結(jié)構(gòu)方案的確定和改變

尹衛(wèi)軍 蔡銀亮

建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程，一般是先做規(guī)劃和建筑方案，然后確定結(jié)構(gòu)方案和其他專(zhuān)業(yè)方案，再進(jìn)一步擴(kuò)展到各專(zhuān)業(yè)施工圖。在工程實(shí)踐過(guò)程中，建筑規(guī)劃和建筑方案受業(yè)主、用戶(hù)、城市規(guī)劃、城市景觀等方面的要求制約，常常會(huì)有多輪的深化調(diào)整。結(jié)構(gòu)方案在按照初步建筑方案確定后，通常不會(huì)因?yàn)榻ㄖ桨傅木植空{(diào)整，對(duì)上部結(jié)構(gòu)型式作出選型方面的修改。但是，具體工程還需具體分析，對(duì)于建筑方案的調(diào)整，是否要進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型方面的修改，結(jié)構(gòu)工程師需要具體分析和計(jì)算，準(zhǔn)確判斷，才能得出更加合理的結(jié)構(gòu)型式。

本文以某停車(chē)樓項(xiàng)目為例，工程前階段按照規(guī)劃和建筑方案確定了結(jié)構(gòu)方案，之后，建筑方案調(diào)整，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨方案是否改變的選擇。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師對(duì)可選結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，以詳實(shí)的計(jì)算數(shù)據(jù)和分析為基礎(chǔ)，選擇了更加合適的結(jié)構(gòu)方案，獲得業(yè)主和其他參建單位的認(rèn)可，取得良好的建筑功能價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。

一、前階段的建筑方案和結(jié)構(gòu)方案

停車(chē)樓的前期規(guī)劃如圖1所示，停車(chē)樓的平面范圍包含了相鄰的已建污水處理站，停車(chē)樓的上部樓層可以利用相鄰一層的污水處理站的上部空間。建筑布置采用了下部三層跨越已有建筑物的方案，建筑在四層以上的樓層恢復(fù)到完整的停車(chē)樓平面。

圖1 停車(chē)樓規(guī)劃圖

對(duì)應(yīng)此時(shí)的建筑方案，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工程建設(shè)的關(guān)鍵在于需要約30m的大跨度結(jié)構(gòu)跨越已有建筑物，并且大跨結(jié)構(gòu)上還需要承托三層車(chē)庫(kù)荷載。大跨度的結(jié)構(gòu)首先要具備較高的承載力，才能夠作為上部三層車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)框架柱的轉(zhuǎn)化構(gòu)件。其次，被承托的樓層荷載應(yīng)盡可能小，結(jié)構(gòu)才具有較好的安全性和經(jīng)濟(jì)性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了鋼結(jié)構(gòu)框架方案，大跨位置采用鋼桁架。鋼結(jié)構(gòu)和鋼桁架正好具備了樓層自重小，大跨結(jié)構(gòu)承載力高的特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)立面如圖2。

圖2 停車(chē)樓結(jié)構(gòu)立面

在初步的建筑方案和結(jié)構(gòu)方案確定后，設(shè)計(jì)單位向業(yè)主匯報(bào)建筑結(jié)構(gòu)方案。本工程屬政府投資工程，業(yè)主邀請(qǐng)了建筑結(jié)構(gòu)方面專(zhuān)家進(jìn)行方案評(píng)審，評(píng)審會(huì)確定了鋼框架方案。

二、規(guī)劃和建筑方案變化，結(jié)構(gòu)型式面臨選擇

而后，停車(chē)樓的規(guī)劃方案又發(fā)生了多輪次變動(dòng)，最后的停車(chē)樓在規(guī)劃上沒(méi)有與相鄰已有建筑物發(fā)生平面關(guān)系，并且保持了一定的距離。

結(jié)構(gòu)方案中不再需要前期方案中的大跨度桁架，前階段確定的鋼框架方案在技術(shù)上仍然是可行的。另外，對(duì)這種比較規(guī)則柱網(wǎng)車(chē)庫(kù)的建筑，比較常見(jiàn)的是采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，本工程該采用哪種結(jié)構(gòu)方案呢？

對(duì)此，業(yè)主單位管理人員開(kāi)始是主張沿用鋼結(jié)構(gòu)方案，因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)方案是經(jīng)過(guò)專(zhuān)家評(píng)審確定了的做法，對(duì)于政府投資工程，沒(méi)有明確充分的原因，不應(yīng)該隨意改變前面會(huì)議結(jié)論。

此時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以按照業(yè)主單位意見(jiàn)，直接進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)。但是，按照工程經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)人員覺(jué)得混凝土結(jié)構(gòu)具有更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師全面地對(duì)兩個(gè)方案，即鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，仔細(xì)分析，分別計(jì)算，從經(jīng)濟(jì)性和施工、維護(hù)方面做詳細(xì)比較。將兩方案的優(yōu)劣性告知業(yè)主和參建單位，為方案選擇給出切實(shí)的理由。

三、兩種結(jié)構(gòu)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較

本工程最后確定的建筑方案為八層樓的即停即走停車(chē)庫(kù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)兩種結(jié)構(gòu)方案分別進(jìn)行初步設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)兩種結(jié)構(gòu)型式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較如下。

