 新Ⅲ级螺纹钢 VS Ⅱ级螺纹钢：价格贵了4.4%，强度提高20%,对按计算配筋的梁柱有显著影响；对于柱的构造配筋率，可减少0.1；（当抗震等级为三级时，柱构造配筋率：0.7%→0.6%, 减少14.3%。）可减少梁柱的配筋数量,方便施工;③ 冷轧带肋钢筋 VS Ⅱ级螺纹钢：价格贵了18.5%，强度提高20%；产品供应的直径范围所导致的 “实际最小配筋率”的影响④ 冷轧带肋钢筋 VS 冷轧带肋钢筋网片：冷轧带肋钢筋网片购买价格贵12%；冷轧带肋钢筋网片可减少施工绑扎费用；冷轧带肋钢筋网片可提高工程质量，加快工程进度⑤ 冷轧带肋钢筋 VS 冷轧扭钢筋：两者购买价格差不多，强度也相同；冷轧扭钢筋绑扎较为困难，综合单价高；10.1.2 实际工程中钢筋选用建议结构梁、柱、墙钢筋统一按以下原则选取① 6-8CM直径钢筋统一采用HRB235；② 10-12CM直径钢筋统一采用HRB335；③ 14CM及以上钢筋统一采用HRB400楼板钢筋统一按以下原则选取① 优先采用冷轧带肋钢筋；② 板底配筋尽量采用直径小、间距密的方式配置；③ 当冷轧带肋钢筋不能满足承载力要求时，采用HRB400
10.2 砼的选用① 标号增加，单价同比上升，标号每增加一级，单价提高5%-8%② 柱墙：提高标号可显著减小柱墙的尺寸，增加建筑实际使用率③ 梁：砼在构建中的作用更多的是起到抗压作用，正常情况下对梁的承载力几乎没影响，因此对梁的截面及配筋影响很小，不宜采用高标号④ 板：正常情况下对板的承载力几乎没影响，但可能会提高板的构造配筋率，同时还会增加板开裂的隐患，应尽量采用低标号⑤ 普通的结构梁板混凝土标号一般为C25、C20即可⑥ 受力较大的梁板混凝土标号可采用C30，如地下室的底板、顶板，屋顶花园的楼板等⑦ 剪力墙、柱混凝土标号按轴压比控制，使其尽量接近轴压比规定的上限，同时又使绝大部分竖向构件为构造配筋
04小结
结构设计涉及安全、质量、经济等多要素，是一个非常严谨的工作，而且内容是非常庞杂的，本文只是将日常设计中对成本影响较大，且容易操作的事项着手，旨在给大家打开思路要做好结构设计成本优化，要注重事前、事中的全过程把控，从设计机构的选定，合同的约定，设计参数的参考，对规范的正确解读，对设计方案的不断推敲及必选等方面着手对结构设计要本着以下原则1. 强柱弱梁：墙柱适当加强，梁适当减弱2. 强剪弱弯：箍筋适当加强、纵筋适当减少3. 强节点弱构件：节点核心区适当加强、构件适当减弱4. 底部加强，上部削弱：基础及底部加强区适当加强、上部减弱同时遵循价值投资的原则进行设计，只有这样才能确保结构设计中没有成本浪费，起到既安全可靠，又经济的目的。
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