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淺談如何優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)方案
2019-03-11 23:43:40次
一個(gè)優(yōu)秀的建筑設(shè)計(jì)方案,，之所以能在眾多方案中脫穎而出,，應(yīng)該集中了眾家之長(zhǎng)，不僅在設(shè)計(jì)中有獨(dú)特的構(gòu)思,，而且在經(jīng)濟(jì)分析上也占有優(yōu)勢(shì),。然而在目前的方案設(shè)計(jì)過程中更多的是考慮了建筑的新穎，外形的美觀,，功能的完善等等,，而對(duì)于經(jīng)濟(jì)分析這一塊即便有所考慮，也是花費(fèi)的功夫甚少,。所以,，如建筑方案中的平面布置為內(nèi)廊式還是外廊式、進(jìn)深與開間的確定,、立面形式的選擇,、層高與層數(shù)的確定等都存在著技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析問題。
例如某辦公樓，地下一層,，地上十六層,，總高度68.8m，框架——核心筒結(jié)構(gòu),，地下室為消防水池和設(shè)備機(jī)房,，平面尺寸31x41，埋深6,，抗震設(shè)防烈度為7度,。由于工程地質(zhì)條件比較復(fù)雜，地基土極不均勻,，設(shè)計(jì)人員提出了梁板式樁筏基礎(chǔ),、復(fù)合地基箱形基礎(chǔ)和一柱一樁的沖（鉆）孔樁基三種基礎(chǔ)方案進(jìn)行比較分析。通過初步計(jì)算,，梁板式樁筏基礎(chǔ)需要240根截面500500的預(yù)制混凝土方樁,，樁長(zhǎng)25～30。雖然經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可以,，但由于下部的基巖表面不平整,，起伏大，淺的地方離基底不到20,，深的可達(dá)55,。這樣就形成有的預(yù)制方樁是端承型，而有的卻是摩擦型,，勢(shì)必會(huì)引起建筑物的不均勻沉降,。同時(shí)，上淺層的砂質(zhì)粘性土中含有大量的孤石,，這會(huì)給打樁帶來很大的障礙,，所以該方案被否決。
最后在復(fù)合地基箱形基礎(chǔ)和沖（鉆）孔樁基這兩種基礎(chǔ)方案的具體分析比較中發(fā)現(xiàn),，箱形基礎(chǔ)不但整體性好,，剛度大和有利于分散基底土壓力，而且在根據(jù)基巖的不同埋深適當(dāng)調(diào)整地基加固的深度來解決基礎(chǔ)不均勻沉降問題后的造價(jià)要比沖（鉆）孔樁基便宜至少50多萬元,，其中尚未包括樁基處理土洞和溶洞所需增加的費(fèi)用,。另外，箱形基礎(chǔ)所需的施工工期要比樁基短2～3個(gè)月,。在安全可靠與綜合經(jīng)濟(jì)效益的前提下,，最后選擇了“箱形基礎(chǔ)+復(fù)合地基”的基礎(chǔ)形式。
再如地基處理方案的選擇,，由于當(dāng)前的建筑物逐步走向多層,、高層,、甚至超高層。對(duì)地基的要求越來越高,，天然地基已無法滿足工程需要,，地基處理方案也越來越多。還有多層住宅的基礎(chǔ)一般就沒有必要采用大口徑擴(kuò)孔樁,；高層建筑可利用架空層作為輔助用房,，而沒必要回填大量的土方，這樣做既節(jié)省了資金又增加了面積,。事實(shí)上,，各方案造價(jià)往往有較大差距，選擇經(jīng)濟(jì)好的方案能大大降低造價(jià),。據(jù)統(tǒng)計(jì),，在滿足同樣功能的條件下，技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì),，可降低工程造價(jià)5%～10%,，甚至可達(dá)10%～20%。
所以,，方案設(shè)計(jì)階段的經(jīng)濟(jì)分析做得好,，才能真正從源頭上控制工程造價(jià)，對(duì)設(shè)計(jì)人員和造價(jià)管理人員都應(yīng)該重視起來,，使工程造價(jià)控制真正落到實(shí)處,。
（1）鋼筋種類的選擇
