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结构设计控制.ppt

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结构设计控制.ppt

成本控制与结构优化,20080717,“鸟巢”及结构优化,2004年7月，“鸟巢”没有通过全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会组织的“抗震设防”审查。

专家认为：

可开启、滑动式的“鸟巢”屋顶不但耗费大量钢材，而且会使场馆承重大大增加，给场馆带来可能的安全隐患。

“鸟巢”每平方米的用钢量达到500公斤，总的用钢量接近5万吨。

这是一个非常超标的用钢量，2000年悉尼奥运会的平均用钢量仅为30公斤平方米。

“鸟巢”的初始方案将直接造成造价高、施工难度大等不良后果。

因此，降低“鸟巢”的结构自重势在必行。

“鸟巢”经过相关论证及结构优化调整，用钢量从约5万吨降到约3.5万吨，总投资预算从最初设计阶段的38亿元减少到31.3亿元，为奥运场馆建设省下了6.7亿元。

主要进行了三方面优化：

一是去掉原来的可开启屋顶；二是扩大中间可开启屋顶的开口，降低用钢量；第三是减少了9000个临时坐席。

优化之后鸟巢仍是“鸟巢”，因为设计修改中最重要的原则就是保持鸟巢基本的设计理念不变。

“鸟巢”结构优化的启示,进行结构优化设计，必须要尊重建筑师的原创思想。

这就像时下的吸脂美体术，只能在不改变人外观、健康和容貌的基础上，减去多余脂肪，达到健美目的。

在“瘦身减负”过程中，专家们在保持建筑外形和构件外廓尺寸的前提下，通过根据实际情况优化结构构件的截面厚度，采取局部构造性增强等措施，为场馆进行整体的科学“瘦身”，以达到减轻结构自重的目的。

可能有人担心这样会降低场馆的质量性能，但“鸟巢”结构优化前后的对比显示，“瘦身”后的场馆各项性能指标均得到提高。

如优化后的场馆的负重变形大大减小，其稳定性和稳健性增强了，可抗8度地震。

这类似于举重运动员在赛前通过节食等手段减轻体重。

虽然绝对力量可能会下降，但下降幅度远不及体重下降幅度，结果其比赛成绩不降反升。

节俭办奥运。

万科的成功之道,上市15年间，万科的主营业务收入复合增长率达到25.8%，净利润的复合增长率达到31.2%，公司A股上涨幅度约24倍，而B股的上涨幅度则高达110倍。

得益于：

一、成熟的产品体系二、高效的运营体系三、强有力的成本管理四、集权化的管控,结构成本控制的意义,结构成本到底有多少？

地面以上的结构：

钢筋：

（3590）kg/m26.5元/kg230590元/m2砼：

（0.30.5）m3/m2（386460）元/m3120230元/m2总价：

350820元/m2，平均：

580元/m2,地面以下的结构：

钢筋：

（130300）kg/m26.5元/kg8401950元/m2砼：

（0.91.4）m3/m2（400460）元/m3360650元/m2总价：

12002600元/m2，平均：

1900元/m2基础：

总价：

25120元/m2，平均60元/m2,按地下室面积占总建筑面积的22计算，单位面积的综合结构成本为：

5601330元/m2，平均950元/m2。

结构相关成本：

模板、基坑支护、土方、砌体等。

结构成本一般占建安成本的50左右。

结构成本会有很大离散性的原因：

客观：

地域、结构形式、建筑功能、建筑高度、建筑规模等；主观：

产品定位、建筑标准、设计、开发商的设计管理等；房地产商的客户最不关注的成本是什么？

结构成本！

结构成本管理是地产商设计管理的核心！

结构成本是房地产商最应关注的成本！

三种认识：

“建筑方案一经确定，结构成本就基本确定了”。

“结构成本的降低必然会导致结构安全储备的下降”。

“对于建筑这样的百年大计，一定要保证安全，一定要增加结构的安全储备”。

建筑方案的确定，结构成本确定了6070，另外的结构方案优化和结构精细化设计占3040。

结构方案的优化会降低无效成本，精细化、系统化设计，会确保结构合理。

国家规范保证了结构应有的安全储备。

结构的使用年限一般为50年，必须在合理使用年限内保证结构安全可靠，但没有必要人为再提高结构设计标准，国家规范没这样的要求。

若增加结构成本，进而提高结构安全储备，要看是否提升建筑的价值。

当前结构成本控制的市场状况：

仅从经济指标上对结构成本进行控制。

（在审图和合同方面下功夫较多，将大量的设计精力放在了降低经济指标上，忽略了其他工作，有些工作确实降低了建设阶段的经济指标，但造成了使用、运行等方面的限制或增加了使用成本。

