造價(jià)成本人不求“掌握”，但要“了解”—結(jié)構(gòu)優(yōu)化如何做才有效
一、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化必不可少
設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)于成本控制來(lái)說(shuō)具有極端重要性，不可不察。而除了房地產(chǎn)公司比較注重外，設(shè)計(jì)優(yōu)化往往是被忽略的。
設(shè)計(jì)優(yōu)化主要是從成本控制的角度對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行排查，排除設(shè)計(jì)的盲區(qū)和死角，發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)、糾正不足，降低不安全因素，為您找回流失的成本。剔除原來(lái)設(shè)計(jì)中的虛高的，無(wú)用的，不安全的，不合理的成本。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，也如同人減去多余脂肪，達(dá)到健美目的，杜絕不必要的浪費(fèi)。加大構(gòu)件截面，提高配筋率，并不一定增加結(jié)構(gòu)的安全度，有時(shí)反而是壞事，如增加建筑自重，形成超筋破壞等反作用。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化并不是單純的“挑毛病”，而是通過(guò)交流、溝通，找到更為合理、更經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，不是以犧牲建筑適用性、結(jié)構(gòu)安全度和抗震性能來(lái)求得經(jīng)濟(jì)效益。
在所有的設(shè)計(jì)優(yōu)化中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化空間最大，結(jié)構(gòu)成本的彈性和離散性大，最有成本控制的意義，是優(yōu)化的重點(diǎn)。
二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化重點(diǎn)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化根據(jù)優(yōu)化深度難易分幾個(gè)層次，一是結(jié)構(gòu)體系與基礎(chǔ)類型的優(yōu)化與比選；二是規(guī)范方面解理錯(cuò)誤的糾正；三是結(jié)構(gòu)說(shuō)明不適用條款的修正；四是鋼筋構(gòu)造不合理的改正；五是設(shè)計(jì)圖紙糾錯(cuò)。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化不是單方面以降低成本減少含量鋼量為目的，結(jié)構(gòu)優(yōu)化是對(duì)原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)，不是追求局部最優(yōu)，而是為了達(dá)到整體最優(yōu)。
通過(guò)對(duì)多種結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行選型和經(jīng)濟(jì)分析，提供決策依據(jù)；對(duì)影響結(jié)構(gòu)的因素(如地勘、安評(píng)報(bào)告等）進(jìn)行分析，統(tǒng)一技術(shù)措施；對(duì)構(gòu)件截面及布置等進(jìn)行調(diào)整，對(duì)荷載、計(jì)算參數(shù)等進(jìn)行復(fù)核。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化有“尺寸優(yōu)化，形狀優(yōu)化，拓?fù)鋬?yōu)化，布局優(yōu)化、配筋優(yōu)化、構(gòu)造優(yōu)化“等。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化著重于以下幾個(gè)方面：
1、選擇規(guī)則的平面方案和立面方案，避免過(guò)大的外挑和內(nèi)收，避免應(yīng)力的突變，避免薄弱層，保持受力的均衡。盡量不設(shè)轉(zhuǎn)換層，尤其是高位轉(zhuǎn)換，同一建筑不要做多功能多用途設(shè)計(jì)。這受制于建筑設(shè)計(jì)。建筑設(shè)計(jì)往往追求外觀的新奇現(xiàn)代，天馬行空，不計(jì)成本，也不考慮抗震等因素。越是復(fù)雜的不規(guī)則的建筑造型其抗震性能下降建筑成本增加。應(yīng)該追求簡(jiǎn)約而美的設(shè)計(jì)理念，摒棄復(fù)雜而丑的設(shè)計(jì)風(fēng)格。
2、剛度與延性的平衡。結(jié)構(gòu)剛度大，含鋼量高，延性反而差，地震反應(yīng)大，抗震性能低?？梢酝ㄟ^(guò)減少剛度增加延性既提高抗震能力又能節(jié)約鋼筋。
