1. 引言
在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)一般都集中于結(jié)構(gòu)的安全性，一般情況下都會(huì)忽略結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，構(gòu)件配筋等都是過于保守。出現(xiàn)這些現(xiàn)象主要在于設(shè)計(jì)人員往往偏于保守，較少冒險(xiǎn)采用經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方法。但目前節(jié)約的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)日益受到投資商的青睞，因此如何使結(jié)構(gòu)不僅具有更高的安全度，而且能有效減低工程造價(jià)，從而使結(jié)構(gòu)具有更高的性價(jià)比，這是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)所研究的重點(diǎn)課題。本文結(jié)合筆者從事多年結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程經(jīng)驗(yàn)，從結(jié)構(gòu)方案選用、材料選用等多方面去分析降低建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造價(jià)的幾點(diǎn)有效措施。
2. 結(jié)構(gòu)方案選用
2.1基礎(chǔ)方案選用
（1）合理選用基礎(chǔ)方案是優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一，往往選用合理有效的基礎(chǔ)方案將節(jié)約5%左右的工程造價(jià)。特別是目前設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷提升，越來越多基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案都可以有效地達(dá)到設(shè)計(jì)效果，就高層、超高層或者一些特殊地基來說，一般都存在幾個(gè)適合該工程的地基處理、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及或者基抗支護(hù)方案，但并不代表所有方案最終所得到的經(jīng)濟(jì)性效果一樣。如筆者曾設(shè)計(jì)某一大廈，其建筑面積為7萬平方米，有一個(gè)8層的裙房，其中有兩層是地下室，另外有兩個(gè)30層高的塔樓。通過召開專家研討會(huì)，按照專家提出的優(yōu)化方案改變了地基處理方式以及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，地下室樓板厚度明顯減小，配筋量等有效降低，而且承載力還能保持原設(shè)計(jì)大小，通過幾個(gè)方案對(duì)比以及進(jìn)行周密計(jì)算，對(duì)比結(jié)果表明新方案是眾多方案中最優(yōu)化的一個(gè)，不僅提高功能，還直接節(jié)約二百萬工程造價(jià)。對(duì)于特殊地基的地基處理方式，選用優(yōu)化方案同樣可有效降低造價(jià)。又如同樣地基處理工程，對(duì)礫質(zhì)粘性土回填地基處理方案、擠密碎石樁復(fù)合地基加固方案、強(qiáng)夯法加固方案三個(gè)方案進(jìn)行比較，前者強(qiáng)度要提高40%左右，工程造價(jià)約為1.5億元，同時(shí)工期較長；而強(qiáng)夯法加固方案強(qiáng)度可提高90%，工程造價(jià)約為3000萬元，同時(shí)工期較短。經(jīng)過對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，顯然采用強(qiáng)夯法加固方案對(duì)該地基進(jìn)行處理，無論是工程造價(jià)、安全性、還是施工工期都有明顯的優(yōu)勢(shì)。
（2）進(jìn)行高層或者超高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，筆者建議其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用隔震技術(shù)，其關(guān)鍵之處不僅在于可把地震能量降低，而且間接地還可以起到卸載作用，例如某建筑中絕大部分都是小面積的房間，僅某幾個(gè)房間為大面積，因此可以在大房間中設(shè)計(jì)有隔震墊進(jìn)行卸載，這不僅提高承載力，而且大房間的基礎(chǔ)厚度還可以按小房間的基礎(chǔ)板厚確定。通過這種措施可使整個(gè)結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件的截面尺寸以及配筋都可以有效地減小，從而降低工程造價(jià)。
2.2上部結(jié)構(gòu)方案選用