）,当前开发商的思路：

极端强调结构成本的控制，含钢量、含混凝土量越低，结构设计越优秀。

（应该走综合成本控制的概念）,成本管理理论的发展,传统成本管理理论是：

着重工程建设阶段成本管理；对项目操作成本进行约束。

现代成本管理理论：

从范围上讲，全方位成本管理，从成本管理最优化配置、价值分析、风险分析等领域，以系统的观点全面分析项目的投入产出比；从时间上讲，项目全生命成本管理，即把成本管理的链条向前扩大到决策阶段，向后延伸到项目的使用阶段，使项目的成本在其整个生命周期中达到最优化。

成本管理的内涵,结构成本控制的管理思路及方法,事前控制是项目成本管理的重中之重；必须对整个策划、设计和建设的全过程进行管理。

前期策划阶段。

拿地的成本估算，是否有影响成本的风险（塌陷坑、溶洞、泥坑等）存在。

规划阶段。

场地情况；不利地质；配套成熟度；反复报批、政府评审、审批的情况是否有影响成本的风险存在。

方案阶段。

结构（含基础）合理可行，避免返工。

结构等专业提前介入（机电、空调、设备、物业管理等）。

扩初阶段。

结构优化，设备专业定案。

施工图设计阶段。

成本意识沟通，结构精细化设计。

施工配合阶段。

做好变更、签证的控制。

变更及签证的原因：

设计类：

超成本目标；设计优化；设计错误；设计缺陷；二次设计。

施工类：

现场条件；施工错误；施工困难；进度要求。

营销类：

客户需求；竞争需求。

其他。

很多项目由设计失误所带来的设计变更占总建造成本的36，其中设计决策错误的比重常常占到60；重复性错误一般占30。

事前控制的几个要点。

选择设计院的思路和方法选择专业负责人的思路和方法与设计院沟通工程成本控制意识的思路和方法设计周期合理取值的思考设计费合理取值的思考设计合同中设计公司应承担的风险限额设计合同的引入和使用,选择设计院的思路和方法（扩初及施工图阶段）,易于沟通。

重视项目，不迷信大牌设计院。

态度重视。

重要人员出面，真正重视。

项目情况。

项目任务饱满度和项目业绩情况。

服务意识。

服务业绩和同行评价情况。

市场口碑。

同行及类似项目的评价。

选择专业负责人的思路和方法,业绩、经验（非挂名、直接参与）；市场反馈（图纸质量、责任意识、成本意识、服务意识。

从同行处了解）；三个配合（图纸修改、专业协调、工地现场，且本人亲自处理）；影响力及控制力（管理能力、威信）。

项目设计团队最重要，不只是一个人或一个设计公司。

与设计院沟通工程成本控制意识的思路和方法。

前期主动的沟通和要求；尊重平等的心态；质量标准的换位思考；同行的交流与竞争；双赢的思路和手段。

设计周期的合理取值的思考,设计周期对总成本的影响资金的时间价值；市场风险的变化；产品的实际价值。

设计周期对总成本的影响,如何在保证质量、不增加成本的前提下缩短设计周期？

决策的导向及措施；工序的前置及搭接；标准化设计的推广。

设计费的合理取值的思考,设计费本身及其对总成本、进度、质量的影响（如下图）设计费取值设计费支付,设计费本身及其对总成本、进度、质量的影响,设计合同中设计公司应承担的风险有哪些？

设计错误所导致的损失（磕碰错漏），如楼梯碰头；设计延误所导致的损失，如元/天；施工配合不到位所导致的损失，如元/次；设计成果超限额的罚则。

限额设计合同的引入和使用,限额引入的意义。

鼓励、奖励、要求设计人员按低于某个限额指标进行结构优化和结构设计，控制结构成本。

限额的内容。

可控制的、重要的、易离散的经济指标。

限额的数值。

可实现的，但要努力。

限额的弹性。

明确数值的范围和局部调整。

双赢的思路和安排。

甲方必须提前重视和确认的技术原则,设计单位的结构设计统一技术措施或结构设计指引；结构设计总说明；结构标准设计和构造做法；要求设计单位一定要进行多结构方案的计算比较，甲方进行过程沟通、确认，明确构造设计原则。

