成本人员轻松搞定结构优化设计
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结构成本控制必须贯穿整个设计和策划的全过程,包括前期论证及策划阶段的地质情况调查、规划阶段的初勘、方案阶段的结构介入、扩初阶段对结构方案的优化、施工图阶段给设计院灌输成本意识及施工图配合阶段变更、签证的管理。
1)、设计院的选择
往往大设计院,小设计人员,所以必须选择适合我们的设计院,其次原则上不要轻易更换设计院,尤其一个项目分期开发的,因为一般后续施工图设计会在一期设计基础上进行优化,减少变更。目前我们合作的设计院有很多,有河南省院、郑州市设计院、清水爱派、核五院、规划设计院、南京市设计院,基本上合作都还不错,必须稳定合作关系、稳定合作人员,在服务意识上予以灌输,将我们的设计管理思想、优化思想灌输过去,将一个设计院培养成自己的设计部。其次必须选择全专业设计所,不得出现好几个所联合设计一套图纸,否则造成甲方设计管理人员管理强度大,且效果不好。
2)、专业负责人的选择
专业负责人应有2、3个以上的业绩、经验,市场反馈图纸质量好,负责意识、成本意识、服务意识强,在图纸修改配和、专业配合、现场配合方面做的好,且专业负责人对项目有影响力和控制力。根据经验同样的设计院、同样设计人员,专业负责人不重视,不把关,一切都很糟糕,所以专业负责人必须是服务意识强、成本优化意识强的一个领导,将甲方的意思及时反馈在施工图纸上。
3)、与设计院沟通并灌输工程成本控制的意识
与设计院的合作,甲方最担心的是风险,因此要加强设计前期的思想沟通和融合,特别要注意采取尊重平等的心态,进行质量标准的换位考虑,把甲方特别关注的关键点灌输给设计院。
同时为了调动设计院的积极性,可以采取双赢的办法,对于超限额的给予惩罚,对于低限额有奖励措施。
对于合作比较好的设计院,应该建立长期的战略合作伙伴关系,这样有利于总成本的降低,总效率的提升。
与设计人员长期联系,建立良好的朋友关系,积极咨询相关设计过程的问题,邀请专业人员来公司讲座。目前已经邀请过人防设计院、郑州市设计院过来讲座,下一步还需要邀请专业人员,来单位做专项培训,如结构优化。
4)、设计周期的合理取值
施工图设计的周期通常是多层30天,高层45天。对于一个项目来说,设计周期越短越好,因此要在保证质量、不增加成本的前提下,尽量缩短设计周期,这就需要在决策导向上予以保证,并合理利用工序的前置和搭接时间,积极推广标准化设计;另外,要想快,创新点就要尽量少。但是过短的设计周期,会使得图纸没有经过严格审核、绘图人员也是非常仓促,造成大量变更与签证。
5)、设计费的合理取值
设计费在项目总成本中占的比例很小,但是设计对工程进度、质量的影响却很大。根据以往经验,设计费略高于当地的平均值、略高于设计院的心理预期,对于调动设计院的积极性,保证设计质量行之有效。经过统计,施工图设计费在13元/m2;规划设计费在15元/m2较为合理。
6)、设计合同中设计公司应承担的风险
在设计合同中必须明确设计公司应承担的风险有:因设计错误导致的损失、因设计延误导致的损失、施工配合不到位导致的损失、设计结果超限额的惩罚。有时候设计管理中,碍于情面没有处罚,但是会给持续性设计合作造成麻烦,从这个角度而言,必须有礼有节去处理这个问题,适度扣罚可以很好控制设计变更率。
7)、限额设计合同的引入和使用
限额设计可以有效的控制结构成本,意义重大。限额的内容应选择可以控制、容易离散的部分,如含钢量、混凝土含量。限额的数值应比当地平均值略低。另外限额应有一定的弹性范围,对于把握不了的特殊结构可以不限。
8)、甲方必须重视和提前输入的技术原则