1.鋼結(jié)構(gòu)型式的上部結(jié)構(gòu)造價(jià)估算

鋼結(jié)構(gòu)方案做法：地面以上的梁、板、柱分別采用H型鋼梁、壓型鋼板上澆混凝土組合樓板、矩形鋼管柱，一層局部樓板采用鋼筋混凝土樓板。上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件造價(jià)估算：

單位面積用量合計(jì)單位面積用量綜合單價(jià)單位面積造價(jià)(元/m2)合計(jì)結(jié)構(gòu)單價(jià)(元/m2)鋼柱用鋼量 47.7 kg/m2鋼梁用鋼量 67.4 kg/m2 135.1 13000元/噸 1756壓型鋼板 140鋼筋 13.8 kg/m2 13.8 kg/m2 7000元/噸 96.6樓板2200混凝土 0.120 m/m2 0.12 m/m2 1200元/ m3 144 30混凝土 40一層混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋

表中鋼結(jié)構(gòu)鋼材考慮加工制作利潤(rùn)、防腐防火涂層等綜合單價(jià)按13000元/噸計(jì)算。

2.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)型式的上部結(jié)構(gòu)造價(jià)估算

混凝土結(jié)構(gòu)方案做法：梁、板、柱均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件造價(jià)估算：

構(gòu)件類(lèi)別單位面積用量合計(jì)單位面積用量綜合單價(jià)單位面積造價(jià)(元/m2)合計(jì)結(jié)構(gòu)單價(jià)(元/m2)板 15.5 kg/m2鋼筋用量 梁 25.5 kg/m2柱 13.9 kg/m2 55 kg/m2 8000元/噸 440 915板 0.15 m/m2梁 0.16 m/m2柱 0.086 m/m2混凝土用量0.396 m/m2 1200元/ m3 475

表中鋼筋考慮加工制作利潤(rùn)等綜合單價(jià)按8000元/噸計(jì)算，混凝土考慮模板養(yǎng)護(hù)利潤(rùn)等綜合單價(jià)按1200元/m3計(jì)算。

四、兩種結(jié)構(gòu)方案在施工、使用維護(hù)、建筑外觀方面的比較

兩種結(jié)構(gòu)方案在施工方面：鋼結(jié)構(gòu)施工周期較短，砼施工時(shí)間稍長(zhǎng)。由于本工程總共八層，2萬(wàn)平米，在本工程中采用砼施工周期也不會(huì)很長(zhǎng)。施工技術(shù)都可行，比較成熟。

使用和維護(hù)方面：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性好，基本不需要后期維護(hù)；鋼結(jié)構(gòu)需要定期（約10～15年）對(duì)防腐防火涂層及鋼構(gòu)件進(jìn)行檢查和處理。

建筑外觀：建筑外立面以裝飾面板為主，結(jié)構(gòu)構(gòu)件不直接外露，兩種結(jié)構(gòu)型式對(duì)建筑外觀造成的差異不大。

五、通過(guò)比較改變前階段的結(jié)構(gòu)方案

通過(guò)上述比較，可以看出本工程可選的兩種不同的結(jié)構(gòu)型式，在施工和使用維護(hù)方面各有優(yōu)劣，但都是在常規(guī)的工程范疇內(nèi)，工期、施工難度、維護(hù)要求都在可接受范圍。而經(jīng)濟(jì)性方面差距比較大，以本工程約2萬(wàn)平米的地上建筑面積統(tǒng)計(jì)，采用兩種不同的結(jié)構(gòu)型式，在上部結(jié)構(gòu)造價(jià)方面有約2000萬(wàn)元的差價(jià)。雖然初步的工程造價(jià)計(jì)算會(huì)比較粗略，但在比較兩方案經(jīng)濟(jì)性上還是有說(shuō)服力的。

由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)型式能夠較好滿足建筑功能，能夠在施工、使用維護(hù)等方面符合要求，并且在經(jīng)濟(jì)性方面有明顯優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)單位推薦采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)型式。前階段選定的鋼結(jié)構(gòu)方案對(duì)當(dāng)時(shí)的大跨度轉(zhuǎn)換建筑方案是合適的，取消大跨結(jié)構(gòu)之后，結(jié)構(gòu)型式宜做出改變，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)更加適合。

業(yè)主單位管理人員最后認(rèn)同了設(shè)計(jì)人員的意見(jiàn)，接受了設(shè)計(jì)單位建議。本工程改變結(jié)構(gòu)方案，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

六、結(jié)語(yǔ)

1.工程結(jié)構(gòu)方案是根據(jù)建筑方案確定的，而且隨著建筑方案的改變，原本選定的結(jié)構(gòu)方案可能不再是最合適的，需要作出改變，再次選定結(jié)構(gòu)方案。

2.結(jié)構(gòu)方案選擇需要多方案比選，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員多方案計(jì)算，還需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員具有一些工程造價(jià)常識(shí)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在方案選擇階段多做一些工作、多一些思考，能有效提高工程建設(shè)的安全適用性、經(jīng)濟(jì)合理性。