通过沟通，设计单位与甲方就结构设计原则达成一致后，方可再行后续设计工作。

设计过程中甲方必须控制的关键环节,结构体系的确定及主要平面图；基础的选型、设计参数和设计计算简图；电算模型及计算参数的取值、计算书；标准单元的样板界面及配筋图；地下室的布置及样板配筋图；结构转换层的布置及配筋图。

以上内容沟通，符合要求，达成一致，方可再行后续设计工作。

与设计公司合作时开发商最担心的是什么？

合作风险。

开发商必须占用大量的资源对设计风险进行详细评估；思想的融合。

如何消除开发商与设计公司合作的担心？

抓住时机寻求长期的战略合作伙伴！

选若干家合作伙伴，并进行定期评估。

施工图审查公司的选择及沟通,选择思路：

易于沟通；沟通时机：

重视前期；沟通内容：

规范的边界或有争议之处（例如：

超限的判定、裂缝宽度的控制、短肢墙体系的定义、配筋控制等）；沟通方式：

双方或三方。

要重视平时的资源借助、关系维护。

哪些外部资源是必须引入的？

引入的前提和原则是什么？

价值。

引入的资源有哪些？

垄断部门、政府机关主管、人防、审图、学术权威、行业专家、专业咨询公司等；引入的时机如何把握？

尽早维护，及时引入；合作方式及注意事项有哪些？

顾问。

关注价值和时间。

（案例：

机器维修）。

金成地产结构设计管理流程,结构成本控制的技术关键点,层高对成本的影响及控制几厘米？

控制层高的意义,结构成本1、地面以上部分：

减少柱、墙体积；减少总高，降低荷载；减少地震力和风荷载。

2、地面以下部分：

减少土方量；减少基坑支护；减少侧壁及底板结构量；减少抗浮量。

其他土建成本减少维护墙、分隔墙、装饰工程量；减少门窗、幕墙、粉刷、涂料、防水等工程量。

设备及运营成本节能；减少耗能负荷；减少运营成本。

2.9m3.0m；每加高10cm，约差30元/m2。

如何降低层高？

建筑和客户主要关注净高！

压缩层高，保证净高（尤其是在限高的高容积率建筑中）！

影响净高的因素结构梁高；机电的管线空间；,1、结构梁高设计院通常做法：

取结构本身最经济的梁高，一般为1/81/12的跨度。

优化措施：

综合各种成本因素，取1/121/18的跨度，降1030。

2、机电的管线空间设计院通常做法：

各专业各占一个标高和空间。

优化措施：

管线综合，可节约200高度。

3、结构梁高空间与机电的管线空间可以相互利用采用变截面梁，在机电管线通过处，减少梁高截面；在梁中预埋管线或预留洞口，使管线穿过；采用有柱帽的无梁楼盖，使管线与结构柱帽在同一高度空间内。

案例：

长虹在深圳的研发大楼，占地6000平方米，容积率控制在11，限高100米，建筑覆盖率不超过55，深圳六家大型设计院投标。

共同的问题：

很难设计到最大容积率要求的面积，怎么办？

压缩层高，保证净高！

各投标设计公司采取了哪些手段？

结构专业：

宽扁梁（评价：

）；预应力梁（评价：

施工不便）；劲性梁（混凝土包型钢）（评价：

，局部可用）；钢梁（评价：

防火成本高，不经济）；无梁现浇空心混凝土板（GBF）（评价：

高层、抗震不允许采用）。

机电专业：

非标准空调管；空调双管并行；局部加高梁，管线与梁结合，让管线在梁中穿过。

结构、建筑与机电专业协作：

结构设计使结构梁的布置与空调管线的布置平行一致，以便结构梁与空调管线共同占用一个空间高度；（评价：

，最佳方案！

）局部加高梁，管线与梁结合，让管线在梁中穿过；在建筑净高要求较低的空间（如走廊）布置主管。

（评价：

，最佳方案！

）,结构超限对成本的影响及控制,结构超限会有什么影响？

增加成本及设计周期。

如何权衡和控制结构超限？

要看投入产出比。

结构超限后该如何处理？

专家资源的引入，前期的沟通。

结构超限案例1：

2004年，上海，7度抗震，四类场地土，3栋33层建筑、3栋22层建筑、3栋18层建筑，大地下室相连，有两个结构转换层，平面凹凸不规则，建筑物整体长度达65米，必须按超限结构进行“超限抗震审查”。