a、《结构设计统一技术措施》b、《结构设计总说明》 c、《标准构造做法》
1)、 结构体系的确定及主要平面布置图
2)、 基础的选型及设计图
3)、 电算模型及计算系数的取值
4)、 标准层的布置及截面配筋
5)、 地下室的布置及样板配筋图
6)、 结构转换层的布置及配筋层
这几步需要专业结构设计管理人员,深入参数,对参数进行把关,经过一段时间之后,可以固化参数,要求设计院您直接按照甲方提供参数进行输入,确保结构设计的参数稳定性。
施工图审查公司的选择必须在易于沟通的前提下,对于规范的边界或争议、超限的判断、裂缝宽度、短肢墙体系的定义等,要尽早与施工图审查公司沟通达成共识,避免大的设计修改和返工。
当需要对于项目的性价比进行判断时,要尽早引入外部资源,比如政府、人防、审图公司、学术权威、行业专家、专业咨询公司等,合作可以是顾问的方式。由于一期比较仓促,一般通过限额设计与上述的成本优化理念灌输,但是二期可以通过结构优化设计单位进行优化,目前市场上,这类单位较多,可以很好引入第三方资源进行优化。
1)、灌输意识:向设计院灌输成本意识,沟通并提出成本要求。
2)、事前控制:完成统一技术措施,并与设计院沟通、相互补充、达成一致。
3)、过程控制(优化方案):设计院进行结构布置、计算,基础进行双方案比较,双方沟通、达成一致,结构布置基本确定;
4)、样板配筋图:设计院完成样板配筋图,双方沟通、达成一致;
5)、绘制施工图:设计院按双方确认的样板配筋图设计;同时报给审图公司进行审查;
6)、正式施工图:设计院根据反馈意见,沟通、修改,最终出正式施工图纸。
结构成本控制的技术关键点
1).控制层高的意义:可以减少结构成本、其他土建成本、设备及运营成本;在地下室或者大空间柱网,可以考虑无梁楼盖与柱帽结构,可以降低层高。
2).影响净高的因素:结构梁高及设备管道空间
3).如何降低层高
a) 控制结构梁高:设计院通常梁高的取法是1/8~1/12的跨度,建议作1/12~1/15的跨度;综合减少的成本因素后,由于梁截面减小后增大的含钢量是值得的;
b) 优化设备的管道空间:设计院通常不会综合考虑结构梁、空调、电、水管的走向,由此造成空间利用率较低;建议要求设计院做每一层的综合管线图,优化设计后可以减小净高约200mm,由于其已经超过了设计院的设计深度,所以要在设计院做施工图设计前与其协商好。目前很多公司再BIM管线综合,如果管线综合优化,可以节约层高。
由于结构超限,设计时势必会对结构主体采取加强措施,由此造成结构成本的增加及设计周期的加长;此时应该通过超限后的投入产出比来权衡和控制结构超限;一旦确定方案,结构超限不可避免后,要做好与设计院及审图公司等职能部门的工作,以便后续工作的顺利进行。
高层规范规定:在6度及7度抗震设防区,剪力墙结构及框架核心筒结构的高宽比不宜大于6,框剪结构的高宽比不宜大于5;首先需要明确的是,建筑高宽比超限不属于抗震超限的审查范围,即高宽比超限是可以的,但是必须采取适当结构措施,因为高宽比越大,主体结构抗倾覆力矩也越大,由此便会增加结构的成本,而建筑成本也会增加,因为同等面积情况下,高宽比越大的外墙长度越长。
对于不同地区,高宽比超限增加的成本也不同,主要的影响因素有:超限程度、风荷载、地震力。案例一:某高层住宅,7度抗震,基本风压0.75,地面粗糙度B类,高度99.8米,进深12.2米,高宽比8.2,该项目增加结构成本约67元/m2;案例二:某高层住宅,6度抗震,基本风压0.45,地面粗糙度C类,高度99.9米,进深12.5米,高宽比8.0,该项目增加结构成本约17元/m2。
这个参数选择,影响钢筋含量较大,一定记住选择正确。比如东外滩选择粗糙级别是B类,是C类,钢筋含量至少错1kg/m2.
