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超高层优化:如何节省数千万成本?

  • 时间:2020-08-04
  • 作者:同辰建筑
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在材料、人工等刚性成本居高不下,伴随着房地产市场下行的大背景,项目的利润率持续下降,成本控制成为房地产企业保持盈利水平的主要途径。


其中,结构成本的优化不仅优化量巨大(以百万计甚至千万计),且往往是客户不关注的成本,结构优化节省的工程造价就是项目的新增利润。


同辰建筑结构中心本期给大家分享一个超高层项目的结构优化案例,总结了影响结构成本的关键因素,为房产项目结构设计优化提供借鉴与参考。看如何做到节省数千万成本!



1、工程概况

本项目位于长沙市岳麓区,总建筑面积约近50万m2。


用地内主体建筑为:

1栋198.0m的超高层公寓式办公楼(1#);

1栋144.55m的超高层公寓办公楼(2#);

8栋高层住宅、13栋叠拼别墅;


可量化的优化量为2129万元,地上部分每平米可量化节省费用为181元/m2。获得2019年甲方集团评比优秀项目。


图1.1 1#标准层平面布置图


图1.2 2#标准层平面布置图


图1.3 1#、2#剖面图



表1.1 1#、2#基本信息表:




2、优化过程


本项目为过程优化。


优化过程分为:方案阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段。



- 2.1 - 方案阶段 


本项目优化工作开始时,1#楼方案已经确定,2#楼方案在进行中。


2#楼方案初期高度为121.6m,结构方案为框架-剪力墙结构,方案初期结构布置如图2.1.1。结构高度小于6度区A级高度的限值130m。


受建筑方案限制,2#楼结构存在位移比、周期比、凹凸不规则三项不规则,需要进行超限审查。最终决定将2#楼左右两侧分缝,排除凹凸不规则的情况,避免进行超限审查。


图2.1.1 2#方案初期结构布置


方案推进过程中,2#楼的高度提升为144.55m。考虑框架柱对使用空间影响较大,将办公区域调整为剪力墙结构,底部骑楼位置做转换,级2#楼调整为框支-剪力墙结构形式。



图2.1.2 2#初期标准户型图



图2.1.3 2#最终标准户型图



根据新方案,设计方调整结构布置如图2.1.4及图2.1.5。


图2.1.4 2#底部商业布置图


图2.1.5 2#标准层布置图



设计方仍旧采用分缝的方式,为了满足转换层上下刚度比的要求,转换层以下核心筒墙体达到800mm厚。


前期增加结构缝是为了规避超限审查,现在高度已经超过B级高度,无法避免进行超限。我方提出“取消结构缝”的布置方案,并与设计配合,使本子项顺利通过超限审查。



取消分缝后,建筑使用以及立面效果更优,并且降低了成本,结构成本优化量见表2.1.1。


表2.1.1:


注:钢筋不包括板,成本按混凝土650元/m3、钢筋5500元/吨、型钢10000元/吨计算。






- 2.2 - 初步设计阶段 


【2.2.1】荷载取值优化


初步设计阶段,对荷载取值进行详细的核对。


如玻璃幕墙荷载,原设计取值1.5*4.5=6.75KN/m。本项目采用8mm厚玻璃,根据荷载规范得1.3x(0.008x26)x 4.5 = 1.22KN/m,最终确定为1.5KN/m



经过多项荷载优化后,1#、2#楼总质量分别减少7102吨、4320吨,减重约5.1%和4.4%,为后续竖向构件尺寸、桩基础的优化提供基础。



【2.2.2】 结构布置优化


1#楼在优化过程中,设计方认为“结构的第一周期已经达到6.04s,超过了规范地震影响系数曲线周期的最大值为6s,需要做特殊研究”。


我方将图2.2.1中云线内的墙体尽可能早的收截面到250mm,两侧尽快收至300mm,同时外围框架柱也逐步减小截面,主要构件截面变化优化前后对比见表2.2.1。


图2.2.1 1#楼剪力墙收截面位置



表2.2.1框架柱及核心筒上下两侧墙截面变化:



经以上调整后,周期由原来的6.04s减少为5.94s,在减少材料用量的同时,周期减到了6s以内。并且叠合荷载的调整,使结构的组合柱使用高度减少8层。


总体材料用量变化见表2.2.2。成本节约总计约945万元。



表2.2.2 1#竖向构件优化前后材料用量:




2#楼主要为转换梁及转换柱的优化,优化前后转换柱内型钢尺寸见下表:



同时,将1000x1600的转换梁中的型钢厚度由30mm减少为16mm,仍然满足计算要求。


2#楼优化前后型钢使用量由435吨减少为124吨,节省型钢311吨,节约成本约311万元。混凝土及钢筋节省86万元。


在初步设计阶段,在优化工作的影响下,1#、2#楼可量化的成本节约量达到1747万元。



- 2.3 - 施工图设计阶段 


本项目在施工图绘制开始前,就已确定了《施工图绘制统一技术措施》,给出各种构件的配筋原则,如下图中的板配筋原则:


图2.3.1 板配筋原则截图



对于2#楼,由于抗震等级较乱,竖向构件类型较多,在绘图前给出竖向构件各区段的详细配筋原则,在源头上避免后期图纸质量的不可控。


图2.3.2 2#竖向构件配筋原则


以上原则性的意见,在施工图设计过程中,均得到了有效的执行,提高了图纸的质量,减少了后期施工图的修改。



3、优化结果


本项目最终在2019年6月全部通过施工图审查,并在甲方集团的评分系统中获得2019年上半年优秀项目。


通过以上的优化工作,本项目1#、2#可量化的成本优化量为2129万元,具体如下表:



而其他无法量化的优化工作,为整个工程节省的成本会更可观!




4、项目总结


长沙超高层项目结构优化案例超高建筑的设计工作是一个相当繁琐、复杂的过程。在绝大多数的设计院中,实际深入参与到超高层项目的设计人员都是凤毛麟角,更不要说有系统的、完整超高层知识链的人员。


设计人员在接手超高项目的同时,往往在内心提升了结构的重要性。在多专业,多步骤的推进过程中,结构设计往往受到各方面的制约,造成结构设计人员在各个环节以安全性为根本,一层层的放大安全度,而忽视了对经济性的关注。或者由于设计时间安排的前松后紧,造成施工图设计阶段错误百出。



种种情况表明,整个设计流程需要优化方进入到各个环节,时刻站在经济性的立场去审查、干预设计,使工程的每一步都达到经济、安全的平衡,并在过程中对设计人员可能产生的错误做出前置提醒。最终的结果才能是高效、顺畅的完成设计工作,并将每一分钱都花到最需要的地方。