淺談住宅建筑結構設計經濟性

【摘要】地產公司對建筑經濟性要求越來越高，在結構設計時設置了相應的經濟性控制指標。本文從建筑結構設計角度，對如何提高土地資源利用率、降低建筑結構工程造價，對影響住宅建筑結構經濟性的部分影響因素進行分析。

【關鍵詞】結構方案優化;結構構件;材料用量;結構經濟性

1、引言

近年來，長沙地區住宅土地市場在限房價、竟地價的規則下，房價在土地拍賣時就已經被限制，樓面成本價基本接近政府對商品房的指導價，利潤空間被嚴重壓縮。原來以增加贈送面積、提高住宅品質、增加學區配套等增加產品溢價、提高售價的傳統方式基本失效。成本控制貫穿在房地產開發的過程的各個階段，據研究在規劃設計階段對成本經濟性控制的效果可以達到全階段的80%左右，而且實施阻力很小，因此在設計階段進行事前控制顯得尤為重要。

設計階段結構經濟性優化主要有三個方面：

第一個方面是建筑方案階段，綜合結構、工程、營銷等方面的影響對建筑總體方案進行的優化和調整，一般從建筑專業入手，通過結構專業來實現的，這方面的經濟效益已脫離結構專業自身，對建筑適用性、舒適性、美觀性進行優化設計，提高建筑品質、突出營銷賣點，讓結構、巖土等隱性成本向建筑功能、建筑品質、營銷亮點等顯性成本轉移，實現經濟價值最大化的過程。

第二方面是建筑地基基礎與主體結構方案的優化，主要能對結構總體性能進行改進、可能還會對土方開挖、邊坡支護、以及人工、機械等方面的節約，增加施工便利性，縮短施工工期，優化量級在幾十萬、幾百萬之間，這是廣義的結構優化，也是結構宏觀方面的優化。

第三方面是對結構構件的優化，主要指標是混凝土含量與鋼筋含量來進行體現，一般達到幾萬、上十萬的經濟效益，也是結構微觀方面的優化。

本文主要從建筑方案階段、基礎及主體結構方案、結構構件優選方面談一下作者的心得體會。

2、結構設計經濟性方案探討

2.1建筑結構總體方案優選

建筑方案確定以后，成本也基本確定。

一個優秀的建筑設計方案，除了要滿足建筑自身的適用性、美觀性等建筑要求外，還需考慮結構的合理可行性、社會經濟性。尤其是一般高層住宅建筑應滿足最核心的居住功能的要求，避免天馬行空、華而不實地進行所謂的創意。結構設計必須從方案階段對建筑方案提出優化改進建議，在不影響建筑效果的前提下，解決部分建筑先天不足，對結構成本控制起到事半功倍的效果。

建筑設計應重視平面、立面和豎向剖面的規則性對抗震性能及經濟合理性的影響，宜注意建筑形體的規則性、高寬比不宜過大、避免豎向結構轉換、避免外墻過多的凸出和凹進、控制外挑或外挑內收尺寸、控制合理的柱跨、居中或對稱布置樓電梯間等方面。普通住宅建筑方案應避免特別不規則甚至結構超限，方便結構專業能規則、對稱地布置結構抗側力構件，避免側向剛度和承載力突變。

結構超限的避免和優化：

結構超限分為：高度超限和復雜程度超限。建筑的高度超限的主要決策一般在策劃前期或者土地競拍時已經確定，一般不會由設計部門來確定，設計師主要對復雜程度的超限方式進行規避。前期控制，在方案階段就進行充分的溝通，采取一些結構上的處理措施，比如塔樓偏置問題時適當調整主樓位置，避免7°區轉換層超過5層、凹凸不規則項增加連接寬度大于2米寬的連接板等。

2.2建筑地基基礎方案優選

根據筆者的多年設計經驗結合前人總結的成果。地基基礎選型一般遵循的優先順序是：天然基礎-換填-地基處理-復合地基-樁基-整體樁筏基礎，基礎選型時需要綜合考慮采用淺基礎增加的基礎埋深與地基處理、樁基方案的經濟性比較，因地制宜、具體情況具體分析選擇最優的基礎方案。

別墅洋房多層普通住宅：

多層住宅宜采用墻下條基、柱下獨立基礎，不帶地下室時基礎應盡量淺埋，在天然地基承載力不足的情況，也應不急于采用地基處理或樁基礎方案，如果地下空間開發利用的經濟價值比較高，可以嘗試增加地下室或地下室層數。從結構工程角度主要有以下兩方面的優點：（1）可能使基礎持力層位于較好的持力土層;（2）可以增加天然地基承載力的深度修正值，對地基沉降變形也有一定的好處，取得良好的綜合經濟效益。

高層普通住宅建筑：

高層住宅建筑一般附帶單層或多層地下室，在滿足最小嵌固深度的條件下：

小高層住宅建筑如持力層（9-18層）為壓縮模量較小的細砂、中砂、碎石土等，在承載力特征值在150～200KPa時，可采用筏板基礎，承載力特征值在200～300KPa時，可在采用獨立柱基或條基。

