【同济大学硕士论文】建筑结构设计比选和住宅造价成本控制的研究

'同济大学土木工程学院硕士学位论文建筑结构设计比选和住宅造价成本控制的研究姓名：申请学位级别：硕士专业：建筑与土木工程指导教师：20070501 摘要摘要目前我国房地产业正面临一个新的转型期，从前些年的粗放式经营慢慢转向精细型，房地产业的开发主体也由国有资本为主逐渐转为民营资本为主。我国房地产业逐渐由卖方市场进入到了买方市场，房地产业的发展进入了一个严酷的寒冬，房地产开发项目成本上来分析，除建安工程费以外各项等费用是地产商在开发房产时的硬性费用，一般在开发项目确定以后，其总的费用一般上下浮动的比例很小：而项目的土建安装费用，各项设备费用变化较大，特别是土建费用在整个项目的基建成本中所占的比例较大。如何在满足国家各项法律法规的前提下控制整个房产开发项目的基建成本对开发商而言是一个迫切需要解决的问题。本文研究主要研究在我国现行房地产开发体制下如何从设计角度来控制房地产开发成本，通过具体案例的经济性分析比较阐述结构设计对降低住宅工程成本的影响因素，通过控制设计的各个过程来降低工程的整个造价。最后，关于进一步的努力方向进行了简要的讨论。关键词：优化设计实例 AbstractABSTRACTTheoptimizationdesigninChinaisonthemomemofspringinguprapidly,andisasignificantworkforthearchitecture．Itisanimportantquestionhowtocontroltheengineeringcostindifferentphasesduringthedevelopmentofrealestate．Inthisarticlesomeengineeringpracticearepresentedtointroducethemethodhowtocontroltheengineeringcostduringthestructuraldesign．Atlast．abriefdiscussionisgiventothefurtherworkingdirection．KeyWords：optimizationdesign；engineeringcostcontrol；practiceII 学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。学位论文储虢四曹2∽]年]月毛日经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。指导教师签名：学位论文作者签名：年月日年月日 同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。繇备亿寸1年]月毛日 第1章绪论1．1研究背景2006年年度起，国家房地产新政策的陆续出台，06年5月17日国务院提出了促进房地产业健康发展的六项措施(俗称“国六条”)，涉及住房供应结构、税收、信贷、土地、廉租房和经济适用房建设等方面。“国六条”的颁布，意味着房地产市场经历了又一轮严历的调控，被认为是进一步深化对房地产市场的调控。06年5月29日，国务院办公厅出台<<关于调整住房供应结构稳定住房价格的意见>>(国办发[2006]37号)，人称九部委“十五条”，对“国六条”进一步细化。2006年5月31日，国税总局下发<<关于加强住房营业税征收管理有关问题的通知>>(国税发74号文件)。2006年6月1日起个人住房案揭贷款首付款比例不得低于30％。考虑到中低收入群众的住房要求，对购买自住住房且套型建筑面积90平方米以下的仍执行首付款比例20％的规定。2006年7月6日，建设部联合国家发展和改革委员会、国家工商行政管理总局下发166号文件<<关于进一步整顿规范房地产交易次序的通知>>，要求房地产开发企业取得预售许可证后，应当在10日内开始销售商品房。同时加强房地产广告发布管理，未取得商品房预售许可证的，不得发布商品房预售广告。2006年7月11日，建设部联合其他5部委下发171号文件<<关于规范房地产市场外资准入和管理的意见>>，加强了对外商投资企业房地产开发经营和境外机构和个人购房的管理。2006年7月24日，国务院办公厅发布<<关于建立国家土地督察制度有关问题的通知>>(国办发[2006]号)，九个国家土地督察局派驻地方，全国省(区、市)及计划单列市的土地审批使用，将列入九大土地督察局严格监管之下。2006年7月26日，国税总局发布<<关于住房转让所得税征收个人所得税有关问题的通知>>，宣布从8月1日起，各地税务局将在全国范围内统一强制性征收二手房转让个人所得税。 第1章绪论同时在2006年，央行在短短5个月时间内，两次上调贷款基准利率。这一系列举措对房地产开发商也产生了不可低估的作用，加之银行收缩银根，开发商的日子过得愈发艰难。在全世界很多国家，如今的房价已经创下了历史记录。全世界房产的总价在过去5年增加了30万亿美元，超过了70万亿美元，相当于这些国家GDP的增加总额。全球半数以上的主要国家，房价上涨10％以上。然而近来，一些国家的房价泡沫已开始显现破裂痕迹。英国皇家特许测量师协会的报告显示，英国房价已经连续10个月下跌，到2006年5月为止，净差额达到49％，是1992年英国房价泡沫破灭以来最大幅度的跌势，2005年以来英国房屋销售量缩减1／3。美国全国房地产商联合会于2006年8月15日发布的一份报告说，7月份发展商信心指数跌至32点，创下了15年来的最低点。同一天，美国全国房地产经纪人协会发表的报告称，今年第二季度美国现有房屋(旧房)销售量为669万套，比去年同期的719万套下降了7％，美国商务部8月16日的一份报告则指出，2006年7月份新房开工数量下跌2．5％，为过去6个月中的第五次下跌，也是近两年来的最大降幅。我国房地产业逐渐由卖方市场进入到了买方市场，房地产业的发展进入了一个严酷的寒冬，楼市从谷底攀至巅峰，用了接近五年的时间，而从巅峰滑落，只在一夜之间。发展商对于资金的渴求，在2006年达到史无前例的高度，开源是一个方面，内部节流是另外一个方面。1．2房地产开发项目成本的组成与工程造价的控制房地产开发项目的投资过程就是房地产商品的生产过程，因而其投资估算与成本费用估算不可截然分开。房地产开发项目投资与成本费用估算的范围包括土地购置成本、土地开发成本、建安工程造价、管理费用、销售费用、财务费用及开发期间的税费等全部投资。房地产建设项目各项费用的构成复杂，变化因素多、不确定性大，依建设项2 第1章绪论目的类型不同而有其自身的特点，因此不同类型的建设项目，其投资和费用构成有一定的差异。对于一般房地产开发项目而言，投资及成本费用。由开发成本和开发费用两大部分组成。(一)开发成本开发成本共有八项，其中包括：1．土地使用权出让金；2．土地征用及拆迁安置补偿费；3．前期工程费；4．建安工程费；5．基础设施费；6．公共配套设施费；7．不可预见费；8．开发期间税费(二)开发费用开发费用是指与房地产开发项目有关的管理费用、销售费用和财务费用。房地产开发项目工程造价一般是指建安工程费，即直接用于建安工程建设的总成本费用。主要包括建筑工程费(建筑、特殊装修工程费)、设备及安装工程费(给排水、电气照明、电梯、空调、燃气管道、消防、防雷、弱电等设备及安装)以及室内装修工程费等。从房地产开发项目成本上来分析，除建安工程费以外各项等费用是地产商在开发房产时的硬性费用，一般在开发项目确定以后，其总的费用一般上下浮动的比例很小；而项目的土建安装费用，各项设备费用变化较大，特别是土建费用在整个项目的基建成本中所占的比例较大。如何在满足国家各项法律法规的前提下控制整个房产开发项目的基建成本对开发商而言是一个迫切需要解决的问题。一般来讲，工程造价的控制可分为四个阶段：决策阶段、设计阶段、施工阶段、竣工阶段。(1)项目的决策阶段项目的决策是选择和决定投资行为的过程，是对拟建项目的必要性和可行性进行技术经济论证，对不同建设方案进行技术经济比较选择并做出判断和决定的过程。因此，项目决策正确与否，直接关系到项目建设的成败，关系到工程造价的高低及投资效益的优劣。这一工作主要由公司管理层决定。