3、如結(jié)構(gòu)體系的選擇對(duì)造價(jià)影響甚大，如異形柱框架比普通框架含鋼量大；短肢剪力墻含鋼量比普通剪力墻結(jié)構(gòu)高。
4、選擇合理的基礎(chǔ)形式，基礎(chǔ)形式有獨(dú)基、條基、樁基、筏基、基礎(chǔ)梁、承臺(tái)等，一般選擇復(fù)合基礎(chǔ)，即幾種基礎(chǔ)類型的組合，組合種類不宜過(guò)大，基礎(chǔ)體系應(yīng)簡(jiǎn)潔，如“承臺(tái)+筏板”、“基梁+筏板”、“承臺(tái)+基梁”等，盡量設(shè)計(jì)成無(wú)梁板。當(dāng)?shù)装宀捎昧喊迨綍r(shí)，基礎(chǔ)梁計(jì)算應(yīng)充分考慮承臺(tái)的作用。特別是裂縫寬度計(jì)算時(shí)，梁取承臺(tái)邊處的彎矩進(jìn)行控制，承臺(tái)算至柱邊。
5、地下車庫(kù)頂板的結(jié)構(gòu)形式有：十字梁、井字梁、無(wú)梁板、大跨度梁板、預(yù)應(yīng)力有梁樓蓋和空心樓蓋等。空心樓蓋可以減少含鋼量和砼用量，其缺點(diǎn)是板厚增加導(dǎo)致層高變小。如果地下室頂板作為嵌固層則不宜采用空心樓蓋。
6、剪力墻結(jié)構(gòu)，墻（包括墻柱、墻身、墻梁）占上部結(jié)構(gòu)鋼筋用量的60%左右，其中，墻柱鋼筋比例最高，約占上部鋼筋用量的40%左右，這是優(yōu)化的重點(diǎn)，優(yōu)化內(nèi)容包括墻柱的設(shè)置、截面、縱筋和箍筋拉筋，均可優(yōu)化。墻柱縱筋直徑12以上盡量采用非綁扎搭接。剪力墻布置合理與否直接關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，應(yīng)采取如下措施：強(qiáng)周邊、弱中部；多長(zhǎng)墻，少短墻；多L形、T形、十字形，少?gòu)?fù)雜形狀；各墻肢軸壓比接近；控制剪力墻數(shù)量和密度。地下室外墻墻底、頂設(shè)加強(qiáng)筋取代構(gòu)造梁。
7、框架結(jié)構(gòu)柱含量20%左右，梁50%左右，板20%左右。柱網(wǎng)大，樓蓋用鋼量大，反之，柱用鋼量大。優(yōu)化的重點(diǎn)是梁，采用強(qiáng)柱弱梁，梁配筋率不宜大，避免三排四排鋼筋的配置。梁寬避免大于350mm，梁寬小于350mm可設(shè)計(jì)二肢箍，大小350mm必須設(shè)計(jì)成四肢箍，箍筋用量增加約80%。非框架梁上部縱筋采用支座負(fù)筋+架立筋形式，減少鋼筋搭接。當(dāng)梁下部縱筋有二排以上時(shí)，部分縱筋不伸入支座。箍筋局部重疊不宜多于二層。
8、大屋面盡量采用結(jié)構(gòu)找坡，既容易保證防水質(zhì)量，又能減輕荷載，而建筑層找坡增加荷載和造價(jià)。
9、“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說(shuō)明”是對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件以外的內(nèi)容進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性控制，應(yīng)特別關(guān)注“通用性”的設(shè)計(jì)說(shuō)明，通用性越強(qiáng)設(shè)計(jì)越浪費(fèi)，避免出現(xiàn)一句話增加幾十萬(wàn)的意外情況。結(jié)構(gòu)總說(shuō)明一般都有現(xiàn)成“模板”，事無(wú)巨細(xì)，不管是否適用，都羅列其中，設(shè)計(jì)師直接復(fù)制過(guò)來(lái)。每個(gè)建筑都有它的“個(gè)性”特征，不必生搬硬套。
10、一些平法標(biāo)準(zhǔn)圖集上不合理的鋼筋構(gòu)造可以改進(jìn)，如加腋梁鋼筋可以適當(dāng)減少，框架柱頂層邊角柱等。圖集上的構(gòu)造要求是參考性的，許多也是拍腦袋的，并沒(méi)進(jìn)行內(nèi)力試驗(yàn)，何必生搬硬套？
11、圖紙表達(dá)的錯(cuò)誤，如有的梁原位標(biāo)注10C25 6/5，到底是10根還是11根？是按大還是按??？諸如此類的錯(cuò)誤也在優(yōu)化之列。
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化不可取代
即使有限額設(shè)計(jì)，也需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。業(yè)主一般都對(duì)設(shè)計(jì)指標(biāo)有硬約束，以為可以一勞永逸地解決設(shè)計(jì)浪費(fèi)和成本失控等問(wèn)題。然而，設(shè)計(jì)指標(biāo)滿足限額值，不一定是最經(jīng)濟(jì)、最合理的設(shè)計(jì)。對(duì)于非標(biāo)建筑，限額值也不具指導(dǎo)意義。限額設(shè)計(jì)往往容易走向另一個(gè)極端或誤區(qū)。限額設(shè)計(jì)僅從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上對(duì)結(jié)構(gòu)成本進(jìn)行控制，而會(huì)忽略其他更重要的工作，如結(jié)構(gòu)體系合理性的判斷與調(diào)整、結(jié)構(gòu)與建筑及機(jī)電等專業(yè)的協(xié)調(diào)，為了達(dá)到限額可能持續(xù)追加成本。 