摘要：在建筑結構設計中實現投資效益的最大化，是每個建筑結構設計人員的義務。如何使結構不僅具有更高的安全度，而且能有效減低工程造價，從而使結構具有更高的性價比，這是建筑結構優化設計所研究的重點課題。本文結合筆者從事多年結構設計的工程經驗，從結構方案選用、材料選用等多方面去分析降低建筑結構設計造價的幾點有效措施，為建筑結構設計人員進行結構優化設計提供重要的參考依據。
　　關鍵詞：建筑結構設計；結構方案選用；結構優化；材料優選
　　1. 引言
　　在建筑結構設計中，結構設計人員進行結構設計的重點一般都集中于結構的安全性，一般情況下都會忽略結構的經濟性，構件配筋等都是過于保守。出現這些現象主要在于設計人員往往偏于保守，叫較少冒險采用經濟的設計方法。但目前節約的結構設計日益受到投資商的青睞，因此如何使結構不僅具有更高的安全度，而且能有效減低工程造價，從而使結構具有更高的性價比，這是建筑結構優化設計所研究的重點課題。本文結合筆者從事多年結構設計的工程經驗，從結構方案選用、材料選用等多方面去分析降低建筑結構設計造價的幾點有效措施。
　　2. 結構方案選用
　　2.1基礎方案選用
　　（1）合理選用基礎方案是優化結構設計的重點之一，往往選用合理有效的基礎方案將節約5%左右的工程造價。特別是目前設計技術的不斷提升，越來越多基礎設計方案都可以有效地達到設計效果，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、基礎設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濟性效果一樣。如筆者曾設計某一大廈，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，按照專家提出的優化方案改變了地基處理方式以及基礎設計方案，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計大小，通過幾個方案對比以及進行周密計算，對比結果表明新方案是眾多方案中最優化的一個，不僅提高功能，還直接節約二百萬工程造價。對于特殊地基的地基處理方式，選用優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。經過對比可發現，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勢。
　　（2）進行高層或者超高層建筑的基礎設計時，筆者建議其基礎設計采用隔震技術，其關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，而且大房間的基礎厚度還可以按小房間的基礎板厚確定。通過這種措施可使整個結構受力構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上部結構方案選用
　　（1）結構體系的選用。眾多工程實例表明，上部結構方案的正確選用是建筑結構設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，由于上部結構布置合理，使其造價明顯降低，比相同建筑高度的建筑物節約了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構體系可選，選用合理有效的結構體系將會是降低造價的重要措施。例如，上海市的恒隆廣場，總層數為66層，屬于超高層建筑，初步設計時有三種結構體系可選用，分別是純鋼筋混凝土結構、純鋼結構、鋼—鋼筋混凝土組合結構，對以上三種結構體系進行經濟性分析，分析結果表明鋼—鋼筋混凝土組合結構體系總造價是三者中最優，可比純鋼筋混凝土結構節約近30%工程造價。實際上該建筑在竣工之后證明了，該結構體系無論是建筑功能還是工程造價方面都是最優的。但值得一提的是，并不代表鋼—鋼筋混凝土組合結構體系是所有建筑的最優結構體系選擇，就以多層建筑來說，絕大多數多層建筑的最優結構體系方案是鋼筋混凝土框架結構體系。因此，必須根據實際情況，對可選用的幾個結構體系進行經濟性對比分析，方可得到既滿足承載力要求又滿足降低造價的目的。
　　（2）現澆板的選用。從配筋計算上分析可發現，某跨度四邊簡支支承的雙向板，其單向跨中彎矩系數最大值為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造鋼筋，總用鋼量對比也是雙向板處于優勢。從現澆板厚度來分析，根據規范要求，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，現澆板盡可能采用雙向板為宜。
　　（3）樓梯結構方案選用。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。在樓梯結構選型方面，大多數結構設計人員進行樓梯結構設計時首選板式樓梯，甚至會發現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，就應設計為梁式樓梯。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，根據梯板厚度于梯段跨度的關系，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，在進行建筑結構設計時，對于跨度較小的樓梯則選用板式樓梯結構，對于梯段跨度較大，跑數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現，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。

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