设计院在地下室设计(方案阶段)的习惯做法是尽可能多的把面积划进来,从理论上没什么问题,但往往这样做出来的地下室有很多无效的面积,既不能做车位又不能做设备用房,反而增加了成本,这就要求我们在做方案的时候就要对地下室布置作合理的优化。降低无效面积,在此篇文章中,不在赘述。
1). 大柱网下如何布置梁(平行、十字、井字)最经济?对于标准层等承受荷载较小的柱网优先考虑平行、十字梁;对于地下室顶板等承受荷载较大的柱网应选用井字梁;到底采用十字梁、井字梁、无梁楼盖,可以试算,试算后确定。
2). 一些短墙上的小梁(如厨房、卫生间等)基本不需要布置:对于普通的小跨度楼板其本身足以支撑短墙,不需要加大板配筋,同时梁少,成本低,空间也好;
3)梁的配筋方式
a) 住宅标准层梁宽常为200 mm或250 mm,此时梁顶钢筋宜采用小直径钢筋;
b) 对于承受荷载不是特别大的主次梁,其相交处不需布置吊筋;
1).如何优化剪力墙的布置
为防止结构扭转,应在建筑物两端和周边重点布置;
2).如何优化剪力墙的数量
以位移指标来控制:纯剪结构的层间位移比为1/1000,设计院设计时要尽可能的接近这一数值;如果计算结果相差太多(如1/2000),说明剪力墙数量太多,应适当减少;
3).如何优化剪力墙的长度
以长宽比来控制:一般的剪力墙长宽比宜取8,即200 mm厚剪力墙,墙肢长度为1650~1700 mm;
4).如何控制剪力墙的厚度
高规规定: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;设计院大多如此设计,但是高规附录D中说明:对于超限的墙体经过验算通过的可以减小墙厚,由此一来,墙厚变小,成本大大降低;
1).20mm厚楼板自重占标准层总荷载约3.3%,厚度增加,荷载加大,梁、墙、基础均会加大,增加成本;
2).对于标准层楼板来讲,由于配筋均按最小配筋率来控制,所以楼板厚度增加反而配筋增大了;
3).楼板厚度增大对抗震也有不利影响;
4).实际工程中楼板厚度的建议:
a) 普通3米以内跨度的楼板可取80~100mm;
b) 普通3~4米跨度的楼板可取100mm;
c) 客厅处的异型大板可取120~150mm;
d) 普通屋面板可取120mm;
e) 管线密集处可取120mm;
f) 嵌固端地下室顶板可取180mm;非嵌固端地下室顶板可取150mm;
1). 对于有覆土的地下室顶板活荷载:消防通道取20kN/ m2,其余取4kN/ m2,可以不考虑施工堆载;是否考虑施工堆载,考虑多少,影响较大,其次消防通道的位置及占地下室顶板面积决定是否经济。
2). 地下室外墙荷载取值应打折(土的固结作用);
3). 内墙荷载:对于可能采用的轻质材料要提前确定,以防止设计院预留量过大;
4). 对于有内隔墙的楼板:隔墙每延米重量的1/3加到楼面活荷载内即可;
1).大多数高层建筑的计算周期和位移都是由风荷载起控制作用;而地面粗糙度类别对风荷载有很大影响,按影响程度从大到小共分四类:A类为海边,B类为城郊,C类为城内,D类为城中心高层密集区;相同高层项目的主体成本,A、B类相差约24%,B、C类相差约54%,C、D类相差约45%;在计算时要用发展的眼光关注取值的合理性,尽可能的取C或D类;