現(xiàn)在市場(chǎng)上鋼筋種類很多,，如Ⅰ級(jí)鋼筋、Ⅱ級(jí)鋼筋,、Ⅲ級(jí)鋼筋,、新Ⅲ級(jí)鋼筋、冷軋帶肋鋼筋,，冷軋扭鋼筋等,。大多數(shù)設(shè)計(jì)人員一般把設(shè)計(jì)的重點(diǎn)放在配筋計(jì)算上，忽視了鋼筋種類的選擇,。在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提下,，選擇造價(jià)低的鋼筋方案，可以達(dá)到降低工程造價(jià)的目的,。
?。?）樓梯選型
在一些工程中，我們經(jīng)?？吹?米乃至4米寬的樓梯仍有用板式的,。實(shí)際上，當(dāng)樓板長(zhǎng)大于3米時(shí)，就應(yīng)該設(shè)計(jì)成梁式樓梯,。如某工程樓梯間跨度為3.6米,。采用板式時(shí)板厚130毫米，砼用量為1.5米3,、鋼筋用量50公斤,；而采用梁式樓梯時(shí)、板厚40毫米,，砼用量為1.3米3,，鋼筋用量為26公斤，顯然梁式樓梯要節(jié)約資金,。
?。?）剪力墻設(shè)計(jì)：
例如對(duì)于小高層住宅來說，剪力墻是面廣量大的,，因此合理的控制剪力墻配筋對(duì)于結(jié)構(gòu)安全及工程的經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的作用,。
a） 剪力墻墻體配筋（以200厚墻體為例）一般要求水平鋼筋放在外側(cè)，豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè),。配筋滿足計(jì)算及規(guī)范建議的最小配筋率即可,。建議加強(qiáng)區(qū)Φ10@200，非加強(qiáng)區(qū)Φ8@200雙層雙向即可,，雙排鋼筋之間采用Φ6@600x600拉筋,。但地下部分墻體配筋則另當(dāng)別論。
b）. 剪力墻按規(guī)范應(yīng)設(shè)置邊緣構(gòu)件,，一.二級(jí)抗震設(shè)計(jì)的剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件,；筆者認(rèn)為首先要區(qū)分剪力墻的受力特性及類別，即：普通剪力墻（長(zhǎng)墻）,，短肢剪力墻,，小墻肢和一個(gè)方向長(zhǎng)肢墻而另一方向?qū)俣讨珘韰^(qū)別對(duì)待配筋。
c）. 剪力墻中的連梁跨度小,，截面高度大,，在地震作用下彎矩、剪力很大,，有時(shí)很難進(jìn)行設(shè)計(jì),，如果加大連梁高度，配筋值有時(shí)反而更大,。連梁高度一般是從洞頂算到上一層洞底或從洞頂算到樓面標(biāo)高,。對(duì)于門洞，上述所示情況梁的高度是一樣的,；但對(duì)于窗洞,，連梁高度如果從窗洞算到上一層窗底,，有時(shí)則高度太高，這樣高跨比太大,，并且與計(jì)算圖形不符,，相應(yīng)配筋亦較大，不合理,。筆者建議,，連梁高度計(jì)算與設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)定從洞頂算到樓板面或屋面，對(duì)于窗洞樓面至窗臺(tái)部分可用磚或其他輕質(zhì)材料砌筑,。對(duì)于窗臺(tái)有飄窗時(shí),，可再增加一根梁，兩根梁之間用磚填充,。連梁配筋應(yīng)對(duì)稱配置,，腰筋同墻體水平筋。
d）. 目前,，各設(shè)計(jì)院在剪力墻的樓層處均設(shè)置暗梁,，而對(duì)暗梁的作用及配筋亦各有理解。筆者認(rèn)為對(duì)于框架—剪力墻結(jié)構(gòu),，如剪力墻周邊僅有柱而無梁時(shí),，則設(shè)置暗梁，并且要求剪力墻兩端是明柱,，這是因?yàn)橹苓呌辛褐募袅?，抗震性能要比一般剪力墻要好。因此筆者認(rèn)為,，就目前而言,，在樓層位置設(shè)置暗梁是可行的，但沒有必要設(shè)置太大斷面及配筋,。
?。?）減少設(shè)計(jì)變更：
加強(qiáng)設(shè)計(jì)變更管理，實(shí)行限額動(dòng)態(tài)控制,。一般來說，設(shè)計(jì)變更是不可避免的,，但不同階段的變更,，其損失費(fèi)用也不相同。變更發(fā)生得越早,，損失越?。环粗?，損失就越大,。如果在設(shè)計(jì)階段變更,，則只需修改圖紙，其它費(fèi)用尚未發(fā)生,，損失有限,；如果在采購(gòu)階段變更，不僅需要修改圖紙,，而且設(shè)備,、材料還須重新采購(gòu)；若在施工階段變更,，除上述費(fèi)用外,，已施工的工程還須拆除，勢(shì)必造成重大變更損失,。盡可能把設(shè)計(jì)變更控制在設(shè)計(jì)階段初期,，尤其對(duì)影響工程造價(jià)的重大設(shè)計(jì)變更，更要用先算賬后變更的辦法解決,，使工程造價(jià)得到有效控制,。