（1）結(jié)構(gòu)體系的選用。眾多工程實(shí)例表明，上部結(jié)構(gòu)方案的正確選用是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)降低工程造價(jià)的直接有效措施之一。就以香港中國銀行來說，由于上部結(jié)構(gòu)布置合理，使其造價(jià)明顯降低，比相同建筑高度的建筑物節(jié)約了20%左右的鋼材。另外，對(duì)于高層建筑來說，相同的建筑物同樣有多種結(jié)構(gòu)體系可選，選用合理有效的結(jié)構(gòu)體系將會(huì)是降低造價(jià)的重要措施。例如，上海市的恒隆廣場(chǎng)，總層數(shù)為66層，屬于超高層建筑，初步設(shè)計(jì)時(shí)有三種結(jié)構(gòu)體系可選用，分別是純鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、純鋼結(jié)構(gòu)、鋼—鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)，對(duì)以上三種結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，分析結(jié)果表明鋼—鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)體系總造價(jià)是三者中最優(yōu)，可比純鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)約近30%工程造價(jià)。實(shí)際上該建筑在竣工之后證明了，該結(jié)構(gòu)體系無論是建筑功能還是工程造價(jià)方面都是最優(yōu)的。但值得一提的是，并不代表鋼—鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)體系是所有建筑的最優(yōu)結(jié)構(gòu)體系選擇，就以多層建筑來說，絕大多數(shù)多層建筑的最優(yōu)結(jié)構(gòu)體系方案是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系。因此，必須根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)可選用的幾個(gè)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析，方可得到既滿足承載力要求又滿足降低造價(jià)的目的。
（2）現(xiàn)澆板的選用。從配筋計(jì)算上分析可發(fā)現(xiàn)，某跨度四邊簡支支承的雙向板，其單向跨中彎矩系數(shù)最大值為1/27，而相同跨度兩邊簡支支承的單向板，其單向跨中彎矩系數(shù)最大值為1/8，顯然，雙向板的跨中配筋僅為單向板跨中配筋的60%左右，即使單向板的只是一方向配置受力鋼筋，但另外一方向也要配置構(gòu)造鋼筋，總用鋼量對(duì)比也是雙向板處于優(yōu)勢(shì)。從現(xiàn)澆板厚度來分析，根據(jù)規(guī)范要求，雙向板的板厚為短跨的1/40~1/50之間，而單向板的板厚則為短跨的1/30~1/40之間，顯然相同跨度情況下，雙向板的厚度要比單向板的板厚小。綜上所述，筆者建議若要減低工程造價(jià)，現(xiàn)澆板盡可能采用雙向板為宜。
（3）樓梯結(jié)構(gòu)方案選用。樓梯方案的選用也是降低造價(jià)的措施之一，其對(duì)混凝土、鋼筋用量的降低都起到一定的作用。在樓梯結(jié)構(gòu)選型方面，大多數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行樓梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)首選板式樓梯，甚至?xí)l(fā)現(xiàn)會(huì)跨度較大的樓梯或者三跑樓梯都采用板式樓梯，極小選用梁式樓梯，這是一個(gè)錯(cuò)誤的選用。實(shí)際上當(dāng)梯板長度大于3m或活荷載較大時(shí)，就應(yīng)設(shè)計(jì)為梁式樓梯。例如，某樓梯的梯段跨度為3.6米，活荷載為2.5kn/m2。當(dāng)采用板式樓梯時(shí)，根據(jù)梯板厚度于梯段跨度的關(guān)系，梯板厚度為130mm，混凝土用量達(dá)到1.5m3，鋼筋用量為50kg，而采用梁式樓梯，則踏步板的底板厚度為40mm，斜梁截面為150mmx250mm，混凝土用量降低為1.3m3，鋼筋用量降低為26kg，顯然這種情況下，梁式樓梯要比板式樓梯節(jié)約成本。綜上所述，從降低工程造價(jià)角度來分析，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于跨度較小的樓梯則選用板式樓梯結(jié)構(gòu)，對(duì)于梯段跨度較大，跑數(shù)較多的樓梯則宜選用梁式樓梯。
3. 材料方案選用
（1）以樓梯的材料進(jìn)行分析。樓梯的混凝土材料多為c20，鋼筋材料多為i級(jí)鋼筋，但從鋼筋強(qiáng)度角度對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，ii級(jí)鋼筋的強(qiáng)度為300n/mm2、i級(jí)鋼筋的強(qiáng)度為210n/mm2，ii級(jí)鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值要比i級(jí)鋼筋的高45%左右，但這兩種鋼筋的市場(chǎng)價(jià)基本相等。就以一個(gè)梯段跨度為3.6米的樓梯為例，采用i級(jí)鋼筋直徑為10mm~14mm之間，若采用直徑為12mm~14mm之間的ii級(jí)鋼筋，可減小約25%的鋼筋用量，對(duì)于跨度較大的樓梯，造價(jià)降低尤為明顯。因此，對(duì)于跨度較大的樓梯，其受力鋼筋宜選用ii級(jí)鋼筋。