(2)设计阶段的工程造价控制 第1章绪论设计是否经济合理，对控制工程造价具有十分重要的意义。国外一些专家研究指出：设计费虽然只占工程全费用的1～3％，但在决策正确的条件下，它对工程造价的影响程度达75％以上。因此，设计阶段工程造价的控制是控制的工程造价的关键。(3)施工阶段的工程造价控制由于施工阶段是形成工程实体的阶段，所投入的资金量最大，因此虽然它不是投资控制的决定性阶段，但确是工程造价的关键性阶段。(4)竣工结算阶段的工程造价控制竣工结算是工程造价控制的最后一个阶段，它是反映建设项目实际造价和投资效果的文件，也是竣工验收报告的重要组成部分，必须予以高度重视。有资料表明：建设项目各设计阶段对整个工程投资的影响程度为：初步设计阶段为75％．95％，施工图阶段为5％．35％。在整个建筑工程的各专业设计中，建筑结构设计是重中之重，它不仅要满足安全性、适用性、耐久性等基本要求，而且在当前的形势下更要特别强调结构的经济合理性。如何从结构设计的角度出发，在尽可能满足建筑需要的前提下，如何降低工项目的土建费用，对结构设计人员而言是必须要面对的课题1．3本文研究内容本课题研究我国现行房地产开发体制下如何从设计角度来控制房地产开发成本，通过具体案例的经济性分析比较阐述结构设计对降低住宅工程成本的影响因素，通过控制设计的各个过程来降低工程的整个造价。本文主要从以下几个方面进行研究。第一章绪论，主要介绍目前房地产房地产业发展的现状；房地产开发项目投资与成本费用估算及其组成部分；工程造价控制的四个阶段。第二章影响住宅建筑工程造价的主要因素以及经济性结构设计与基本步骤，主要介绍影响住宅建筑工程造价的主要因素：投资决策阶段；建筑规划；设计阶段(包括设计建筑物结构类型的选择、基础形式的选择、上部结 第l章绪论构体系及构件的确定、混凝土设计强度的确定、构造及其节点在满足规范要求的经济做法)；施工阶段。第三章建筑工程造价控制应用实践，主要通过一些工程实例介绍了桩基础形式、基础结构形式以及上部结构体系及构件对建筑经济性的影响。第四章结论与展望，主要是对全文进行总结及对下一步的工作进行简要的讨论。通过这些方面的研究，使经济性设计在实际工程设计中进一步落实加强。 第2章影响住宅建筑工程造价的主要因素以及经济性结构设计与基本步骤第2章影响住宅建筑工程造价的主要因素以及经济性结构设计与基本步骤2．1投资决策阶段项目的决策是选择和决定投资行为的过程。投资决策阶段主要是指此项工程在市场上的定位，当一个项目确定以后，土地费用已经发生，确定在这一地块上建何种类型的建筑以及相应的市场定位就是下一阶段的工作。高端商品房和低端商品房以及普通办公楼与甲级写字楼在定位上相差是很大的，投资决策决定了项目的市场定位，当一个项目的市场定位确定下来以后，那么整个项目的一个总体的估算就会确定，公司高层必须考虑具体的项目完成后适应的目标客户群，它要适合是什么样的人群，而这一阶段的决策是由公司的高层确定的，目标定位完成后接下的工作就进入设计阶段的工作。市场定位的工作是极其重要的一项工作，它直接关系到整个项目的可行性和必要性，从某种角度来说它对整个项目成本的影响是总体的，而接下来其它三阶段的工作只是局部的。以某新城项目为例：该项目地上总建筑面积195914平方米，其中住宅总建筑面积89710平方米，住宅(创意居)总建筑面积78081平方米，公建总建筑面积65006平方米。地下总建筑面积36883平方米，其中地下汽车库32549平方米，地下自行车库3609平方米，地下物业用房725平方米，人防建筑面积10618平方米。新建建筑单体包括：1号～7号住宅楼、8"-"9号住宅(创意居)、商业街、地下汽车库、垃圾压缩站等。该项目2003年10月完成扩初设计，2004年2月完成了商业街地下车库施工图设计，2004年4月完成了8～9号住宅(创意居)及商业街施工图设计，上述单体均同时于2004年1月开工，而1～7号房住宅楼施工图却由于各方对建筑立面迟迟未定而未展开施工图设计，以致施工图一直延至2004年11月份方才最终完成。商业街及地下车库、8～9号住宅(创意居)于2004年12月结构封顶，1～7号房住宅楼却于2005年7月方才结构封顶。2004年"-"2005年中国的房地产市场发生了重大的变化，2005年3月开始的6 第2章影响住宅建筑工程造价的主要因素以及经济性结构设计与基本步骤房地产宏观调控政策对整个业界的打击是巨大的，市场一片萧条。而此之前2004年中，仅隔一条街的另一个项目的一栋24层住宅楼的销售时间仅需2天，人们排队抢购。而本项目中的住宅部分的结构施工时间仅需要半年，如计划安排得当，销售完全可以在2004年中开始。由于高层管理者定位失误(房型偏大同时又考虑高档精装修房)，决策拖延，中途反复，以至2006年3月销售仍无法进行。近9万平方米的住宅无法销售，按13000元／M2计算，接近11．7亿的资金积压。可见决策失误对项目的影响。2．2建筑规划、设计方面的主要影响因素和相应的控制方法2．2．1建筑规划、设计方面的主要影响因素(1)概念和方案设计概念和方案设计一般是在工程项目投资决策阶段的后期和正式开始设计的前期阶段。我们知道，概念和方案设计是决定建筑物风格、流派、造型乃至造价的第一步，不同的概念和方案会产生不同的效果，当然也影响到建筑成本。如传统的欧式风格建筑，它除了特有的构造以外，其外墙和屋顶附设设计了更多的建筑饰物，给人以特有的印象；而现代建筑物通常比较简练，通过各种形式的线条、造型来突出现代人的一种生活方式和追求。不同的建筑理念，它的概念和方案设计不尽相同，甚至大相径庭，其产生的结果足以影响建筑成本。(2)建筑物功能的控制建筑物功能的控制，其实质是对建筑物合理功能的控制。每一栋建筑物都有建筑物本身特定的功能要求，住宅、办公楼、商场等功能要求以人为本，在设计这些建筑物时，设计师应从满足人的基本需要进行考虑。建筑物建成后，功能太低则不能满足使用者需要；功能过高、不实用，则会增加投资而得不到最终价值的体现，因此，不切合实际的功能设计，其后果只能是增加成本，影响建筑成本的控制。(3)建筑物大小对建筑成本的影响 第2章影响住宅建筑T程造价的主要因素以及经济性结构设计与基本步骤当建筑物的外形相同时，如果建筑物的尺寸缩小，就会增加建筑面积的造价，反之，加大建筑物的尺寸，一般能使建筑面积的造价降低。这是因为建筑物外墙与建筑面积的Iiii增大或缩小，将会引起内部隔墙、装饰、安装等的工程量成比例的增加或缩小，同时基础、屋面檐口、门窗、遮阳板及施工脚手架等费用也会引起相应的增加或缩小。(4)平面形状对建筑成本的影响一般来说，在相同的建筑面积条件下，建筑物的外形越简单，外墙长度就越短，单位造价也就越低；相反，建筑平面外形复杂而且不规则，则外墙周长和建筑面积之间的比例必将增加，这将引起单位造价的提高。不规则的建筑外墙，不仅使墙体增加，而且室内、外管线工程及基础费用也会增加。(5)建筑层数不同类型的建筑物如别墅、多层、小高层、高层、超高层建筑等，它们都有不同的设计、施工规范要求，如小高层与层高的设计规范要求就不尽相同，具体地反映在抗震、抗风、防火、增压等方面。在同一类型的建筑物内，由于执行的是同一规范，因此一般不会人为地去提高一个规范档次从而引起建筑成本的增加。而不同类型的建筑物，由于规范要求不同，建筑成本必然不同，特别是介于小高层和高层两者之间的建筑物，可谓不上不下，但在设计时，设计规范要求在这种情况下必须执行高一个档次的设计规范要求时，其增加的成本却大得多，而这样的设计在房屋销售时又不能得到购买人的认同。从价值工程原理这一角度看简直是一种无谓的浪费。当然，在同一档次的建筑物内，有时增加几层或减少几层同样会引起建筑成本的变化，其一般的变化规律是增加层数时建筑成本下降，减少层数时建筑成本上升，但对具体的工程而言，只有经过具体的分析和测算时才能了解成本的变化情况。(6)建筑层高建筑层高的增加，意味着工程实物量的增加，例如墙体、门窗、粉刷、装饰、管线等。这些增加的实物量分摊在建筑面积上只会引起单位建筑面积造价的增 第2章影响住宅建筑工程造价的主要因素以及经济性结构设计与基本步骤加。因此除了底层或公共活动场所或特别需要之外，在满足设计规范后，一般不应盲目的增加层高。