施工圖審查無(wú)法取代結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。施工圖審查是確保設(shè)計(jì)文件符合國(guó)家法律、法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，施工圖審查并沒(méi)有義務(wù)審查設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，符合規(guī)范要求的設(shè)計(jì)未必是“最優(yōu)的”。而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的之一是控制成本、并使設(shè)計(jì)更加合理。當(dāng)然，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的結(jié)果也必須通過(guò)施工圖審查。
四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方式
優(yōu)化分為兩種方式：過(guò)程優(yōu)化、結(jié)果優(yōu)化。
過(guò)程優(yōu)化，是事前指導(dǎo)和事中控制，建議前置與設(shè)計(jì)同步，沒(méi)有后置動(dòng)作。
方案階段：結(jié)構(gòu)體系的造型和結(jié)構(gòu)布置合理性認(rèn)證、結(jié)構(gòu)計(jì)算和內(nèi)力分析正確。
擴(kuò)初階段：結(jié)構(gòu)方案的對(duì)比、優(yōu)化，重點(diǎn)關(guān)注結(jié)構(gòu)體系、基礎(chǔ)方案、地下室的布置等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
施工圖階段：結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)的精細(xì)化管理。主要是對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不精細(xì)做法進(jìn)行糾正，如不合理的歸并、有過(guò)大的富余、不經(jīng)濟(jì)的配筋方式和砼厚度取值等。 全過(guò)程、分階段檢查各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)情況，看是否符合《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)措施》的要求，包括結(jié)構(gòu)建模、樁基、地下結(jié)構(gòu)、地上結(jié)構(gòu)；同時(shí)分構(gòu)件驗(yàn)算設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。 結(jié)果優(yōu)化有點(diǎn)被動(dòng)，優(yōu)化效果差。通過(guò)對(duì)原設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行事后復(fù)核，并提出優(yōu)化意見(jiàn)，說(shuō)服設(shè)計(jì)單位對(duì)原設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行修改的優(yōu)化方式。
五、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化難題
設(shè)計(jì)師比較愛(ài)面子，有抵觸情緒，只要不是特別重大的原則性錯(cuò)誤，一般不愿改。改就等于承認(rèn)自己錯(cuò)了。如果優(yōu)化團(tuán)隊(duì)提的建議，原設(shè)計(jì)不改。怎么辦？
如果優(yōu)化團(tuán)隊(duì)的提出建議，原設(shè)計(jì)師認(rèn)為并不合理，怎么辦？
如果優(yōu)化團(tuán)隊(duì)提出含量鋼量高了，而設(shè)計(jì)師認(rèn)為安全性不夠，所以，不予采納。如果采納，設(shè)計(jì)師將不對(duì)結(jié)構(gòu)安全負(fù)責(zé)。怎么辦？
通常情況下，結(jié)構(gòu)優(yōu)化的建議，設(shè)計(jì)中一些顯而易見(jiàn)的錯(cuò)誤，設(shè)計(jì)師會(huì)主動(dòng)修正，溝通成本并不高。但對(duì)于一些模棱兩可本身有分歧可以有不同解釋等問(wèn)題設(shè)計(jì)未必愿意采納結(jié)構(gòu)優(yōu)化建議，即使是內(nèi)心認(rèn)為有一定道理的也出于自尊而拒絕。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化意見(jiàn)可以先給業(yè)主看，業(yè)主會(huì)有個(gè)判斷，認(rèn)為優(yōu)化建議沒(méi)問(wèn)題后，再與設(shè)計(jì)溝通商量，進(jìn)行調(diào)整和修改。要取得設(shè)計(jì)師的配合，業(yè)主會(huì)做些協(xié)調(diào)工作。
