感谢特约建筑评论人每筑建文将本文授权「专筑网」                                                                                               

【每筑微评】还在闷头做方案吗？这年头，不考虑成本和施工效率的方案，面临的是越来越大的被甲方“毙掉”的可能！看看，在2020东京奥运会主场馆这个方案的竞赛上，隈研吾VS扎哈，就是胜在成本控制！每筑认为多掌握一些结构成本知识再做方案，能有更多的胜算。筑境设计的结构工程师孙会郎说：“方案设计阶段对投资的影响程度可高达95%，结构优化可使建筑工程总造价降低5%~15%。”小伙伴们，快来看看结构工程师分享给大家的心法吧！

日本首相安倍晋三2015年7月17日正式宣布修改2020年东京奥运会主会场“新国立竞技场”的建设计划：“此前的计划作废，将从头进行调整。”这标志着，由扎哈-哈迪德主持设计的“全球造价最昂贵的体育场馆”就此搁浅。前后历时两年、扎哈-哈迪德两易其稿，2020年东京奥运会主会场设计最终又回归到一张白纸。媒体消息，高达2520亿日元（21亿美元）的造价成为设计被废的主要原因。


扎哈-哈迪德中标设计的东京奥运会主会场方案

2015年12月，2020年东京奥运会主会场竞赛委员会宣布，日本建筑师隈研吾和大成建设联合体提交的方案中标，这项获胜设计方案标价为1,490亿日圆（12.3亿美元），新国家体育场计划于2019年11月竣工，较国际奥委会规定的最后期限提前两个月。该体育场将能够容纳6.8万名观众。








隈研吾中标设计的东京奥运会主会场方案不论怎么不甘，扎哈女士的那个“外来派”项目确实被否决了，同时她在中国的一些项目也遭遇停滞。在过去，扎哈的设计凭借个性的线条、鲜明的风格一度成为建筑界的畅销品，然而未来很长一段时间，它们将不得不面临亚洲市场的寒冬。
所以，建筑师必须讲究成·本·控·制！

建筑结构设计优化与成本控制作者：孙会郎

1.     概述随着市场竞争的日益激烈，房地产公司要想在竞争中立于不败之地，关键在于能否实现投资项目的经济效益最大化。房地产公司经济效益最大化的实现需要在完成项目开发定位与功能需求的前提下，实现房地产开发成本的最低化。成本控制是一个系统工程，贯穿建筑工程项目决策、设计、招投标、施工、竣工等各个阶段。设计阶段在房屋建筑工程项目的整个建设过程中，是花费时间最短、使用资金最少的阶段，但是，设计阶段却对整个项目的投资起着决定性的作用，因此利用正确的理论与方法解决设计阶段中的造价控制问题具有十分重要的现实意义。建筑项目的结构成本（钢筋、混凝土、砌体等材料费）约占主体造价的40%~60%，结构优化可使建筑工程总造价降低5%~15%，这笔隐形的利润总额可观，对于减少企业投资、增加企业利润、提高资金周转率等都有帮助，具有较大的经济价值。

  2.     建筑结构成本的组成概况建筑结构的的成本主要由以下几项组成：

图1    建筑结构成本的组成概况

3.     项目不同阶段的影响程度建筑项目的成本控制贯穿于决策、设计、招投标、施工、竣工等各个阶段，但各个阶段对投资的影响程度是不同的。总的影响趋势是随着项目的开展，各项工作对投资的影响程度逐步下降，方案设计阶段对投资的影响程度可高达95%，到施工阶段至多10%左右，如图1所示。因此，要想控制工程成本与投资规模,关键在于项目前期的投资决策和设计阶段，并应注重全程控制。

图2    项目不同阶段的影响程度

4.     决策与方案阶段对工程结构成本的影响因素项目决策与方案阶段对工程结构成本的影响因素，地上建筑主要有选址（地质、风压和抗震设防烈度不同）、建筑体型、建筑高度、层高、转换层、立面复杂程度等；地下主要有人防、埋深、覆土、抗浮水位、层高等；各因素的影响程度见表1、表2。

表1    地上建筑影响因素

表2    地上室影响因素

5.     结构体系与布置优化建筑结构注重概念，同样结构优化设计应从概念设计做起，选取合理的结构体系及合理的结构布置是结构设计优化的前提，设计时应注意以下几点。

1)应根据建筑布置、高度和使用功能要求选择经济合理的结构体系。比如，异形柱框架比普通框架用钢量大，在可能的情况下尽量采用普通框架；短肢剪力墙比普通剪力墙含钢量高，在可能的情况下尽量采用普通剪力墙。

图3    根据建筑的高度及对刚度的需求采用合理的结构体系

2)应选择比较规则的平面方案和立面方案。尽量避免平面凸凹不规则或楼板开大洞，控制平面长宽比，合理设缝，使结构刚度中心与质量中心尽量靠近。竖向应避免有过大的外挑或内收，同时注意限制薄弱层、跃层、转换层等不利因素，使侧向刚度和水平承载力沿高度尽量均匀平缓变化。

图4     建筑结构平面不规则示例（凸角及凹角）

图 5    建筑结构平面局部楼板不连续示例（大开洞及错层）

图6     建筑结构竖向收进和外挑示意

图7     宜设抗震缝的平面不规则建筑


图8     宜设抗震缝的立面不规则建筑

3)应选择合理、均匀的柱网尺寸，使板、梁、柱、墙的受力合理，从而降低构件的用钢量。柱网大则楼盖用钢量大，柱网小则柱子用钢量增大，应根据建筑实际情况和经验合理布置。