(7)建筑材料、设备标准一般而言，建筑成本随着建筑标准的变化而变化，建筑材料、设备标准高的，建筑成本随之增高。但是，在有些情况下也并不完全如此。所谓高标准的建筑材料和设备，其重要的标志是指品牌、价格或是较为稀贵的产品，并产生一定的影响，其成功之处是在于各种要素的巧妙搭配。例如在装饰房屋墙面时，虽然可取品牌好、价格高的墙纸，但远不如用颜色和谐、价格大众化的涂料产生的效果来得更好、更易于为买主接受。因此，不仅仅是材料、设备的品牌知名和价格贵就一切都好，有时候注重合理和巧妙的设计手法比单纯追求建筑材料、设备的高标准和单纯的品牌其效果才能更好。(8)规划、设计本身规划、设计本身的收费，它在投资中的比例并不是很高，但对于一个成规模的建筑物或建筑群体而言，往往差异是很大的，业主与不同的规划、设计公司订立合同时，费用相差几十万元的事例并不少见，因而规划、设计本身的收费或多或少地影响着建筑成本。2．2．2相应的控制方法针对建筑规划和设计阶段这些影响建筑成本的因素，除了具体的技术手段外，一般可采取以下几种较为关键的具有针对性的方法。(1)建议业主聘请熟悉的、相互间又比较了解的、而且又有规划设计经验的人或公司作为顾问。这些顾问既不是决策者，也不是业主的代表，其主要作用是出谋划策，提出建议。如在挑选规划、设计公司后，由他们提出概念和方案设计、建筑物功能控制、大小、平面、层数、层高、标准等方面的建议。业主在参考时顾问们只要点到要点，规划和设计公司就知道该怎么做。因此，好的顾问是投资成功的重要前提。9 第2章影响住宅建筑工程造价的主要因素以及经济性结构设计与基本步骤(2)挑选一批有一定规模、力量强、有影响的若干个规划和设计公司作为后选人。如上所说，有规模、力量强、有影响的规划和设计公司数量较多，但还须精心挑选，可采取先摸底然后口头邀请洽谈的方法，通过交流，了解了大致情况后，再进行比较，最后确定几家公司，这样可以在招标时留有余地。(3)采取正式的公开或邀请招标方式。采取招标方式，一是有利于价格竞争，二是业主通过招标时，可先提出在可行性研究阶段形成的建筑理念和具体的建筑要求，要求规划和设计公司予以认真的思考和创造性的发挥，从而提出基本符合业主要求的投标承诺，最终确定业主满意的规划、设计方案和公司。(4)订立一个好的规划和设计合同。概念和方案设计招标工作完成以后，这仅是一个好的开头，更具体的要求应在合同内进一步细化和确认，它包括各种技术指标，如平面指标，建筑周长指标、建筑体积指标、人均指标、户均指标、建筑平方米材料指标、造价指标、面积定额指标等，还包括设计进度、设计修改费用调整、设计工作质量等各有关的内容。好的合同是规划和设计工作的重要保证。(5)建立内部管理和对外监督机制。业主应配备专门的部门和人员，并建立相应机制以应对规划和设计过程中的修改和调整。规划和设计工作的过程，不会一帆风顺，不是所有的设计师都己完全理解业主的建筑理念和要求，因此工作进程中的组织、沟通、协调、督促检查必不可少。2．3设计阶段设计阶段是甲方委托设计单位在工程层面对整个项目进行设计，其中影响工程造价的主要因素有设计容积率，容积率越高甲方可获得的建筑面积越多，可获得的实际利益也就约大，设计容积率在建筑方案中确定。建筑方案确定以后，接下的工作主要是由结构负责。结构专业经济性的评价指标主要有每平方米用钢量以及每平方米混凝土用量。每平方米用钢量是指按整栋建筑考虑每平方米建筑面积的钢筋用量(包括上部结构及基础部分用钢量)。砖混结构一般为10 第2章影响住宅建筑工程造价的主要因素以及经济性结构设计与基本步骤215．6公斤／m2(包括基础)，底框结构一般为31公斤／m2(包括基础)，剪力墙结构一般为65公斤／m2(包括基础)。如何降低用钢量是考察结构方案是否合理优秀的重要指标。结构设计方面必须要考虑的因素主要有：建筑物结构类型的选择；基础形式的选择；上部结构体系及构件的确定；混凝土设计强度的确定等。2．3．1建筑物结构类型的选择表2—1为住宅常用结构基本体系的分类。表2一l住宅常用结构基本体系的分类及内容基本分品种体系内容水平分板．粱体系大跨度体平板体系、梁板体系、主次梁体系、双向密肋体系体系系竖向分砌体结构体系横墙承重体系、纵墙承重体系、纵横墒承重体系体系框架结构体系纵横向框架体系剪力墙结构体系框架剪力墙体系、剪力墙体系、框支剪力墙体系、筒式剪力异行柱结构体系墙体系基础分体系条型基础体系、独立基础体系、筏板基础体系、箱型基础体系、桩基基础体系不同的结构形式的工程造价是不同的，例如同一栋框剪结构的办公楼，梁的形式可以采用一般的框架梁，费用最省，但梁高较高，影响以后的使用；也可采用宽扁梁，较一般的框架梁可以获得较大的净空，但费用较高；如果建筑对层高的控制要求更高，在建筑物总高度限制的前提下追求更多建筑面积，也可采用无粘结预应力厚板，进一步减少结构高度，提高建筑净高，但费用最高又如高层建筑框架柱截面大小主要由轴压比控制，在上部轴力一定的情况下控制柱轴压比的方法可以有加大柱截面、提高混凝土设计强度、加大柱箍筋、采用型钢混凝土柱等。采用何种形式必须要对不同形式的造价差与可多获得的利 第2章影响住宅建筑]二程造价的主要因素以及经济性结构设计与基本步骤益进行综合比较，同时考虑当地的施工能力以及施工工期。(1)一般对于8层以上(含8层)住宅来讲剪力墙结构是采用较多的结构形式，根据JGJ3-2002<<高层建筑混凝土结构技术规程>>规定抗震设计时，墙长在5～8倍的短肢剪力墙的抗震等级应比相应的剪力墙的抗震等级提高一级采用。所以在平面布置上应尽量减少短肢墙的数量，相应地减少构造钢筋的用量。(2)剪力墙结构的住宅在平面布置上尽可能与建筑专业协商减少转角处开窗，保留转角剪力墙，以控制整个建筑物的扭转。为满足周期比T3／TI>第3．2．4条的规定“筒体结构的内筒与外筒或外12 第2章影响住宅建筑丁程造价的主要因素以及经济性结构设计与基本步骤框架的中距大于lOm时，宜采用预应力混凝土楼盖或增设内柱”，在东西塔楼的两侧插入了一排内柱，将12m间距分为8m和4m两跨，每层楼面合计增加内外柱16根。仅从结构专业来说，很有道理，但从总体设计来说很不合理。同时结构设计应积极采用新工艺新方法，如为控制下部混凝土柱的轴压比，一般采用放大柱截面或提高混凝土设计强度等方法，但增大截面影响建筑使用，提高混凝土设计强度容易引起结构裂缝，更好的方法可以使用核心钢管混凝土柱或型钢混凝土柱。主楼的核心筒是重要的抗侧力构件，如墙体厚度过大，对核心筒的抗侧移贡献并不大，同时增加了自重，增加了桩的数量。所以合理确定墙体厚度对整栋楼的结构优化意义重大H。。2．3．2基础形式的选择基础形式的选择不仅关系到建筑物的直接工程造价，同时还影响到基坑维护，以及施工周期。上海地区建筑地基土的结构特点及对建筑工程具有重要意义的几个土层主要有第②3层(主要为吴松江故河道沉积的浅层粉性土、砂土层)、第⑤1层粉质粘土、第⑥层(绿色硬土层)及第⑦层(砂土层)。其中第②3层土一般用于普通多层住宅的天然地基，第⑤1层粉质粘土一般用于普通多层住宅的沉降控制复合桩基或纯桩基的持力层，第⑥层、第⑦层土一般用于小高层或高层基础的持力层。目前在上海地区普通多层住宅的基础可选取天然地基、工程桩+条基，沉降控制复合桩基+条基。其中天然地基费用最省，但沉降量不易控制。当②层土较好时可采用沉降控制复合桩基，采用纯工程桩费用相对较高。在②层土不可利用或较差时，则只能采用工程桩，但在较为特殊的地质条件下采用工程桩也有可能是较为经济的选择，如上海南汇临港地区的普通多层住宅的地基情况，其地表土均为农田及水塘暗浜，在地下6’11．2米处为@3-2粉砂夹砂质粉土，采用纯桩基工程桩为200×200截面，7米长预制桩，条基为500X400基础梁，配筋均安构造布置，由现场试桩取得的最大单桩竖向设计承载力Rd=400KN，每 第2章影响住宅建筑工程造价的主要冈素以及经济性结构设计与基本步骤平方米桩基费用仅为21．4元／米2。上海地区高层及小高层住宅常用的结构形式为短肢剪力墙结构，其基础形式一般采用筏板基础或是条型基础，桩型的选择直接影响筏板的厚度及基础梁的截面尺寸，所以尽量宜采用单桩承载力较大的桩型，可作轴线布置，减少直接作用在基础上的荷载。选桩的原则为：a．