因未事先进行成本估算、引入专家资源，使得结构设计周期加长、结构成本奇高。

分析：

业主事先要考虑：

1、结构超限对建筑方案的不利影响（剪力墙布置）；2、结构超限对设计周期的影响值；3、结构超限对成本的影响值；4、结构超限的专家资源及时引入。

结构超限案例2：

2001年，深圳，7度抗震，100米高层建筑，四层裙房，办公与住宅两个塔楼，住宅部分设有结构转换层，在方案前期住宅部分平面属于“平面特别不规则的超限结构”。

因属建筑中标方案，提前引入专家资源，建筑与结构配合，使得结构超限及时化解。

分析：

1、专家资源的及时引入，多专业的沟通、互动，相互启发；2、从建筑方案想办法。

建筑高宽比超限对成本的影响,高层规范：

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度与宽度比不宜大于6，框架剪力墙结构的高度与宽度比不宜大于5。

建筑高宽比超限是否属于抗震超限审查范围？

不属于。

建筑高宽比超限对结构会有什么不利影响？

建筑物抗倾覆的能力差。

建筑高宽比超限对成本的影响如何？

成本一定会增加，包括结构成本和建筑成本。

建筑高宽比超限会增加建筑成本吗？

主要是表面积与体积的比值对成本的影响。

建筑高宽比超限增加的结构成本，受哪几个因素的影响？

超限的程度，风荷载；地震力。

建筑高宽比超限对结构成本的影响程度如何？

案例1：

深圳项目，高层住宅，7度抗震，基本风压0.75，地面粗糙度B类，高度为99.8米，进深为12.2米，高宽比达8.2。

分析结果：

增加结构成本67元/m2。

案例2：

无锡项目，高层住宅，6度抗震，基本风压0.45，地面粗糙度C类，高度为99.9米，进深为12.5米，高宽比达8.0。

分析结果：

增加结构成本17元/m2。

公共大地下室的面积充分利用,设计院在地下室设计时的习惯做法是什么？

面积大点好用，面积多了不细用（停车、人防、消防、设备房等）。

开发商对面积使用率的关注点在哪里？

地上建筑面积使用率。

为什么地下室的空间利用率是盲点？

要关注吗？

设备用房设计是否精细化？

地下室的单方造价要比地上建筑单方造价高得多，应进行精细化设计！

基础的选型介绍,冲孔桩、钻孔桩；人工挖孔桩；预应力管桩；沉管灌注桩；强夯地基处理；水泥搅拌桩地基处理；筏板基础；独立柱基；（刚性、柔性）条基。

案例：

深圳，四层高的大跨度预应力结构厂房，3万多平方米；单柱轴力1400吨；坡形的淤泥质土层分布场地，淤泥质土含有有机质，强风化岩埋深1228米，厚度0.28.3米，场地内有孤石，浅基础持力层的承载力180kN/m2。

原方案采用大体量的独立柱基加入部分搅拌桩处理地基是否安全合理？

其施工周期如何？

经济性如何？

采用什么基础形式为好？

经论证，采用大直径锤击沉管灌注桩，节约200万元。

如何判断桩（基础）的总量是否合理？

用桩（基础）的总反力与建筑物竖向总轴力（总重量）的比值（布桩系数），核对并判断其合理性。

楼层重量标准值（经验估算值）框架结构：

1.21.5t/m2；框架剪力墙结构：

1.31.6t/m2；剪力墙结构：

1.51.8t/m2；框架筒体结构：

1.41.6t/m2；地下室：

2.0t/m2。

如何优化桩（基础）的总量？

关注柱底内力的取值；ND+L,非Nmax。

关注桩承载力的利用；充分发挥。

关注桩承基础中地下室底板下土承载力的利用；底板土承载力120kpa，且为摩擦桩时，可以使用。

关注水浮力的利用；关注基础类型的归并；归并的幅度级差要关注，要求设计精细化。

当基础采用“墩基”，而不采用“桩基”时，结构成本会有什么不同？

分析：

当采用桩基时，地质报告对桩端承载力是对应土层承载力标准值的40100倍。

结论：

尽可能为“桩”，不要成“墩”。

梁的布置与成本的关系,8.5米8.5米柱网下，布置井字梁经济还是十字梁经济？

分析、结论：

正常楼层：

十字梁较井字梁便宜约10以上；屋顶花园、有覆土的地下室顶板是井字梁较十字梁便宜，或相差不多。

一些短墙上的小梁是否需要布置？

分析：

普通楼板是否足以支撑这些短墙？

板的配筋是否为构造配筋，而不是根据计算得出？

答案：

在一定跨度范围内，梁越少越好。

梁配筋方式对成本的影响,要考虑柱截面尺寸较大时，刚域约束对梁端弯矩取值的影响，即梁端弯矩应从梁柱交边线处取值；框架梁中上部通长钢筋尽可能按规范规定的低限配置，支座负筋应按弯矩包络图配合构造要求分段截断；梁底部钢筋在中间支座处不应安排全部锚固错接、搭接，尽可能采用与邻跨拉通，个别锚固、切断的配筋方式；住宅标准层梁宽常为200或250，此时梁顶钢筋宜采用小直径钢筋；不得已不要采用直径大于25的钢筋；主次梁相交处，优先采用附加箍筋的方法。

