文/王吉辉 大连经济技术开发区规划建筑设计院 辽宁大连 116600

混凝土结构设计的经济性

文/王吉辉 大连经济技术开发区规划建筑设计院 辽宁大连 116600

经济性设计远在公元前1世纪就为设计师所意识。古罗马建筑师维特鲁威在其著名的《建筑十书》中提出了三位一体的基本原理或者说设计原则，即一切建筑都应当恰如其分地考虑到坚固耐用、美丽悦目。他对建筑设计美的研究，始终结合着建筑物的性质、位置、环境、大小、实用、经济等因素进行，这里的原则精神一般地运用到其它艺术设计中，其中所说的“实用经济”等因素显然就是经济性。随着当今市场经济的发展，为了获取最大的利润空间，经济性已成为对设计产品评估的非常重要的一个标准。合理的成本控制理念，设计者应贯穿与整个结构设计当中。

混凝土结构；设计；经济性

现有的设计大环境，建设单位对设计的经济性，主要指标控制在钢筋用量及混凝土用量方面。建设单位提出的用量控制指标，一般根据同类工程的经验数值确定的。然而实际工程由于建筑方案的千变万化，造成较大的不可比性。一般来说，非标准层部分，由于使用功能等的不同，结构用材可比性不强，地下室及基础由于所处环境等原因，也不具有明显的可比性。相对而言，标准层一般变化不大，是具有较强可比性的。

对于非标准层位置，一般为裙房商业部分。由于商业的使用功能不同，决定了结构设计的荷载差异较大。如商场的电影院部分，为追求感官的效果，电影屏幕基本都是跨结构层设置，造成此部分结构竖向不规则，很可能产生薄弱层，相对地震力应增大，结构构造措施应加强，因此造成钢筋及混凝土用量比一般结构增大较多。另外商场上有设置游泳，健身等荷载较大的使用功能的房间，也造成此位置比一般使用功能的房间的用钢筋量及混凝土量大较多。还有为了追求建筑美观的效果，悬挑构件及不规则的平面竖向造型，均造成结构用料的增加。所以非标准层部分，结构经济性是不具有可比性的。

对于地下部分，受到地下室层数，地下水位，是否设置人防地下室，地面覆土的厚薄以及是否考虑消防车荷载等情况的影响，地下室结构设计的主材用量差别很大。地基基础的形式也由于地基场地土的不同，而差别较大。场地条件好时，可采用天然基础，相对而言地基基础费用较低，而当地质条件很差时，如软土地基或者严重不均匀地基，当采用桩基础或进行严格的地基处理，此情况费用较高。所以地下部分结构经济性也是不具有可比性的。

对于标准层部分，在整个建筑中，其量大面广，为建筑的主体结构部分，所以控制住标准层的钢筋混凝土用量，也基本也就控制住了整个工程的结构用料造价。同时标准层一般变化不大，其建筑布置具有较大的相似性，综上所述，我们控制结构主材用量的主要精力，应放在对标准层的控制上。

如何控制标注层的钢筋混凝土用量，我们应从结构选型，平面布置及材料强度方面综合考虑。

结构选型：高层建筑常用的结构形式有框架结构，框架-剪力墙结构，剪力墙结构，筒体结构等。每种结构形式，当高度不同时，其抗震等级是不同的。以7度区为例，框架结构，高度超过24米时，其抗震等级就为二级，框架剪力墙结构，当高度超过60米时，其抗震等级才为二级，高度不大于60米时，框架剪力墙结构中的框架抗震等级为三级，剪力墙抗震等级为二级，剪力墙结构，高度超过80米时，其抗震等级才为二级，不超过80米时，其抗震等级为三级。所以仅从抗震等级角度出发，当高度不超过24米时，结构形式宜为框架结构，当高度超过24米而不超过60米时，结构形式宜为框架剪力墙结构或剪力墙结构，当高度超过60米而不超过80米时，结构形式宜选择剪力墙结构，高度超过80米时，结构形式宜选择剪力墙结构或筒体结构。

实际应用中，结构形式基本都由建筑的使用功能来决定。框架结构及框架剪力墙结构，空间布置灵活，常用于酒店，商场及办公楼。剪力墙结构室内可不出现棱角，满足住宅，洋房及别墅的使用及美观要求。所以在结构形式选择时候，我们应根据房屋建筑的使用功能，高度和所在地区抗震设防烈度，通过优化比较计算，选择合理的结构体系，满足经济性的要求。

平面布置：平面布局应以方形为好，两个主轴方向的结构刚度宜相近，狭长结构，抗侧力构件不对称布置的结构（如建筑立面需要布置单侧斜柱等情况），其经济性都非常差。高规3.4“结构平面布置”中，对结构长宽比的限值，虽然不是强制规定，但多年经验表明，长宽比满足规范规定限值的结构，比不满足此规范要求的结构更经济，且各项计算参数均很容易满足规范要求。

正方形平面，两个主轴方向抗侧力结构构件均应布置，结构经济性好，而长方形平面，横向结构的侧向刚度较小，纵向结构的侧向刚度较大，两个主要受力方向动力特性差异较大，需布置较多的横向剪力墙加以弥补，造成其经济性差很多。

材料强度：随着钢材市场的发展，高强度钢材已经成为市场的主流，以前的HPB235圆钢，也已经退出了市场。所以我们考虑结构的经济性时，梁柱墙的边缘构件等主要承重构件的受力钢筋，应优先选择HRB400级钢筋。高强度钢筋不但可节省钢筋面积，同时受力构件的最小配筋率，也比低强度钢筋低。对于梁的箍筋，当为住宅时，楼面荷载不大的情况下，钢筋计算面积较小，可选用HPB300级钢筋，基本可满足设计要求，同时节省钢筋造价。在轴压比不满足情况下，有条件时，宜选用高强混凝土，不宜增加墙柱截面。增大截面造成刚度增加，相应地震力增加，整个结构材料用量均增加，增大了工程的造价。

结语：

除以上方面外，设计中对参数的选取，高层嵌固端位置的选取，抗侧力构件的平面布置等很多因素，均影响工程造价。

在设计中，我们应该综合考虑整个工程，在保证结构安全性的前提下，与建筑专业密切配合，在满足建筑使用功能，外立面的美观的前提下，对结构进行合理的优化设计，设计出最优秀，最经济的作品，满足建设单位的各项要求，只有这样，我们才能在市场竞争中，蓬勃发展，蒸蒸日上。

［1］建筑抗震设计规范（GB50011-2010）.

［2］高层建筑混泥土结构技术规程（JGJ3-2010）.

［3］朱炳寅.建筑结构设计问答及分析.