在合理的持力层上，桩的长细比越大越好，单位混凝土所能承载的荷载越大，b．预制桩优先，在可能的情况下，优先选用混凝土预制而非灌注桩，灌注桩的极限侧摩阻力标准值和桩端处土的极限侧摩阻力标准值一般均小于预制桩。若单桩承载力较大，桩可沿轴线方向布置，基础承台截面可相对取小，同时减小了基础的开挖深度，减少了土方量，直接影响基坑维护的费用。表2—2为灌注桩、混凝土预制桩桩型比较。在考虑选择桩型时也必须考虑到施工因素，预制桩的施工周期大大小于灌注桩，且费用相对较省，但其对土体有挤压影响，在场地离马路或周边建筑距离较近时，不宜采用。基础形式的选择还必须同时考虑周边环境的影响，不能单纯考虑施工效益，在人口较为密集的城市中心进行施工，有时由于施工对周边的周边环境的影响而引发的矛盾对工程进度的影响是巨大的。地基基础设计规范规定单桩竖向承载力设计值应根据地基土对桩的支承能力和桩身结构强度进行计算，取其小值。按地基土对桩的支承能力确定单桩竖向承载力设计值时，宜采用静载荷试验按公式确定；当没有进行桩的静荷载试验，按地基土对桩的支承能力确定单桩竖向承载力设计值时，可根据勘探设计单位提供的土层条件(各层土的极限侧摩阻力标准值和桩端处土的极限侧摩阻力标准值参数或静力触探比贯入阻力)按公式计算。由于各层土的极限侧摩阻力标准值和桩端处土的极限侧摩阻力标准值是由勘探设计单位按静力触探比贯入阻力结合土工试验资料、土层的埋深及性质计算的，其中有一定的人为因素，按静载荷试验取得的单桩承载力要比根据公式计算的值要高，故在有条件的情况下，应进行现场原位静载荷试验。由表2—3可知在～般情况下应优先选择预14 第2章影响住宅建筑T程造价的主要冈素以及经济性结构设计与基本步骤制混凝土管桩、其次为预制混凝土方桩、最后为现浇混凝土灌注桩。表2—2灌注桩、混凝七预制桩桩型比较桩类型预制桩(预制方桩及PHC管桩)钻孔灌注桩桩身质量控制除焊接严格控制外，其质量相对宜控制。施工工艺较成熟，但与施工质量有桩身压缩性相对小。关。桩底沉渣及桩身质最需严格控制。沉(成)桩可行对于持力层位于第⑧1层的桩基，桩身需成桩无困难，在第⑨层中钻进时速性穿越⑦层砂质粉土夹粉质粘土层，沉桩度慢，且浅层土层以粉性土为主，会有一定阻力；对于位于第⑤3层及其以易塌孔，应控制泥浆配比。上土层的桩基，沉桩一般无困难。挤十效应及对周对承台桩，布桩较稀疏，挤士效应不十无挤土效应，成桩对周围环境无影边环境的影响分明显。PHC桩的挤土效应相对预制方桩响，但泥浆排放需合理控制，否则小。对密集犁桩基，挤土效应明显。易造成污染。基础造价每立方米混凝土的承载力高，基础造价相对条件下，基础造价相对较高。经济，一般比灌注桩节约30％左右。施工周期施工宜管理，施工周期短。施工工序复杂，难管理，施工周期较长。表2-3灌注桩、混凝士预制桩造价比较单桩价格KN力造价桩型单桩竖向承载力单价节省比例Rd(KN)(万元)(元／KN)方案1方案2同现浇混凝①6001370土灌注桩L=32m持力层⑤3层880元／米30．7955．80方案1相比节省方案224．8％预制混凝500×5001740土方桩L=32m持力层⑤3层950元／米30．764．36方案3同方案2相方案3①5501382150元／米0．4803．47比节省预制混凝L=32m持力层⑤3层土管桩20．4％注：以上数据根据海上海项目地质报告，承载力计算根据报告提供侧摩阻力及端摩阻力。 第2章影响住宅建筑工程造价的主要因素以及经济性结构设计与基本步骤2．3．3上部结构体系及构件的确定在设计方案及初步设计阶段正确的选择建筑的结构体系以及构件的截面及采用的材料，对整个建筑的经济性影响是相当大的。JGJ3-2002<<高层建筑混凝土结构设计规程>>表4．2．2—1中规定了钢筋混凝土高层建筑的最大使用高度。选择较为合适的结构体系，可以在方案阶段总体控制成本。同时由于上部使用功能的差别，构件截面类型也会有差异，从而导致成本差异。如现浇楼盖就有几种：a．一般的梁板式楼盖，它使用最为普遍，有较好的经济性，但是楼盖结构占用的空间比较大，在层高一定的情况下，获得的楼层净高较小；b．无梁楼盖，在框架结构在使用荷载较大而层高受限制的情况下，可以采用无梁楼盖形式，但无梁楼盖的建筑成本较高。c．密肋楼盖，它多用于跨度大而梁高受限制的情况下，一般不超过9m。在跨度较大的楼板中使用，可以降低楼板的自重，取得较好经济效益，但施工较为复杂。d．在简体结构中为控制净高而选择使用预应力混凝土平板，跨度一般可大于9m。可以仅在外围及核心筒处布置梁，使用上较为自由，但成本较高。同时梁的做法也有很多选择，常规的梁经济性最好，但影响建筑层高；还可选择宽扁梁，减少梁的截面高度，增加建筑物的净高。在建筑物总高度限制的情况下，可以增加层数，以获得更多的建筑面积。但宽扁梁在经济指标上与常规梁相比并不是最优，由于y方向截面高度减小，使得纵向钢筋的配筋率较高，同时挠度偏大。在跨度进一步加大的情况下，也可考虑采用预应力粱，当然其费用较高，但可以满足建筑物的特殊要求。2．3．4混凝土设计强度的确定目前设计中结构的混凝土设计强度有越用越高的趋势，这一方面是随着建筑材料的不断更新发展，为设计提供了更多的选择；另一方面也是由于建筑物结构形式的越来越复杂，对构件截面的限制越来越严格。但是在建筑条件许可的情况下应尽可能的降低混凝土设计强度。根据GB50010--2002<<混凝土结构设计规范>>构件的最小配筋率是同混凝土设计强度相关的，这在一般的住宅建筑16 第2章影响住宅建筑T程造价的主要因素以及经济性结构设计与基本步骤的表现的最为明显。由于住宅建筑的开间一般都较小，楼板的配筋均是按最小配筋率来控制的，使用C30混凝土与使用C40混凝土相比：前者节省19．5％(采用HRB335钢筋)和6．8896(采用HRB400钢筋)。同时由于混凝土设计强度的降低，可以有效地降低墙及楼板的裂缝，特别是地下室外墙板，减少后期的修补费用以及由此产生的各种矛盾。2．3．5构造及节点在满足规范要求的经济做法在满足建筑及结构的各项要求的情况下，如何在满足规范要求前提下，选择经济的构造及节点，也是控制成本的有效方法。2．4施工阶段建设项目的投资主要发生在施工阶段，项目的总体概算已完成，但在实际施工时，可能性却很大。2．4．1施工合同的有效签订．流转在这一阶段，尽管施工图已完成，由于各种因素的影响，浪费投资的施工合同能够对整个项目的工程造价实施有效控制，在此阶段也是双方利益相互冲突最多，暴露问题最多的阶段。由于当前房地产公司一般是对一个项目设立一个项目公司，项目之间互相独立。当有多个项目同时运行时，总公司对项目公司的资金控制变显得尤为重要。由于建设项目的特殊性，资金的大进大出，在房地产公司中最为关键的是设立一套有效的工艺流程，能够进行相互监督与制约的机制，而不是由高层领导事必躬亲。目前在一些管理较为完善的房地产公司均设立了合约部门和审算部门，对不同项目公司的独立工程统一进行合约签订，同时经过审算部审定造价。这一流程有效地保证了公司对项目投资的控制也能有效地防止施工合同签订及各项费用签订的失控。 第2章影响住宅建筑工程造价的主要冈素以及经济性结构设计与基本步骤2．4．2施工方案的选择一般施工方案的选择认为是施工方的责任，但是甲方也必须对其进行审核。在某些情况下，甚至会影响工程进度及工程造价。如上海市屡有发生的由于基坑维护未到位、桩基施工，影响到邻近建筑的安全，引发矛盾，而发生停工的事件。如此而产生的问题对甲方的影响将是巨大的，将直接影响关联项目的工程进度及资金成本。本人去年设计的一个项目由于施工原因影响到周边居民而导致群体上访，停工接近3个月。在考虑施工方案的时候，必须同时考虑施工对周边环境的影响，而不能仅单纯考虑施工方案的经济性。2．4．3施工质量的控制对工程造价影响在合同中必须对工程质量有严格的约束，特别是对监理的约束。由于管理不善而导致的质量不过关，就会留下许多后遗症，返修工程越多，工程的建设费用就越高。2．5建设项目竣工决算阶段的审核竣工决算是控制工程造价的最后一道闸门，关系到建设单位和施工单位的切身利益。在这方面作为甲方必须要做好以下几方面工作：(1)整套施工图及其相关修改的内容明确。(2)严格核对合同条款，防止重复计算及收费。(3)按图严格核实工作量，按规定和合同套取计费程序，计取各项费用。