不得已采用吊筋时，应在采用附加箍筋后经过结构计算采用较小直径的吊筋。

剪力墙的布置与成本的关系,如何优化剪力墙布置的位置？

在建筑物的两端和周边重点布置，在建筑物的内部和中间位置减少布置（但要满足竖向承重的需要），保证结构的抗震扭转指标满足规范要求。

好钢用在刀刃上。

如何优化剪力墙的数量？

关注结构计算位移与规范的最低要求的关系，刚好满足即可，清除不必要的结构成本。

如何优化剪力墙的长度？

剪力墙太长，结构本身成本增加，同时又使地震力增大，进一步加大结构成本；短肢剪力墙，抗震性能不好，构造配筋成倍放大，成本也会增大。

对策：

一般情况下，最优化的剪力墙长度是其厚度的8倍100；在剪力墙的翼缘小于600时，应特别分析、关注其结构计算的结果。

如何控制剪力墙的厚度取值？

高层建筑混凝土结构技术规程7.2.2条：

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。

对策：

可经过高层建筑混凝土结构技术规程附录D专门的公式验算，大部分墙厚不需比标准层加厚或加厚一点即可满足墙体稳定性要求，节省本层造价约15。

异形柱结构中应注意的事项？

异形柱对成本的影响。

一定比普通框架结构成本高。

对结构安全的影响。

未经实例结构检测。

是否可以少用异形柱，多用方柱？

尽可能多用方柱！

（例如，户内隔墙、门后、立面、公共部位空间等处可用方柱。

）,柱配箍率对成本的影响,规范规定：

柱的体积配箍率为混凝土单位长度范围内箍筋的体积除以该范围内混凝土核芯区内的体积。

实际施工图设计中，设计人员往往将核芯区体积以柱的总体积来替换，以方便计算，并满足规范要求。

如此设计对成本有多少影响呢？

以500500截面为例，相差29！

柱子纵向钢筋的配置技巧,当柱子按计算配筋时，程序对X向及Y向的钢筋均有配筋面积要求，如何在满足计算配筋量要求的前提下尽量减少总配筋量？

以500500方柱、每侧计算配筋量为12cm2为例。

习惯的配筋方式为1220（总配筋面积为37.7cm2）；另一种配筋方式为：

425420（总配筋面积为32.1cm2），将425放在柱角。

两种配筋方式均正好满足计算要求，但钢筋用量相差17.5%!

配筋技巧：

将较粗钢筋放在角部共用！

楼板厚度对成本的影响,标准层楼板厚度对荷载的影响程度：

2cm厚的板厚占标准层总荷载约3.3！

标准层楼板厚度对板配筋的影响程度：

仅考虑构造配筋因素，板的配筋量与板的厚度成比例增加！

标准层楼板厚度对地震力的影响程度：

2cm厚的板厚地震力增加约3.3！

标准层楼板厚度对梁、柱、墙配筋的间接影响：

因荷载间接增加配筋等成本！

标准层楼板厚度对基础的间接影响：

因荷载间接增加成本！

实际工程中楼板厚度的选择建议,普通3米跨度以内的楼板厚度可取80100；普通34米跨度以内的楼板厚度可取100；客厅处的异形大板的楼板厚度可取120150；普通屋面楼板厚度可取120；管线密集处（板内管线预埋）楼板厚度可取120；地下室顶板厚度可取180或150（非嵌固端）。

建筑的地下室及屋顶找坡,找坡的成本有哪些？

材料成本、质量维护成本、人工成本、结构成本等；找坡有哪些优化的办法？

是否结构找坡或半结构找坡？

单坡还是双坡？

找坡的方向长度？

重视找坡，科学找坡。

地下室底板采用结构找坡的经济性（尤其是大地下室）可节省：

300厚素砼C15找坡层（3300.25=83元/m2）；竖向构件（16元/m2）；挖土方量（6元/m2）；防水做法、底板及侧壁的配筋等。