高層住宅建筑如持力層（18-34層）為壓縮模量較小的細砂、中砂、碎石土等，在承載力特征值在300KPa左右時，可采用筏板基礎。

但如果帶有軟弱下臥層時，需驗算地基變形是否滿足要求。

當天然在土質較差的時候，可以采用CFG樁復合地基或者普通樁基礎，樁基礎可采用預應力管樁、長螺旋鉆孔灌注樁、人工挖孔樁、旋挖成孔灌注樁等樁基礎形式。長沙地區采用CFG樁復合地基情形比較少，普通樁基優選也需要因地制宜、綜合各方面信息進行多方案綜合比較確定。

比如長沙地區多為山地丘陵地區，一般情況下，基巖埋置深度較淺，從上往下依次為粉質黏土層，全風化巖、強風化巖和中風化巖、微風化巖，各持力層厚度不均，分界不是特別明顯。高層建筑基礎設計時根據單樁承載力來確定樁端持力層，一般來說巖埋深較淺時，優先選擇中風化、微風化層作為樁端持力層，人工挖孔樁擴底后，單樁承載力優勢明顯。部分湘江階地含有卵石層較厚、附帶細砂、粗砂的情況下的基礎選型，一般來說，當卵石和碎石土最大粒徑不超過50mm時，可采用長螺旋鉆孔灌注樁，并采用樁底樁側采用高壓注漿后，單樁承載力能提高30%～80%，可以取得良好的經濟效益。

2.3建筑主體結構方案優選

別墅洋房多層普通住宅：

多層住宅結構形式主要采用普通剪力墻結構、短肢墻較多的剪力墻結構、異形柱框架結構、異形柱-剪力墻結構。需要注意的是異形柱框架結構的高度限值是24米，超過24米要采用異形柱框剪結構，在長沙6度區異形柱框剪結構的框架抗震等級四級，剪力墻抗震等級為三級，底部兩層需要設置約束邊緣構件，而對于普通住宅來說，異型柱的截面大于600后是短柱，箍筋要全高加密，體積配箍率不應小于1.2%，含鋼量會有一定的提升;如果采用剪力墻結構，抗震等級為四級，只需要采用構造邊緣構件，梁由于跨度減小后配筋量也會減少。這種情況下采用剪力墻結構會比異形柱框剪結構更加經濟。

高層普通住宅建筑：

剪力墻結構具有承受豎向荷載和水平荷載能力強，整體性好、抗側力剛度大，抗震性能好，沒有梁柱外露、室內空間規則的優點，廣泛應用于高層住宅建筑。當主樓底部一層或幾層需要大空間時，需對上部剪力墻進行轉換，就形成了框支剪力墻結構。由于框支剪力墻抗震性能較差，從結構安全經濟性方面評估，高層住宅應盡量設計成普通剪力墻結構。普通剪力墻是指截面長寬比大于8的剪力墻，短肢剪力墻是指截面長寬比為4～8的剪力墻。由于短肢剪力墻抗震性能比普通剪力墻要差，高規規定在規定水平力作用下，短肢剪力墻承擔的底部傾覆力矩不宜大于結構底部總地震力矩的50%，短肢剪力墻其墻身的軸壓比限制及豎向鋼筋的配筋率要求卻遠遠高于普通剪力墻結構，除非開發商對平面布局靈活性有特殊要求，不宜采用短肢剪力墻結構。

地下車庫底板和樓蓋結構：

對于普通地下室底板，優先采用柱下獨立基礎或墻下條形基礎+抗水板結構或預制管樁（長螺旋鉆孔灌注樁）+抗水板形式。由水浮力較大，整體或局部抗浮不能滿足時，可以采用降低層高、增加結構自重（如無梁樓蓋頂板）、延伸底板等增加配重措施。在采用抗拔樁或抗浮錨桿的經濟性必選時，也需結合基礎底板設計及施工工期要求進行綜合比較。若基巖埋深較淺時，采用柱下獨立基礎時可優先考慮抗浮錨桿;當天然地基承載力不能滿足承載力要求時，應優先選擇抗拔樁基礎，同時發揮抗拔樁的承壓作用。

帶種植覆土的地下車庫頂板樓蓋結構，在考慮降低層高的綜合經濟效益、施工便利性方面，優先采用無梁樓蓋。必須采用梁板體系時，采用井字梁結構經濟性明顯優于單向次梁及十字梁結構。中間層無人防荷載樓蓋采用雙平行次梁體系最優，其次是主梁大板體系。帶人防荷載時，樓蓋經濟性與頂板樓蓋選型結論相似。

2.4結構構件優化

結構計算模型要求參數定義合理化、精細化：如平面荷載精細化、地面粗糙度不隨意選擇B類、梁配筋考慮樓板翼緣T形梁配筋、活荷載根據規范進行折減。根據計算結果，滿足規范限值要求的前提下，盡量控制構件余量，避免結構構件有過多的冗余。

構件細部的優化原則是重視結構概念，做到該加強的部位加強，該弱化部位弱化，強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件等概念性要求，滿足結構安全經濟，盡量減少不必要的浪費。

結語：

在住宅建筑設計過程中，結構設計師應該樹立結構經濟意識，積極地參與建筑方案階段的前期控制，重概念設計，選擇合理的結構選型、優化結構豎向和平面布置、綜合考慮巖土、施工、營銷各方面成本，取得良好的經濟效益。

參考文獻：

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作者簡介：

楊志富（1984-），男，漢族，湖南長沙人，本科，工程師，主要從事結構設計工作。