（5）適當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)：
經(jīng)國(guó)家或省,、市,、自治區(qū)批準(zhǔn)的建筑、結(jié)構(gòu)和構(gòu)件等整套標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)文件圖紙,，稱為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),。標(biāo)準(zhǔn)的工程設(shè)計(jì)，來源于工程建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和科研成果,，是已被實(shí)踐證明了的優(yōu)秀設(shè)計(jì),，它適應(yīng)我國(guó)的自然條件和技術(shù)發(fā)展水平，能合理地利用能源,、資源,、材料和設(shè)備，體現(xiàn)施工,、生產(chǎn),、使用和維修的要求。因此采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)一般都能使工程造價(jià)低于非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),，但對(duì)于特殊的工程例外,。同時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)還能節(jié)約設(shè)計(jì)費(fèi)用,，縮短設(shè)計(jì)周期,，能較好地執(zhí)行國(guó)家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。它是在設(shè)計(jì)階段有效控制和降低工程造價(jià)的重要方法,。
總之,，設(shè)計(jì)階段的造價(jià)控制雖然并不那么輕松,，但它確實(shí)是真正體現(xiàn)了事前控制的思想，能起到事半功倍的效果,，達(dá)到花小錢辦大事的目的,，只有當(dāng)業(yè)主（建設(shè)單位）真正把控制造價(jià)的關(guān)鍵階段確立在設(shè)計(jì)階段時(shí)，才能收到投資省,、進(jìn)度快,、質(zhì)量好的效果。
例如某辦公樓，地下一層,，地上十六層,，總高度68.8m，框架——核心筒結(jié)構(gòu),，地下室為消防水池和設(shè)備機(jī)房,，平面尺寸31x41，埋深6,，抗震設(shè)防烈度為7度,。由于工程地質(zhì)條件比較復(fù)雜，地基土極不均勻,，設(shè)計(jì)人員提出了梁板式樁筏基礎(chǔ),、復(fù)合地基箱形基礎(chǔ)和一柱一樁的沖（鉆）孔樁基三種基礎(chǔ)方案進(jìn)行比較分析。通過初步計(jì)算,，梁板式樁筏基礎(chǔ)需要240根截面500500的預(yù)制混凝土方樁,，樁長(zhǎng)25～30。雖然經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可以,，但由于下部的基巖表面不平整,，起伏大，淺的地方離基底不到20,，深的可達(dá)55,。這樣就形成有的預(yù)制方樁是端承型，而有的卻是摩擦型,，勢(shì)必會(huì)引起建筑物的不均勻沉降,。同時(shí)，上淺層的砂質(zhì)粘性土中含有大量的孤石,，這會(huì)給打樁帶來很大的障礙,，所以該方案被否決。
最后在復(fù)合地基箱形基礎(chǔ)和沖（鉆）孔樁基這兩種基礎(chǔ)方案的具體分析比較中發(fā)現(xiàn),，箱形基礎(chǔ)不但整體性好,，剛度大和有利于分散基底土壓力，而且在根據(jù)基巖的不同埋深適當(dāng)調(diào)整地基加固的深度來解決基礎(chǔ)不均勻沉降問題后的造價(jià)要比沖（鉆）孔樁基便宜至少50多萬元,，其中尚未包括樁基處理土洞和溶洞所需增加的費(fèi)用,。另外，箱形基礎(chǔ)所需的施工工期要比樁基短2～3個(gè)月,。在安全可靠與綜合經(jīng)濟(jì)效益的前提下,，最后選擇了“箱形基礎(chǔ)+復(fù)合地基”的基礎(chǔ)形式。
