结构设计的经济性

任 迁

(大同市二院建筑设计研究有限责任公司，山西大同 037008)

我国现代社会经济迅速发展，建设速度越来越快，而且市场化的气氛越来越浓，结构设计的竞争越来越激烈。一些开发商为了追求利益最大化，开始对结构成本进行严格的控制，实行限额设计，主要表现为限制混凝土单位面积的用量和限制钢筋平方米含量，作为结构设计人员只能无奈地适应市场，否则我们将被市场淘汰。面对目前形势，我们不能简单减小结构断面，降低构件配筋率，这是最愚蠢的做法，而且很难达到建设单位对我们的要求，甚至影响结构安全，其结果是得不偿失，因为不安全的结构是成本最高的建筑，因为它不仅是在经济方面，还有社会影响力方面，都会造成不和谐的气氛。正确处理好结构安全与结构经济性的关系，这是留给每一个结构设计人员在新的历史时期的任务，结构安全是第一位的，在结构安全的情况下谈经济才是有意义的。不能用结构安全去换取经济性能，去迎合建设单位，迎合市场。我们结构设计人员应从以下方面采取应对措施:

1)我们应该认真学习规范，理解规范，确切地把握规范。

合理地应用到实际中去，结构工程师的工作不仅仅是“规范+计算”，更不是“规范+一体化的计算机结构设计程序”，而是凭借作为一个结构工程师应具有结构的方案的概念，结构的经验，结构悟性，同时还要有敏锐的判断力、开发创造力。善于运用我们的结构知识开发创新，这是对我们的业主和社会最大的贡献。所以我们要不断学习，做到科学先进，经济合理，与时俱进，适应时代发展的需要。

2)结构设计人员应参与前期方案设计，结构方案选型时要注意经济适用性。

砖混结构的房屋要比框架或剪力墙结构低200元～400元左右。但要向建设方讲清剪力墙结构抗震能力强，延性好，适合建造较高档一点的房屋。

a.如山西某县要盖一幢3层建筑，该建筑下部2层商店，上部1层办公，建设方及建筑方案设计人员建议结构采取底部框架结构上部砖混结构，其实我们仔细分析一下，该房屋上部只有1层砖混结构，根据GB 50011-2010-7.1.5建筑抗震设计规范底部框架结构与底部抗震墙最大间距8度时不超过11 m，7度不超过15 m。这个限制条件使底层商店不具备设大商场的能力，而且上部砖混结构按过渡层设计，构造柱的断面、数量、配筋均有所提高。这样的结构比纯框架结构来说造价并没有降低，但使用功能有所限制，这就是结构设计人员的经济概念。b.随着经济的发展，社会的进步及汽车工业的发展，我国公民家家拥有小汽车已成为现实。地下停车库及停车位的设计越来越多，传统的地下车库顶板设计采用梁板结构，梁高1.0 m左右，顶板覆土2.2 m，地下车库层高4.5 m左右，地下车库地面－7.0，主楼地下为了与地库做平，主楼设计地下2层，但主楼地下2层的销售比较困难，无形的投资收不回成本。如果改为无梁楼盖，板厚400，覆土改为1.0 m，柱帽采用有托板的柱帽，地下室层高改为－3.8 m，地下车库地面为－4.2，主楼地下设计1层，销售不成问题，皆大欢喜。基础形式:梁板式基础，独立基础加防水板，两种方案比较如表1所示。通过表1我们便知，采用无梁楼盖平托板柱帽，基础采用独基加防水板是最经济的结构方案。c.结构平面布局应规则、对称，尽量减少扭转，结构经济指标良好。比如一个正方形的平面，两个主轴方向抗侧力结构构件布置均匀，结构的经济性好。长方形的平面，横向结构的侧向刚度较小，而纵向的侧向刚度较大，两主轴方向侧向刚度差别大，动力特性相差大，结构设计时需在横向布置剪力墙增加横向刚度，平面的长宽比越大，经济性越差。d.高层建筑高宽比规定，是对结构整体刚度、抗倾覆能力、整体稳定、承载能力以及经济合理性的宏观控制指标，是过去经验的总结。高宽比虽然不作为高层超限的一个指标，但我们应注意它的超限代表经济性能不好，特别是高宽比刚刚超过一二层的高层建筑，是不合算的。

表1 结构方案比较表

3)选用性价比更高的结构材料。

混凝土应选用高强度的混凝土，主要原因是水泥强度等级提高以后，低强度等级的混凝土配制比较困难，质量难以保证，成本也相对较高，不经济。但强度等级高的混凝土设计强度高，可以减少混凝土用量，价格也相对较高，故真正决定混凝土用量(经济性)的是其强度价格比，随着混凝土强度等级的提高，强度价格比迅速增加，具有较好的经济效益。钢筋:衡量钢筋经济性的指标是强度价格比(MPa/(kg·元))即每元钱可购得的单位钢筋的强度，强度价格比高的钢筋比较经济，不仅可以减少配筋率，方便施工，还减少了加工、运输、施工等一系列附加费用。目前我们市场上HRB400级钢强度价格比最高，经济效益最好。

4)优化结构方案，使结构经济性能较好。

比如高层剪力墙结构，如果剪力墙布置太多，结构刚度大，地震力加大，经济性能差，投资不合理;剪力墙布置太少，墙体配筋大，施工困难。这就是一个优秀结构设计师所能做的优化设计，合理布置剪力墙的数量，使建筑周期比、位移比等各项参数良好，地震力较小，结构较经济。

5)树立正确的设计理念，钢筋不是越大越好，我们结构界有句俗话:“算不够加钢筋”，但我们要知道:“好钢要用在刀刃上”。比如框架结构框架梁的配筋，如果超配太多，容易改变“强柱弱梁”受力机理，造成柱端出铰，结构延性大减。

6)建设单位提出的结构主材用量指标是根据经验确定的数值，实际上好多工程不具有可比性，比如基础工程，由于地质条件不同，地下水位不同，是否设置人防、是否考虑消防车荷载、地基是否需要进行处理等。当基础坐落在天然地基(如粗砂层)相对而言费用较低。当需采用桩基础或进行严格的地基处理时，结构费用较高。

而实际上只有标准层才具有可比性，结构标准层量大面广，理应成为控制结构经济指标的重点，控制结构主材用量的主要精力应放在标准层上。

7)非结构构件如建筑的翻板、挂板等主材用量不是结构所需，是为建筑造型而增加的材量，建筑造型越复杂，用量越大。但这部分用量不应算在结构用量上。

综上所述，一个优秀结构工程师应该适应时代的发展，适应市场的需求，与时俱进，优化设计，科学合理配筋。不能随意减少配筋，不能随意降低结构安全度。在保证结构安全的情况下，做到经济合理，技术先进。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［S］.

［2］吕西林.高层建筑结构［M］.武汉:武汉理工大学出版社，2008.

［3］张维斌.多层及高层钢筋混凝土结构设计释疑及工程实例［M］.第2版.北京:中国建筑工业出版社，2011.

［4］GB 50003-2011，高层结构混凝土结构技术规程［S］.

［5］朱炳寅.建筑结构设计问答及分析［M］.北京:中国建筑工业出版社，2009.

［6］姜学诗.混凝土结构设计问答实录［M］.北京:机械工业出版社，2009.