2．6本章小结本章主要讲述了影响住宅建筑工程造价的主要因素和特点，主要分为四个阶段投资决策阶段、建筑规划设计阶段、施工阶段、建设项目竣工决算审核阶。着重论述了建筑规划设计阶段中影响建筑工程造价的主要因素有：概念和方案18 第2章影响住宅建筑T程造价的主要冈素以及经济性结构设计与基本步骤设计、建筑物大小对建筑成本的影响、平面形状对建筑成本的影响、建筑层数、建筑层高、建筑材料、设备标准、规划、设计本身，同时提出了相应的控制方法。在设计阶段特别是结构设计阶段必须要考虑的因素主要有：建筑物结构类型的选择；基础形式的选择；上部结构体系及构件的确定；混凝土设计强度的确定等。19 第3章建筑工程造价控制应用实践3．1桩基形式的选择3．1．1海上海项目工程海上海项目包括3栋23层的办公楼及相邻的二、三层商业建筑，3栋16’18层的剪力墙住宅和3栋21’25层的剪力墙住宅。办公楼及相邻的二、三层商业建筑上部结构以下地下室均连为整体作为地下车库。根据该地块周边环境及工程地质初勘报告，该基地内18层建筑可采用桩型为静压混凝土预制桩或钻孔灌注桩。钻孔灌注桩方案的优点是对基地相邻的旧房及道路管线影响较小，缺点是工程造价比预制混凝土桩高20％左右，同时存在泥浆外运的问题。预制混凝土桩方案的优点是相对钻孔灌注桩工程质量易控制同时工程造价低20％左右，缺点是邻近基地北侧有三栋七层砖混住宅，南侧一栋18层建筑距离马路为20m左右，在此位置施工时必须采取布置砂井及挖防震沟、位移观测控制等措施，从而会增加一定的工程造价，但综合比较总的工程造价仍可能比钻孔灌注桩低较多。根据该地块工程地质初勘报告，该基地内18层建筑的持力层确定为⑤3层土，但基地内⑤2层土为灰色粘质粉土，含云母，夹薄层粉砂和少量粘性土。该层土极不均匀，局部呈砂质粉土状，平均厚度为9m。静力触探比贯入阻力(Ps)为3．12’7．23MPa。若采用小于400×400方桩，沉桩时穿透该土层将存在一定难度。根据该地块工程地质初勘报告初步计算：400×400(L=28m)方桩单桩竖向承载力设计值为1000KN，(P400预应力管桩为820KN，①500预应力管桩为1000KN，为此考虑采用400×400预制混凝土方桩或中500预应力管桩，同时考虑到预应力管桩抗压、抗裂性能都优于预制混凝土方桩，所以倾向采用预应力管桩。预应力管桩总的工程造价较预制混凝土方桩低5％左右。基地内二十几层建筑持力层确定为⑧2层土，可采用桩型为中700钻孔灌注20 第3章建筑工程造价控制应用实践桩，桩长为55m，初步计算单桩竖向承载力设计值为3000KN。在接下来的工作中我对初步设计的桩型进行了优化并试桩，3栋办公楼由于靠近主干道直线距离仅为20m左右，故仍考虑采用①700钻孔灌注桩，桩长为55m，作为工程桩，试桩长59m。根据试桩结果①700钻孔灌注桩(桩长为55m)，Rd=5600／1．6=3500KN按桩身结构强度进行计算Rd--3300KN，取小值Rd=3300KN，较公式计算值Rd=3000KN提高了10％。工程桩施工完成后又选取了4根桩进行复测，均满足要求。表3—1o700钻孔灌注桩试桩试桩成果(试桩方法采用慢速维持荷载法)桩长59m编砼设计强充盈试验最大最终沉降残余沉降单桩竖向号桩号成桩日期试验日期极限承载度(水下)系数荷载(KN)(mm)(哪)力(KN)14-S1C3003／10／2703／11／241．2l560011．693．85560028-S1C3003／10／2203／11／231．17560013．154．405600310-S1C3003／10／2203／11／221．1656009．093．1256003栋16～18层的剪力墙住宅考虑采用0500预应力管桩，桩长为29m，作为工程桩，试桩长32m。根据试桩结果①500预应力管桩(桩长为29m)，Rd--3200／1．6=2000KN，按桩身结构强度进行计算Rd=2560KN，取小值Rd=2000KN，较公式计算值Rd=1000KN提高了近100％。工程桩施工完成后由选取了2根桩进行复测，均满足要求。表3-2①500预应力管桩试桩成果(试桩方法采用慢速维持荷载法)桩长29m编桩号砼设计成桩日期试验日期试验最大荷最终沉残余沉单桩竖向极限号强度载(KN)降(胁)降(mm)承载力(KN)13一SC8003／10／2904／03／13320017．608．14320025-SC8003／10／2804／03／07320015．567．34320037．SC8003／10／2604／03／10320018．759．5832002l 第3章建筑工程造价控制应用实践本工程中有近3万平方米的地下车库，抗拔桩用量很大，拟采用的桩型为300×300混凝土预制方桩，长25m，根据公式计算值Rd7=244KN，取值较小，故建议甲方进行了试桩。根据试桩结果300×300混凝土预制方桩(桩长为25m)，Rd7=720／1．6=450KN，按桩身结构强度(纵筋抗拉)进行计算Rd7=753KN，取小值Rd7=450KN，较公式计算值Rd7=244KN，提高了近84％。工程桩施工完成后又选取了一部分桩进行复测，均满足要求。表3-3300x300混凝十抗拔桩试桩成果(试桩方法采用慢速维持荷载法)桩长25m混凝试验最最大上残余上实际单桩竖土设编号桩号成桩日期试验日期大荷载拔量拔量向极限承载计强度(KN)(mm)力(KN)12一D73C4004／02／1504／03／2072012．016．4572022D-148C4004／02／2004／03／2172012．857．1872032D-210C4004／02／1004／03／2272013．497．4272042D一235C4004／02／0904／03／2372011．396．357203．1．2曲阳910地块商住综合小区第二个工程实例是目前正在进行设计的另一个工程，是在上海大柏树附近的曲阳910地块商住综合小区进行的试桩结果，根据该地块工程地质初勘报告，①层土为杂填土，埋深约为1．1m；②1层土为褐黄’灰黄色粉质粘土，埋深约为1．2m；@3-1层土为砂质粉土，埋深约为4m；②3-2层土为粘质粉土，埋深约为5．1m；④层土为灰色淤泥质粘土，平均厚度为6．9米；⑤1层土为粉质粘土，平均厚度为9．5米；⑤3层土为灰色粉质粘土，平均厚度为9．5米；⑤4层为粉质粘土，平均厚度为3．9米；⑦层为砂质粉土夹粉质粘土，平均厚度为3．8米：⑧1层为灰色粉质粘土，平均厚度为10．8米；⑧2层为灰色粉质粘土夹粉砂，平均厚度为4米；⑨1粉细砂，平均厚度为18米。根据该地块工程地质初勘报告，基地内两栋33层楼剪力墙结构的住宅持力层 第3章建筑工程造价控制应用实践确定为⑨1层土，拟采用桩型为①600预应力管桩，桩长为57m，作为工程桩，试桩长62m。根据试桩结果①600预应力管桩(桩长为62m)，Rd=6800／1．6=3500KN，按桩身结构强度进行计算Rd=3300KN，取小值Rd=3300KN，较公式计算值Rd=3000KN提高了10％。表3—4①600预应力管桩试桩成果(试桩方法采用慢速维持荷载法)桩长62m编砼设计试验最大最终沉降残余单桩竖向极号桩号成桩日期试验日期沉降限承载力强度荷载(KN)(mm)(KN)12—8C8005／02／0405／02／27680035．8715．52680022—9C8005／02／0505／02／28680033．7812．75680031l一20C8005／02／0605／02／25680033．2214．24680041l一21C8005／02／0505／02／24680030．0712．586800该工程中也有3个地下车库，其中一个为二层地下车库，抗拔桩用量很大，拟采用的桩型为300×300混凝土预制方桩，长31m，试桩采用36m根据公式计算值Rd7=321KN，取值较小，故建议甲方进行了试桩。根据试桩结果300X300混凝土预制方桩(桩长为36m)，Rd7=1000／1．6=625KN，按桩身结构强度(纵筋抗拉)进行计算Rd7=912KN，取小值Rd7=625KN，较公式计算值Rd7=321KN，提高了近95％。工程桩完成后又选取了一部分桩进行复测，均满足要求。