再如地基處理方案的選擇,，由于當(dāng)前的建筑物逐步走向多層,、高層,、甚至超高層。對(duì)地基的要求越來越高,，天然地基已無法滿足工程需要,，地基處理方案也越來越多。還有多層住宅的基礎(chǔ)一般就沒有必要采用大口徑擴(kuò)孔樁,；高層建筑可利用架空層作為輔助用房,，而沒必要回填大量的土方，這樣做既節(jié)省了資金又增加了面積,。事實(shí)上,，各方案造價(jià)往往有較大差距，選擇經(jīng)濟(jì)好的方案能大大降低造價(jià),。據(jù)統(tǒng)計(jì),，在滿足同樣功能的條件下，技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì),，可降低工程造價(jià)5%～10%,，甚至可達(dá)10%～20%。
所以,，方案設(shè)計(jì)階段的經(jīng)濟(jì)分析做得好,，才能真正從源頭上控制工程造價(jià)，對(duì)設(shè)計(jì)人員和造價(jià)管理人員都應(yīng)該重視起來,，使工程造價(jià)控制真正落到實(shí)處,。
（1）鋼筋種類的選擇
現(xiàn)在市場(chǎng)上鋼筋種類很多,，如Ⅰ級(jí)鋼筋、Ⅱ級(jí)鋼筋,、Ⅲ級(jí)鋼筋,、新Ⅲ級(jí)鋼筋、冷軋帶肋鋼筋,，冷軋扭鋼筋等,。大多數(shù)設(shè)計(jì)人員一般把設(shè)計(jì)的重點(diǎn)放在配筋計(jì)算上，忽視了鋼筋種類的選擇,。在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提下,，選擇造價(jià)低的鋼筋方案，可以達(dá)到降低工程造價(jià)的目的,。
?。?）樓梯選型
在一些工程中，我們經(jīng)?？吹?米乃至4米寬的樓梯仍有用板式的,。實(shí)際上，當(dāng)樓板長(zhǎng)大于3米時(shí)，就應(yīng)該設(shè)計(jì)成梁式樓梯,。如某工程樓梯間跨度為3.6米,。采用板式時(shí)板厚130毫米，砼用量為1.5米3,、鋼筋用量50公斤,；而采用梁式樓梯時(shí)、板厚40毫米,，砼用量為1.3米3,，鋼筋用量為26公斤，顯然梁式樓梯要節(jié)約資金,。
?。?）剪力墻設(shè)計(jì)：
例如對(duì)于小高層住宅來說，剪力墻是面廣量大的,，因此合理的控制剪力墻配筋對(duì)于結(jié)構(gòu)安全及工程的經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的作用,。
a） 剪力墻墻體配筋（以200厚墻體為例）一般要求水平鋼筋放在外側(cè)，豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè),。配筋滿足計(jì)算及規(guī)范建議的最小配筋率即可,。建議加強(qiáng)區(qū)Φ10@200，非加強(qiáng)區(qū)Φ8@200雙層雙向即可,，雙排鋼筋之間采用Φ6@600x600拉筋,。但地下部分墻體配筋則另當(dāng)別論。
b）. 剪力墻按規(guī)范應(yīng)設(shè)置邊緣構(gòu)件,，一.二級(jí)抗震設(shè)計(jì)的剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件,；筆者認(rèn)為首先要區(qū)分剪力墻的受力特性及類別，即：普通剪力墻（長(zhǎng)墻）,，短肢剪力墻,，小墻肢和一個(gè)方向長(zhǎng)肢墻而另一方向?qū)俣讨珘韰^(qū)別對(duì)待配筋。
