目前各地产公司基本都实行设计限额管控,在地产开发项目中,塔楼的主体结构方案基本可控; 相对而言在建筑桩基选型、地基处理方案、基坑支护等部分,成为土建成本浪费重灾区,地下部分结构设计在设计灵活性、经验性、概念分析等方面,对设计人员要求较高,由于设计人员经验能力不足,或保守意识过强,导致在方案布置上一味做加法,造成土建成本畸高。
笔者在日常方案审核优化中秉持一个原则: 结构优化目的不是牺牲结构安全度换取成本的降低,而是降低方案中的无效成本。 结构方案就好比一个圆凳,三条腿就可以很好的保证使用性和安全性,但是许多方案的问题在于圆凳下布置了四条甚至更多,
结构优化的目的就是找出多余的那几条腿,而不是把三条腿精简为两条腿,以降低安全度为代价的优化,是要不得的。

案例一
抹零头

本项目主体为三个单元并排布置的33层高层住宅,天然地基承载力不足,地基采用CFG桩地基处理方案,原方案为直径400mm,桩长18m,间距1.3m梅花形布置,平面图如下所示: 桩基成本优化是减少人为保守设计,非降低安全储备! CFG桩基平面布置图 本方案选择方向没问题,常规下,地基选型满足承载力要求的前提下,地基处理比桩基经济性要好。
问题所在: 在审核地基承载力计算书时,发现结构实际需求承载力为580kPa,而实际承载力达到了634 kPa,富余较多。
产生原因: 是结构设计师的习惯导致,从事结构设计的都知道,设计师往往习惯性的摸零头,本案例634 kPa抹零头为600 kPa,然后复核承载力时600 kPa满足580kPa的需求,从而认为设计已经合理了;翻规范可知道,桩基类以及复合地基类地基的安全系数已相当保守,故而在设计时不必留过多余量。
优化措施: 让设计院放大CFG桩间距,使复合地基承载力与需求匹配,经试算间距放大为1.5m满足需求。复核沉降计算满足也规范要求。 桩基成本优化是减少人为保守设计,非降低安全储备!
优化结果: CFG桩根数由原来2000余根,减少为1400余根,按当地价格粗略测算,可降低造价约150余万元。造价节约1/4的同时,工期也可以节约1/4,效益显著。
本案例是最常规的优化思路,通过复核方案的计算书,使方案性能和实际需求匹配,达到性价比较优的结果。

案例二
墙下布桩

本项目塔楼为7栋30层高层住宅,基础为1.3m厚筏板,灌注桩基础。
经过上个案例,可能有人就会有疑问,为什么本案不采用CFG桩地基处理方案呢?因为本场地土层较差,筏板底标高处为饱和软黏土(120kpa),承载力与实际需求相差较大,不适合复合地基方案。那是不是可以使用管桩基础呢?是可以的,但由于前些年上海的“楼倒倒”事件,部分地区已经规定高层住宅不允许使用了,本项目所在地恰好有此规定。
所以本方案采用灌注桩方案是合理的,经过复核桩反力与桩承载力特征值也是匹配的,桩钢筋配置也在合理范围内。
那方案问题出在哪里呢?大家可以观察下附图,可以发现桩基基本全部布置在剪力墙下,非常合理,传力直接,受力明确。那就带来一个问题, 既然剪力墙内力都可以直接传递到桩上了,那筏板用1.3m厚是否有必要呢? 桩基成本优化是减少人为保守设计,非降低安全储备! 桩基平面示意图(局部) 经核查筏板内力、配筋,均不大,让设计院大幅度减薄筏板复核计算,优化为0.65m厚时,配筋结果才在筏板通筋之外产生一些较大附加筋。
对于筏板厚度,许多设计院有个不成文规矩,取50*层数作为筏板厚,如本项目,可取50*30=1500mm,这样看设计院取1300m,还算手下留情了。其实不然,这个简略计算公式是上世纪手算时代的简便用法,且适用范围为6、7层以下建筑(因那个年代住宅楼层基本不超过此层数),在计算软件大为发达,楼层高度越来越高的今天,显然不再适用,设计师应采用计算软件合理计算,在满足规范前提下,根据计算结果合理选用筏板厚度。
可能又会有人问,那是否可采用承台梁+防水板方案呢?也可以,但是根据以往经验,承台梁+防水板方案以及承台+防水板方案,在钢筋+混凝土用量方面比合理厚度的筏板方案并无突出优势,而且带来的是钢筋加工下料、钢筋绑扎、基坑开槽、防水施工、垫层施工等一系列施工上的复杂繁琐。从施工便利及节约工期的角度,筏板方案也是占优的。
最终本方案筏板厚度选用800mm厚,尽管650mm也满足计算要求,但是考虑到终归是30层高层,也不宜过于冒进。
经粗略测算,筏板厚度减少0.5m,7栋塔楼仅钢筋、混凝土降低约造价约140余万,还不包括所带来的土方量减少,工期缩短等有利因素。 注意本案例的优化思路,只适用于桩基布置合理, 墙下布桩 的情况,如果是满堂桩方案,就不适用了。

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