表3-5300x300混凝上抗拔桩试桩成果(试桩方法采用慢速维持荷载法)桩长36m试验最最大上残余上单桩竖向极编桩号砼设计成桩日期试验日期大荷载拔量拔量限承载力号强度(KN)(Inn])(mE)(KN)11—3C4005／01／3105／02／26100010．534．85100023—12C4005／02／0105／02／2110008．163．99100033—13C4005／02／0105／02／2210007．263．52100045—16C4005／01／3l05／03／Ol100013．285．681000 第3章建筑工程造价控制应用实践3．1．3市光路项目第三个工程实例是目前正在进行设计的另一个工程是在上海市光路附近的一个综合性项目，根据该地块工程地质勘探报告，①层土为杂填土，埋深约为1．2m；②1层土为褐黄色粉层粘土，平均厚度为2米；②3层土为灰色砂质粉土夹粘质粉土，厚度为9．3米；④层土为灰色淤泥质粘土，平均厚度为8．4米；⑤层土为灰色粉质粘土，平均厚度为1米；⑥层土为暗绿～草黄色粉质粘土，平均厚度为5．6米；⑦l层为草黄～灰色砂质粉土与粉质粘土互层，平均厚度为6．6’12米；⑧1层为灰色粉质粘土，平均厚度为10’18米；⑧2层为灰色粉质粘土夹砂，未钻透。本工程共有5栋剪力墙住宅、两个地下车库及部分公建配套裙房，其中l号房为14层，其余2～5号房为18层。⑦1层为草黄～灰色砂质粉土与粉质粘土互层，部分土性较不均匀，根据勘探单位的意见该层若作为高层住宅的持力层，可能会引起较大的沉降差，同时建议将⑥层土作为持力层，采用250×250(L=20m)的方桩，同时扩大地下室面积以及基础底面积，增加水浮力来控制最大沉降量；设计单位的第一种意见为由于场地第⑥层土暗绿～草黄色粉质粘土层顶埋深约为21"--，22m，平均厚度为5．6米，静力触探比惯入阻力Ps平均值为2．47MPa，属中等压缩性，而14～18层住宅楼荷载较大，不能满足轴线桩的要求，故该层不宜作为桩基持力层，建议⑧2层灰色粉质粘土央砂作为桩基持力层，该方案建议采用①500预应力管桩(桩长为49m)，设计单位的第二种意见为以场地第⑦1层土为持力层，采用①400预应力管桩(桩长为27m左右)，由试桩结果，单桩竖向承载力设计取1125KN。我对这三种方案分别进行了布桩和计算，以其中3号楼为例。由表3-6中方案1，2，3的比较可知，仅从桩的费用考虑，方案3是最为经济的，但根据勘探单位的意见，部分土性较不均匀，该层若作为高层住宅的持力层，桩端以下需留3m以上的厚度，同时进行沉降及差异沉降的计算。通过设计计算按方案3的结构的最大沉降量已大于150ram，沉降量偏大，同时无法控制及计算差异沉降。为此我们向有关单位搜集了类似工程地质条件下，部分建筑物的沉 第3章建筑工程造价控制应用实践降观测资料以及工程经验系数。表3-6市光路3号楼桩基形式方案比较≥逾桩数Rd地下室层高／桩币．位造桩费用沉降量方案烈(KN)底板厚度价(万元)(fifth)方案1250X260桩7651200950元／米399．91493．6m／1200mmL=22m方案2①500预应力管桩14923003．6m／750mm135元／米98．637．2L=49m方案3①400预应力管桩26611253．6m／750mm85元／米61232L=27m表3—7市光路3号楼建筑物的沉降观测资料以及工程经验系数工程名称层数结构类持力层基底附加实测沉降计算值沉降系数型压力So(film)S(film)V=S。／S(KPa)丁农新村某住宅16层剪力墙⑦2101011690．60工农新村某住宅16层剪力墙⑦2101101680．65工农新村某住宅16层剪力墙⑦2201011980．51市光东南某住宅18层剪)3墙⑥230147266O．55彭浦某住宅14层剪力墙⑦11751172140．55以上多项工程实例，其建筑物高度接近或大于本工程，其地质条件与本工程相类似：桩基持力层均为第⑦层或第⑥层，其下卧层均存在第⑧1层粘性土或粉质粘土，桩端下第⑦层的厚度为2～4m。本工程第⑧层土比贯入阻力平均值较高(第⑧卜1层粉质粘土Ps平均值1．54Mpa、第⑨1-2层粘土Ps平均值1．91Mpa)，土的结构强度较高，在14～18层荷载的作用下，处于似弹性阶段。根据上海岩土工程勘探设计研究院有限公司对多项类似工程地质条件的高层建筑物的沉降观测资料的统计分析，当桩基持力层为第⑦层，桩基沉降主要与以下因素有关：桩端下卧层的土性、传至第⑧层顶面的有效附加压力、桩侧土和桩基持力层(第⑦层)的土性、t／B。(t为桩端至第⑧层项面距离，Bo为建筑物的宽度)的大小、 第3章建筑T程造价控制应用实践建筑物的体型复杂程度等。以上工程桩端下均存在第⑧层粘土或粉质粘土(由勘探院通过近十年沉降观测资料分析，上海地区第⑧层的压缩量约占桩基总沉降量的70％’80％)，一般在完成主固结沉降后，由于第⑧层粘土或粉质粘土的次固结作用，尚有占总沉降15％’25％的次固结沉降[41。本工程适当考虑计算安全度，取tl／m=O．65，根据《《上海市地基基础规范》》DBJ08一11—1999)第6．4．2条的计算桩基沉降，最终沉降量计算值为138ram，满足规范。由此决定采用方案3，节约的桩基工程费用方案3与方案2相比五栋楼共为37．6万元×5=188万元。迄今结构业已封顶，实际沉降量仅为30ram左右，远小于计算值，同时，更小于按地质报告的计算值。3．1．4I临港新城书院社区三期1动迁项目工程设计中，设计人员不光要遵循各种国家规范，更要在实际工作中发现问题，寻找思路，而不宜因循守旧，墨守成规。这个问题深刻地体现在上海临港新城书院社区三期1动迁项目中。临港新城书院社区三期l动迁项目地基土层①层土为杂填土，厚度约为0．4m；②1层土为粉层粘土，平均厚度0．9米；②2层土为粉层粘土夹粘质粉土，平均厚度2．0米；②3-i层土为砂质粉土，平均厚度为2．5米；②3-2层土为粉砂夹砂质粉土，平均厚度为5．13米；④层土为灰色淤泥质粘土，厚度为7．5米；⑤1层土为粘土，厚度为5米；⑤3—1层土为粘土，平均厚度为8．0米；@3-2层土为粘土，平均厚度为1．8米；⑦层为草黄色砂质粉土，未穿透。由于整个场地过去为农田，其基础下①层土层均为杂填土，同时场地中暗浜较多，不适宜采用沉降控制复合桩基础，故选用工程桩。其中可作为6层砖混住宅持力层的有②3—2层土为粉砂夹砂质粉土，⑤1层土为粘土，选用②3—2层土时桩长为7m，选用⑤1层土时桩长为19m。按规范计算沉降，6层砖混结构选用②3-2层土作为土持力层时的计算沉降量为211．6mm，选用⑤1层作为土持力层时的计算沉降量为108．4mm，两者相比由表3—8可知选用⑤1层作为土持力层桩的费用是前者的1．5倍。拟建场地浅部分布有粉性土，厚度大于lOm，且为不液化土层，桩基沉降根据上海岩土工程勘察设计研究院有限公司完成的科研成果 第3章建筑工程造价控制应用实践<<上海地区多层住宅沉降控制研究>>和<<上海地区桩基沉降计算与承载力研究>>，桩基沉降估算时宜考虑应力扩散影响较符合实际，及采用“采用压力扩散角方法”，其桩尖下的附加压力也按压力扩散角计算，根据上勘院收集的类似工程资料实测精度在+15％---,25％，其精度和安全度较其他方法更接近实测值。故按上海市工程建设规范<<地基基础设计规范>>(DGJ08-11-1999)第6．4．2条进行桩基沉降计算时，经验系数Vm采用0．5。6层砖混结构选用②3—2层土作为土持力层时的计算沉降量为96．2mm。表3-83号房六层住宅桩型选择方案比较单桩竖向承载力单根价KN力造预制砼方桩单价格价(元节省比例Rd(KN)(元)／KN)200X200210880元／米32461．17方案l同方案方案1L=7m持力层②3-2层2相比节省5．6％250X250289820元／米3358．81．24方案2方案1同方案L=7m持力层②3-2层3相比节省250X2505lO820元／米39731．90方案338．4％L=19m持力层⑤1层方案4方案4同方案根据试200×200350880元／米3246O．71相比节省桩结果L=7m持j3层②3-2层取值40．