2).规范规定:高度大于60M的高层建筑,风荷载的取值按100年一遇考虑,比50年一遇的风荷载取值大很多,而高层住宅的结构合理使用年限为50年,所以在设计计算中,控制位移时风荷载按50年一遇考虑,内力部分配筋时风荷载按100年一遇考虑;
1).梁的弯矩放大系数取1.0;
2).梁的扭矩折减系数取0.4;
3).梁柱重叠部分是否简化为刚域;
4).混凝土容重取26~28;
5).连梁刚度折减系数取0.6或0.7;
6).墙、柱、基础计算是否考虑活荷载的折减;
7).地下室外墙是否按压弯构件计算;
8).荷载的取值是否有人为的放大;
1).关注基础选型及地基处理的建议,要有灵活度;
2).关注承载力的取值建议,尽量高;
3).关注抗浮设计水位的标高,尽量低;.有条件要提出最低设计水位;
市场价格:I级钢约3600元/吨;Ⅱ级螺纹钢Φ14以下约3950,Φ14以上约3800;新Ⅲ级螺纹钢约4000;冷轧带肋钢筋约4300;强度Ⅲ级〉Ⅱ级〉I级,最小配筋率I级〉Ⅱ级〉Ⅲ级,综合价格因素,性价比Ⅲ级〉Ⅱ级〉I级,所以梁、柱、墙配筋均应优先考虑使用新Ⅲ级螺纹钢;对于板的钢筋,由于均为小直径钢筋,综合考虑应优先使用冷轧带肋钢筋,只有当使用冷轧带肋钢筋不满足承载力要求时采用Ⅲ级钢;目前市场上出现高强钢筋,在扬州项目上采用,可以大大节约钢筋含量,降低造价。
1).混凝土标号每增加一级,单价提高约5~8%;对柱及剪力墙轴压比的影响很明显,应优先使用高标号混凝土;对梁来说,标号高低对梁的承载力变化不大,应使用低标号混凝土;对板来说,虽然提高标号对承载力有提高,但标号提高后最小配筋率相应增大,楼板开裂的几率也增大,所以应使用低标号的混凝土;但混凝土最高标号取决于当地混凝土泵站生产水平,不能高于当地混凝土泵站的生产水平,但原则上不要高于C55,减少裂缝。
2).目前设计市场中对混凝土标号确定有一种认识:墙柱与梁板标号相差在两级以内;关于这一条在旧版规范中有,新版规范中已经去掉了,所以当墙柱混凝土标号很高时,梁板混凝土标号可以不跟随墙柱变化;但是在施工中要采取严格措施:控制梁柱节点区为高标号,保证高低标号交界区的混凝土密实性;
3). 实际工程中混凝土标号的选择建议:
a) 普通的结构梁板一般为C25;
b) 受力较大的梁板可采用C30,如地下室底板、顶板,屋顶花园楼板等;
c) 结构转换层梁板宜采用高标号,如当地施工质量有保障,可采用C50及以上标号;
d) 剪力墙、柱混凝土标号按轴压比控制,使其尽量接近规定上限,同时又要使绝大部分竖向构件为构造配筋;
在优化结构成本的同时应该保证工程质量,减少业主投诉。
实际工程中,业主投诉最多的质量问题是渗漏、返潮和开裂,而对客户最关注的质量焦点,我们必须提高成本的投入。
提高关键成本的位置:
1)、楼板的配筋及厚度:边跨、管线密集处、屋面板、大单向板的长方向应加强;
2)、较长剪力墙的水平钢筋应适当加强;
3)、地下室侧墙的水平钢筋;
4)、砌体裂缝、楼板渗漏多数为施工原因,应加强现场施工管理;
5)、悬臂板、悬臂梁的截面及主要受力钢筋应加大。
以上内容仅是笔者的一家之谈,针对不同的项目会有不同的处理方法,不过原则是一样的,那就是:在保证工程质量的同时去除无效的结构成本,以达到最小的投入产出比。