1. 引言
在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點一般都集中于結(jié)構(gòu)的安全性，一般情況下都會忽略結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性，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)計人員往往偏于保守，較少冒險采用經(jīng)濟的設(shè)計方法。但目前節(jié)約的結(jié)構(gòu)設(shè)計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，從而使結(jié)構(gòu)具有更高的性價比，這是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計所研究的重點課題。本文結(jié)合筆者從事多年結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程經(jīng)驗，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)計造價的幾點有效措施。
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)計的重點之一，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。特別是目前設(shè)計技術(shù)的不斷提升，越來越多基礎(chǔ)設(shè)計方案都可以有效地達到設(shè)計效果，就高層、超高層或者一些特殊地基來說，一般都存在幾個適合該工程的地基處理、基礎(chǔ)設(shè)計及或者基抗支護方案，但并不代表所有方案最終所得到的經(jīng)濟性效果一樣。如筆者曾設(shè)計某一大廈，其建筑面積為7萬平方米，有一個8層的裙房，其中有兩層是地下室，另外有兩個30層高的塔樓。通過召開專家研討會，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)計大小，通過幾個方案對比以及進行周密計算，對比結(jié)果表明新方案是眾多方案中最優(yōu)化的一個，不僅提高功能，還直接節(jié)約二百萬工程造價。對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。又如同樣地基處理工程，對礫質(zhì)粘性土回填地基處理方案、擠密碎石樁復合地基加固方案、強夯法加固方案三個方案進行比較，前者強度要提高40%左右，工程造價約為1.5億元，同時工期較長；而強夯法加固方案強度可提高90%，工程造價約為3000萬元，同時工期較短。經(jīng)過對比可發(fā)現(xiàn)，顯然采用強夯法加固方案對該地基進行處理，無論是工程造價、安全性、還是施工工期都有明顯的優(yōu)勢。
（2）進行高層或者超高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計時，筆者建議其基礎(chǔ)設(shè)計采用隔震技術(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，僅某幾個房間為大面積，因此可以在大房間中設(shè)計有隔震墊進行卸載，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。
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)計時降低工程造價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)體系將會是降低造價的重要措施。例如，上海市的恒隆廣場，總層數(shù)為66層，屬于超高層建筑，初步設(shè)計時有三種結(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)，對以上三種結(jié)構(gòu)體系進行經(jīng)濟性分析，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。實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)實際情況，對可選用的幾個結(jié)構(gòu)體系進行經(jīng)濟性對比分析，方可得到既滿足承載力要求又滿足降低造價的目的。
（2）現(xiàn)澆板的選用。從配筋計算上分析可發(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，總用鋼量對比也是雙向板處于優(yōu)勢。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，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的措施之一，其對混凝土、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)計人員進行樓梯結(jié)構(gòu)設(shè)計時首選板式樓梯，甚至會發(fā)現(xiàn)會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，這是一個錯誤的選用。實際上當梯板長度大于3m或活荷載較大時，就應(yīng)設(shè)計為梁式樓梯。例如，某樓梯的梯段跨度為3.6米，活荷載為2.5kn/m2。當采用板式樓梯時，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，從降低工程造價角度來分析，在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對于跨度較小的樓梯則選用板式樓梯結(jié)構(gòu)，對于梯段跨度較大，跑數(shù)較多的樓梯則宜選用梁式樓梯。
3. 材料方案選用
（1）以樓梯的材料進行分析。樓梯的混凝土材料多為c20，鋼筋材料多為i級鋼筋，但從鋼筋強度角度對比可發(fā)現(xiàn)，ii級鋼筋的強度為300n/mm2、i級鋼筋的強度為210n/mm2，ii級鋼筋的強度設(shè)計值要比i級鋼筋的高45%左右，但這兩種鋼筋的市場價基本相等。就以一個梯段跨度為3.6米的樓梯為例，采用i級鋼筋直徑為10mm~14mm之間，若采用直徑為12mm~14mm之間的ii級鋼筋，可減小約25%的鋼筋用量，對于跨度較大的樓梯，造價降低尤為明顯。因此，對于跨度較大的樓梯，其受力鋼筋宜選用ii級鋼筋。