4％表3-9300x300混凝土方桩试桩成果(试桩方法采用慢速维持荷载法)桩长7m编桩号砼设计成桩日期试验日期试验最大荷累计沉降残余沉单桩竖向极限承载力号强度载(KN)(舢)降(mm)(KN)11#C3007／1／807／02／1464018．249．1564022#C3007／1／807／02／1464017．547．4564033#C3007／1／807／02／1464021．6111．94640 第3章建筑工程造价控制应用实践3．1．5地下车库抗拔桩需布置抗拔桩的地下车库一般分为独立式和上部多层建筑两种，第一种情况的抗拔桩需考虑工况为：a．施工期间，车库顶板及后浇带已施工完成时；b．使用阶段，上部覆土已完成；第二种情况的抗拔桩需考虑工况为：a．施工期间，车库顶板及后浇带已施工完成时；b．使用阶段，上部结构己施工完成后。第一种情况下若地下车库埋置较深，始终存在水浮力大于车库自重的工况，故必须布置抗拔桩，所要探讨的即抗拔桩的数量，抗拔桩所需数量最大的工况是车库顶盖已封项，而覆土尚未完成时；抗拔桩所需数量最小的工况是车库顶盖覆土完成时。在考虑桩的数量时首先应按最小值，同时根据实际工况增加桩数。经济方案1：考虑300--一400厚土的自重，在顶盖封顶时完成覆土。经济方案2：在条件许可的情况下保持井点降水直至最终覆土完成，降水深度可按水浮力与自重及抗拔桩的差值考虑。第二种情况下有上部建筑存在，首先应验算使用阶段的工况，上部结构已施工完成后水浮力同自重的比值，如果此时的结构自重大于等于水浮力，则可考虑不布置或布置少量抗拔桩，验算施工阶段抗浮时，必须保证在项板封顶后，井点降水满足自重大于水浮力，一般情况下由于上部建筑仅为多层，施工工期较短，可以保证井点降水，同时又由于一般较大的地下车库均设有后浇带，在后浇带未封闭的情况下，内外水压力抵消，水浮力不存在对地下车库底板的抬升作用，故此经济方案在技术上是可行的，但必须在施工阶段予以技术支持。如果验算使用阶段工况，结构自重小于水浮力，则可按两者之间差值适当布置抗拔桩。(1)在抗拔桩类型选择上宜细而短。表3-10为市光路项目的抗拔桩试桩成果。采用的桩型为250X250混凝土预制方桩，长9m，根据公式计算值Rd7=82．8KN。 第3章建筑工程造价控制应用实践根据试桩结果250×250混凝土抗拔方桩(桩长为9m)，Rd7---．192／1．6=120KN，，较公式计算值Rd7=82．8KN提高了45％。由表3—11可知细而短的抗拔桩较粗而长的抗拔桩更具经济性，小直径的抗拔桩在经济上更具优越性，250x250的抗拔桩比300×300的抗拔桩KN力造价低了近47％。表3—10250x250混凝土抗拔桩试桩成果(试桩方法采用慢速维持荷载法)桩长7m编砼设计试验最大累计变形残余变单桩竖向号桩号成桩日期试验日期极限承载强度荷载(KN)(rain)形(mm)力(KN)11区223C3005／09／2805／1I／031854．512．01≥19522区36C3005／09／2705／1I／011953．681．14≥19533区20C3005／09／1705／10／212086．263．69≥20843区39C3005／09／1705／10／221925．282．35≥19255区86C3005／09／2605／10／311854．121．29≥185表3-11(表3—10桩同表3-3，表3-5桩比较)单桩抗拔力Rd’KN力造价(元预制混凝土方桩单价节省比例(KN)／KN)300X300950元／米’表3-34504．75(5．80)L=25m(1160)300X300950元／米3表3-56254．24(5．17)L=36m(1160)250X250700元／米347．6％表3-101203．22(4．00)L--9m(870)(22．6％)注：括号内数字为上海市建设工程《造价与交易信思》》的价格，括号外数字为实际成交价格。同时由于细而短的抗拔桩单桩抗拔力较小，在布桩时更容易更经济，单桩抗拔力较大的桩往往因为计算需要值为1．5或1．4根桩，而四舍五入布置2根桩，在面积较大的地下车库中累积的无效桩数就很可观了。(2)在抗拔桩的配筋上宜按分段配筋设计。由于抗拔桩的轴力是随深度变化的，最大轴力出现在桩顶，因此满足裂缝宽度所需要的配筋面积Asl和按桩身抗拔承载力计算的配筋面积As2是随轴力变化29 第3章建筑1：程造价控制应片j实践的，也是是随深度变化的。通常条件下Asl远大与As2，常规设计中按最大轴力计算满足裂缝宽度要求所需的配筋面积为Asl，按此进行通长配筋，显然是不经济的。表3—12为抗拔桩分段配筋的比较结果。表3-12表3-3与表3—5中抗拔桩分段配筋与通K配筋的比较工程名称是否采桩型预制混单桩抗拔分段配筋按上节通采用分节约晕用分段凝土方桩力长布置配段配筋配筋Rd’(KN)筋晕(kg)罱(kg)海上海项300X300上8中18400(317．8)(-26％)目否下8①18L=25m450(下8中14)JAZHb一230一l抗拔桩213B曲阳910是300X300上8①2273950446．4％项目抗拔L=31m中8巾18625桩JAZHbl。330‘—1下8中14O101lB注：括号内数字为现在计算值，如果按分段配筋可采用的数值。由表3—12可知，海上海项目未采用分段配筋，单根抗拔桩钢筋节省量为一26％，该项目5个地下车库使用的此类型抗拔桩数量近1493根，应可节省的钢筋量为122．7T，曲阳910项目采用分段配筋，单根抗拔桩钢筋节省量为46％，该项目使用的此类型抗拔桩数量为590根，实际节省的钢筋量为119．6T。注：计算桩裂缝的受拉轴力特征值按单桩抗拔力设计值Rd’／1．2(3)抗拔桩按何种裂缝要求(∞·t．)配筋的问题抗拔桩的裂缝验算按0．2mm或0．3mm控制一直有较大争议，按《《混凝土结构设计规范》》表3．4．1，条件为“与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境”时，混凝土的环境类别为二a、b，根据表3．3．4结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值的要求，环境类别为二a、b的Dli--0．2mm。一般情况下抗拔桩是处于“与无侵蚀性的水或土壤直接接触"的环境，故采用(I)-；．=0．2mm。对这一观点值得商榷。从钢筋腐蚀机理来讲，钢筋的锈蚀原因主要有两点la．混凝土的30 第3章建筑T程造价控制应用实践炭化；b．混凝土构件所处的环境中氯离子的含量。在正常的大气环境下，二氧化碳与混凝土中碱性物质发生化学反应的过程称为混凝土的炭化。而环境中氯离子侵入钢筋的氧化膜也将发生化学反应，使氧化膜中的氧离子被氯离子替代，导致钢筋的电化学腐蚀破坏。抗拔桩深埋于土中，与大气隔离，所以混凝土的炭化将极其缓慢；在一般地质报告提供的土壤环境中的地下水为无侵蚀性时，水中氯离子的含量相对较海水中低得多，所以抗拔桩的最大裂缝宽度限值∞¨一宜按0．3mm取值计算。由表3-13可见抗拔桩的最大裂缝宽度限值∞1t。按0．3mm取值计算比按0．2mm取值计算桩的钢筋含量相差很大。表3-13按0．2或0．3mm裂缝控制的抗拔桩配筋比较上节整桩预制混凝土方单桩抗拔(1)上节桩桩钢[(2)一(1钢筋力钢筋用(2)筋用桩(I)1im=0．3mm(^)lim----0．2mm)]／(1)节约Rd’(KN)量(kg)_堕室(kg)300×300上8①18L=25m：C40上节8中2228648．9％29．6％450下8中14192(I)=0．178ram]AZHb——230——12(^"=0．287珊13B300X300上8①22L=31m：C40上节8①2530829．4％13．8％625中8018238(‘)=0．209mmJAZHb——330‘。10下8①141011B(^)=0．283mm(4)小结1．按静载荷试验取得的单桩承载力要比根据公式计算的值要高，故在有条件的情况下，应进行现场原位静载荷试验。2．桩型的选择应综合考虑承载力、沉降值、施工合理性、经济性等因素，合理选择桩型。3．地下车库抗拔桩的选择应仔细分析使用及施工时的工况，选择布置抗拔 第3章建筑工程造价控制应用实践桩，宜选择细而短的桩型，在配筋上应分段配筋，抗拔桩的最大裂缝宽度限值uli．