4)应选择经济合理的楼盖体系。楼盖质量大，层数多，占整体造价比重高，对楼盖的类型、构件的尺寸、数量、间距等应进行对比分析，选择最优的方案。一般住宅宜采用现浇梁板楼盖、客厅、主卧等主要功能房间内均不应出现次梁。办公楼、商场等大空间结构宜采用十字梁、井字梁。双向板比单向板经济，应多做双向板。板的厚度，双向板宜控制在短跨的1／35，单向板宜控制在短跨的1／30，此时板易满足强度和变形要求，经济性好。

5)剪力墙的布置宜规则、均匀、对称，以控制结构扭转变形。在满足规范和计算的前提下应尽量减少墙的数量，限制墙肢长度，控制连梁刚度。剪力墙尽量全部落地不做框支转换层，平面能布置成大开间的尽量布置成大开间，墙体的厚度满足构造要求和轴压比的要求即可。连梁刚度太大时可通过梁中开水平缝变成双梁、增大跨高比等措施降低连梁刚度。尽量少用短肢剪力墙，限制“一”字墙。

6.     材料优化材料自重对结构受力影响较大，应尽量选用轻型材料。如填充墙、隔墙采用轻质材料，可显著减轻自重，减小地震作用，降低含钢量，减小基础尺寸。优先选用高强度材料（构造控制处除外），减小构件尺寸(墙、板的厚度；梁、柱尺寸；杆件尺寸)，并提高材料利用率（轴压比、应力比）。
混凝土价格相对便宜，非构造控制配筋的结构构件可适当提高混凝土强度等级以减少钢筋用量，但混凝土强度等级越高越容易开裂，所以也不能太高。一般建议梁板混凝土等级取C25~C35，墙、柱混凝土等级取C25—C60(断面与标号间取最优值)，转换层水平构件取C40，非承重构件取C20，基础取C30~C35，垫层取C15。高层建筑一般楼层越高柱、墙内力越小，故混凝土强度等级宜从下到上逐渐减小。

7.     荷载优化建筑师必须告诉你的结构伙伴：荷载取值大小，对结构造价有着最直接的影响，应严格按规范选取，不得随意增大！对于一些特殊功能的建筑，应会同甲方共同测算荷载的取值。此外，还有一些荷载的折减系数：隔墙开门窗处荷载作相应折减，隔墙高度取值应减去上部梁高。板、梁、柱计算时分别采用不同的活荷载折减系数；消防车荷载应按覆土厚度折减；消防荷载及施工荷载工况不验算裂缝和挠度，板可按塑性算法；基础布置（验算地基或桩基承载力）不考虑消防荷载及施工荷载（基础承载力计算应考虑）。

屋顶尽量采用结构找坡，减少建筑面层找坡荷载。通过计算结果中单位面积质量数值可以判断出荷载输入是否正常。一般工程单位面积的荷载标准值为：框架结构  12～15KN/m2框-剪结构  13～16KN/m2剪力墙结构  15～18KN/m2框筒结构  14～16KN/m2地下室结构  20～25KN/m2

8.     设计参数优化设计参数直接影响着结构构件的内力和含钢量，因此必须弄清楚每个参数的内涵，正确地选用。

9.     构件设计优化1）楼板设计优化注意让你设计的材料在经济跨度上发挥作用！钢筋混凝土楼板经济跨度3m~4.2m，板厚约L/35且不宜小于100mm。2）梁设计优化钢筋混凝土框架梁经济跨度4m~9m，梁高L/(10~18)，且不宜小于400。钢筋混凝土次梁经济跨度3m~9m，梁高L/(12~20)，且不宜小于300。3）柱设计优化(1)通过混凝土强度等级的合理确定来控制其截面尺寸和轴压比，使绝大部分柱段都是构造配筋而非内力控制配筋。(2)尽量避免短柱。(3)当柱子按计算结果配筋时钢筋用量相差不少。如下图：

图9     柱不同配筋方式对比

4）剪力墙设计优化按结构抗侧刚度需求合理确定剪力墙数量，并优化剪力墙配置位置。不宜使用短肢墙，一字墙，墙肢也不易太长。 10.基础设计优化基础设计的关键是合理选择基础形式，应优先采用天然基础，地基承载力不足时可以考虑采用地基处理及桩基础。从造价优势上来看，基础形式的选取顺序为：独立基础→条形基础→筏板基础→强夯地基处理→水泥搅拌桩地基处理→预应力管桩→人工挖孔桩→沉管灌注桩→冲孔桩、钻孔桩→钢桩。地下车库顶板常用结构型式有大跨梁板、十字梁、井字梁、柱帽无梁楼盖、预应力有／无梁楼盖、空心楼盖等几种；底板常用结构型式有“承台+底板”、“承台+地梁+底板”、“平板”等几种。应根据建筑、荷载和场地条件进行多方案技术经济性比较后再选择最合理的方案。

图10    悦海湾酒店和晋韵大厦结构三维模型

注：
1.孙会郎，2004年获得重庆大学土木工程学院工程力学硕士学位；2009年2月加入中联筑境，现任筑境设计杭州公司结构所所长、高级工程师、一级注册结构工程师。
2.本文原载于《筑境设计·NEWSLETTER》2015年第三期，有删节。
每筑建文发布宗旨忠实记录当代华人建筑领域的事件、人物、作品和声音客观反映当代中国建筑的现状和思潮汇聚中华建筑智慧

更多内容详见
中国建筑纪实网官方网站：http：//www.archi-nonfiction.com
投稿请发特定邮箱：meizhujianwen@163.com, 或者mzjwikuku@163.com
新浪微博：@每筑建文
新浪微博话题：#每筑建文#
参与讨论微信平台：微信加MEI-ZHU-JIAN-WEN