c）. 剪力墻中的連梁跨度小,，截面高度大,，在地震作用下彎矩、剪力很大,，有時(shí)很難進(jìn)行設(shè)計(jì),，如果加大連梁高度，配筋值有時(shí)反而更大,。連梁高度一般是從洞頂算到上一層洞底或從洞頂算到樓面標(biāo)高,。對(duì)于門洞，上述所示情況梁的高度是一樣的,；但對(duì)于窗洞,，連梁高度如果從窗洞算到上一層窗底,，有時(shí)則高度太高，這樣高跨比太大,，并且與計(jì)算圖形不符,，相應(yīng)配筋亦較大，不合理,。筆者建議,，連梁高度計(jì)算與設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)定從洞頂算到樓板面或屋面，對(duì)于窗洞樓面至窗臺(tái)部分可用磚或其他輕質(zhì)材料砌筑,。對(duì)于窗臺(tái)有飄窗時(shí),，可再增加一根梁，兩根梁之間用磚填充,。連梁配筋應(yīng)對(duì)稱配置,，腰筋同墻體水平筋。
d）. 目前,，各設(shè)計(jì)院在剪力墻的樓層處均設(shè)置暗梁,，而對(duì)暗梁的作用及配筋亦各有理解。筆者認(rèn)為對(duì)于框架—剪力墻結(jié)構(gòu),，如剪力墻周邊僅有柱而無梁時(shí),，則設(shè)置暗梁，并且要求剪力墻兩端是明柱,，這是因?yàn)橹苓呌辛褐募袅?，抗震性能要比一般剪力墻要好。因此筆者認(rèn)為,，就目前而言,，在樓層位置設(shè)置暗梁是可行的，但沒有必要設(shè)置太大斷面及配筋,。
?。?）減少設(shè)計(jì)變更：
加強(qiáng)設(shè)計(jì)變更管理，實(shí)行限額動(dòng)態(tài)控制,。一般來說，設(shè)計(jì)變更是不可避免的,，但不同階段的變更,，其損失費(fèi)用也不相同。變更發(fā)生得越早,，損失越?。环粗?，損失就越大,。如果在設(shè)計(jì)階段變更,，則只需修改圖紙，其它費(fèi)用尚未發(fā)生,，損失有限,；如果在采購(gòu)階段變更，不僅需要修改圖紙,，而且設(shè)備,、材料還須重新采購(gòu)；若在施工階段變更,，除上述費(fèi)用外,，已施工的工程還須拆除，勢(shì)必造成重大變更損失,。盡可能把設(shè)計(jì)變更控制在設(shè)計(jì)階段初期,，尤其對(duì)影響工程造價(jià)的重大設(shè)計(jì)變更，更要用先算賬后變更的辦法解決,，使工程造價(jià)得到有效控制,。
（5）適當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)：
經(jīng)國(guó)家或省,、市,、自治區(qū)批準(zhǔn)的建筑、結(jié)構(gòu)和構(gòu)件等整套標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)文件圖紙,，稱為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),。標(biāo)準(zhǔn)的工程設(shè)計(jì)，來源于工程建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和科研成果,，是已被實(shí)踐證明了的優(yōu)秀設(shè)計(jì),，它適應(yīng)我國(guó)的自然條件和技術(shù)發(fā)展水平，能合理地利用能源,、資源,、材料和設(shè)備，體現(xiàn)施工,、生產(chǎn),、使用和維修的要求。因此采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)一般都能使工程造價(jià)低于非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),，但對(duì)于特殊的工程例外,。同時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)還能節(jié)約設(shè)計(jì)費(fèi)用,，縮短設(shè)計(jì)周期,，能較好地執(zhí)行國(guó)家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。它是在設(shè)計(jì)階段有效控制和降低工程造價(jià)的重要方法,。
總之,，設(shè)計(jì)階段的造價(jià)控制雖然并不那么輕松,，但它確實(shí)是真正體現(xiàn)了事前控制的思想，能起到事半功倍的效果,，達(dá)到花小錢辦大事的目的,，只有當(dāng)業(yè)主（建設(shè)單位）真正把控制造價(jià)的關(guān)鍵階段確立在設(shè)計(jì)階段時(shí)，才能收到投資省,、進(jìn)度快,、質(zhì)量好的效果。