不管哪方面的修改都要提交優(yōu)化的依據(jù)和過(guò)程。
修改最終要通過(guò)設(shè)計(jì)院的同意，通過(guò)審圖，這樣才會(huì)生效，優(yōu)化才能落實(shí)。不過(guò)，只要十條建議被告采納3條也是成效顯著。
如果設(shè)計(jì)師水平很高，非常到位，沒(méi)有什么需要優(yōu)化的，怎么辦？
優(yōu)化團(tuán)隊(duì)一般會(huì)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行一個(gè)評(píng)估，再做優(yōu)化，不做無(wú)用功。設(shè)計(jì)得越濫，優(yōu)化空間越大。不過(guò)，現(xiàn)在的設(shè)計(jì)確實(shí)是參差不齊魚(yú)龍混雜，設(shè)計(jì)優(yōu)化的市場(chǎng)需求潛力巨大。
五、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化收費(fèi)
大家比較關(guān)心優(yōu)化的效果與優(yōu)化服務(wù)收費(fèi)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果視工程設(shè)計(jì)情況而定，根據(jù)已完工的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，對(duì)于中型項(xiàng)目（面積約10萬(wàn)平方左右），可節(jié)省約成本500萬(wàn)至2000萬(wàn)不等，約每平方50元~200元，還是相當(dāng)可觀的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化公司收費(fèi)一般是按優(yōu)化效果的20%收取服務(wù)費(fèi)。對(duì)于項(xiàng)目建設(shè)方來(lái)說(shuō)，發(fā)生這塊業(yè)務(wù)不僅不會(huì)造成成本的增加反而可以節(jié)省許多成本，你的錢(qián)花得物有所值。
如果沒(méi)有設(shè)計(jì)優(yōu)化環(huán)節(jié)，因設(shè)計(jì)原因?qū)е鲁杀驹黾訁s不被人覺(jué)察，一旦得知，為時(shí)已晚。
六、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的案例
1.工程概況：上海某住宅項(xiàng)目建筑面積約為7萬(wàn)平方米，框架結(jié)構(gòu)，層數(shù)3層。
2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題：除一層（地下室頂）是嵌固部位，樓板厚度180 mm。其他板厚均設(shè)計(jì)為150mm。
3.原因分析：其設(shè)計(jì)依據(jù)可能是根據(jù)上海市《關(guān)于進(jìn)一步強(qiáng)化綠色建筑發(fā)展推進(jìn)力度提升建筑性能的若干規(guī)定》的通知[滬建管聯(lián)(2015) 417號(hào)]文件（2015.6.16日發(fā)布）第三條第2條：“ 新建民用建筑的樓板厚度應(yīng)不小于150mm，并采取相應(yīng)技術(shù)措施滿足隔聲要求；”
4.優(yōu)化建議與溝通：根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）第 9.1.2第2條規(guī)定：民用建筑樓板最小厚度單向板為60㎜，雙向板為80㎜。
廚房衛(wèi)生間等小面積小跨度板根本不需要板厚150mm，100mm就夠。樓厚增加，建筑荷載隨之加大，結(jié)構(gòu)的抗震性能和抗側(cè)力等均受影響，為了滿足結(jié)構(gòu)的承載力和抗震要求，含鋼量和造價(jià)均大幅度提高，初步估算增加成本約10%左右，這與綠色建筑理念相左。
從結(jié)構(gòu)優(yōu)化角度，板厚能低則低，對(duì)降低造價(jià)意義重大。
要求民用建筑樓板厚度不小于150 mm嚴(yán)重缺乏科學(xué)依據(jù)。板厚增加未必能隔音，隔音是需要采取其它措施。如果是做隔音空心板，150 mm又是不夠的。
關(guān)于板厚設(shè)計(jì)，我們提出設(shè)計(jì)優(yōu)化建議及優(yōu)化依據(jù)。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不必拘泥于不合理的地方性規(guī)定，一是了解制訂地方規(guī)定的背景及條款所適用的條件，二是要適當(dāng)變通，三是要明白，不是所有的規(guī)定都是正確的，四不是所有的規(guī)定都非執(zhí)行不可的。
5.優(yōu)化效果：板混凝土節(jié)約35%，鋼筋節(jié)約15%，造價(jià)節(jié)約10%左右。
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