宜按0．3mm取值计算。3．2基础结构形式的选择3．2．1I临港新城书院社区三期1动迁3号房工程对于一般的多层砖混结构的住宅，基础形式不外乎条基、筏板、桩基。在上海地区为控制沉降目前大多数建筑均采用的是沉降控制复合桩基，同相应的工程桩方案相比，具有较大的经济性，一般用桩量在工程桩方案的30’35％左右。在桩型选择上应采用单方混凝土承载力较高的200×200方桩，而不宜采用250×250方桩。计算沉降量的取值不宜过小，对于一般建筑控制计算沉降量宜大于lOOmm同时小于150ram。同实测沉降数据相比，计算值还是偏大的。在条型基础宽度的取值上，应以计算为主兼顾构造需要，而不应盲目放宽。同时上述方案仅是一般情况，在某些特殊地区，如临港新城书院社区三期l动迁项目浅层土@3-2层土为@3-2粉质夹砂质粉土，以此作为多层砖混结构的持力层，由试桩(200X200，长度为7米，桩身混凝土强度为C30)得到的单桩竖向承载力极限值为640KN，远大于同种桩型在一般场地上的单桩竖向承载力极限值，按上述数据布桩，桩距控制在1．3米，已接近沉降控制复合桩的桩距，而桩承台仅按构造布置500X400的基础梁，配筋按照构造布置，而沉降控制复合桩的基础一般为I．8米至2．0米左右的条形基础。选取何种基础形式一般应根据不同的上部结构根据现场及工程的具体情况进行技术及经济性比较。下面就临港新城书院社区三期1动迁项目3号房六层砖混结构的不同基础形式进行比较。方案1：采用天然地基，基础形式为条形基础。方案2：采用筏板，基础形式为350厚混凝土等厚板，无地下室。方案3：采用沉降控制复合桩基，桩型选用200×200预制混凝土方桩，桩长7米，持力层②3—2层土，单桩承载力设计值依据试桩结果取值，32 第3章建筑丁程造价控制应用实践基础形式一般为1．8米至2．0米左右的条形基础。方案4：采用桩基，桩型选用250X250预制混凝土方桩，桩长19米，持力层⑤l层土，单桩承载力设计值依据地质勘探报告计算取值，基础形式一般为500X400基础梁。方案5：采用桩基，桩型选用200×200预制混凝土方桩，桩长7米，持力层②3—2层土，单桩承载力设计值依据地质勘探报告计算取值，基础形式一般为500X400基础梁。方案6：采用桩基，桩型选用200X200预制混凝土方桩，桩长7米，持力层②3—2层土，单桩承载力设计值依据试桩结果取值，基础形式一般为500×400基础梁。表3-14临港新城书院社区三期地质情况地质指标压缩系数压缩模星(桩压缩模量(土土层承载力oco．1—0．2基)层)Eso．14)2(设计值)Fd土层(MPa。1)Eso1．02建议(MPa)(kPa)层厚(米)值(MPa)①填土层O．4100②1粉质粘土O．90．395．0690②2粉质粘上夹2．OO．365．97130粘质粉土②3—1砂质粉上3．5O．1810．63②3—2粉砂夹砂6．3O．152012．59质粉上④淤泥质粘上7．01．123．O2．17⑤1粘土5．40．664．33．25⑤3—1粘土5．10．486．04．24⑤3—2粉质粘土0．70．36125．53⑦粉砂未穿透0．19209．29本工程由于地势较低，自然地坪与设计室外地坪标高相差约1米，基础需增加土重荷载近18KN／m2。3号房建筑面积1421平方米。 第3章建筑工程造价控制应用实践表3-15基础方案比较基础工程造价经济性施T进度沉降控基础每平米造制口价(元／m。)方案1条基T程量88．4皿3施工工期短>150mm(条形基础)预算造价566．81元／m335．2条基造价=5万元机械费859元工程总造价=5万元方案2筏板工程景112m3施工工期短<150mm(筏板)预算造价565．81元／m347筏板造价=6．3万元机械费4548元工程总造价=6．7万元方案3条基丁程量70．4m。施工工期长<150mm(减沉桩，预算造价566．81元／m3387米桩)条基造价=4万元Rd=350KN机械费859元桩基I．3万元工程总造价=5．4万元方案4条基T程量34m3施工工期长<150mm(18米桩)预算造价566．81元／m380．2Rd=510KN条基造价=1．9万元机械费859元桩基9．4万元工程总造价=11．4万元方案5条基工程量34m。施工工期长<150mm(7米桩)预算造价566．81元／m。30．3Rd=2lOKN条基造价=1．9万元机械费859元桩基2．3万元工程总造价=4．3万元方案6条基工程量34m。24．6施工工期短(7米桩)预算造价566．81元／m3<150mmRd=350KN条基造价=1．9万元机械费859元桩基1．5万元工程总造价=3．5万元 第3章建筑工程造价控制应用实践由表3—15可知，一般情况下采用天然地基，条形基础的工程造价是最低的，在能满足沉降的前提下，宜优先考虑。减沉桩的造价同筏板造价接近，但筏板的施工周期小于桩基，故在筏板同减沉桩造价接近的情况下，优先考虑筏板基础。长桩基础的费用是最高的，但在上海的大多地区@3-2层不是粉砂夹砂质粉土情况下，同时由于基地内有大面积暗浜或回填土无法采用减沉桩时，可采选择长桩，但单桩竖向承载力设计值宜通过试桩结果取得。本工程由于有②3-2层粉砂夹砂质粉土存在，故选择短桩是最经济的。同时由于各层土的极限侧摩阻力标准值和桩端处土的极限侧摩阻力标准值是由勘探设计单位按静力触探比贯入阻力结合土工试验资料、土层的埋深及性质计算的，其中有一定的人为因素，按静载荷试验取得的单桩承载力一般情况下要比根据公式计算的值要高，故在有条件的情况下，应进行现场原位静载荷试验。考虑到持力层为粉砂，应有一定比例的桩达不到设计标高，需要截桩，故宜选择锤击桩，在桩顶不到标高的情况下也不影响施工。而静压桩发生此类情况时则需截桩之后，方可进行下一根桩的施工，对工程进度影响较大。3．2．2市光路项目工程对于一般的剪力墙结构的住宅，由于目前采用的基础形式为等厚筏板，厚度根据5cmXn(层数)来取值，偏于保守。若桩型选择合适，尽可能布置在轴线上，则底板仅考虑水浮力及沉降差异产生的内力，板厚可取3．5cmxn(层数)。在市光路项目中14层剪力墙住宅板厚为500，19层剪力墙住宅板厚为650。基础板厚及配筋等参数见表3-16。考虑到上部结构的刚度，基础底板的整体弯曲率都很小，往往都不到0．05％，法兰克福展览会大楼的筏板实测挠曲度只有0．025％，而测得的筏板钢筋应力一般都在20---30N／mm2，陕西省邮政电信管网中心大楼筏板所测得的最大钢筋拉应力也只有42．66N／Inm2。‘53‘61 第3章建筑丁程造价控制应用实践表3-16市光路项目基础板厚及配筋板面配筋板底配筋巾16@140I号楼板厚500①16@200(HRB400钢)电梯井道下板底局部14层楼附加(HRB400钢)2号楼板面配筋板底配筋18层楼板厚650①16@150电梯井道下板底及大跨底板处局部附加(HRB400钢)板面配筋板底配筋3、4号楼板厚650016@150①18@100Y向电梯井道下板底局部19层楼①16@100X向附加(HRB400钢)板面配筋板底配筋5号楼板厚650①16@150①18@150Y向电梯井道下板底局部18层楼o18@150X向附加(HRB400钢)出现这种基础底板内力小于常规计算方法的因素很多，如在基础底板施工时，只有底板的自重，且无任何上部结构的边界约束，而混凝土的硬化收缩力很大，在底板的收缩应变的过程中，使混凝土中的钢筋产生预压应力。如混凝土的收缩当量为15"C，则钢筋的预压应力可达31．5N／mmz从而在正常工作状态下抵消了部分拉应力，使钢筋的受力变小；另外，基础底面和基础土之间的巨大的摩擦力起着一定程度的反弯曲作用。最主要的因素是上部结构和地下室整体刚度的贡献，并参与了基础的共同抗力，起到了拱的作用，从而减小了底板的挠曲和内力。对若干工程基础受力钢筋的应力测试表明，在施工底部几层时，基础钢筋的应力是处于逐渐增长的状态，变形曲率也逐渐加大。施工到上部第4、5层时，钢筋应力达到最大值。然后随着层数及其相应的荷载逐步增加，底板钢筋的应力又逐渐减小，变形曲率也逐渐减缓。其原因是，在施工底部4、5层时，已建上部结构的混凝土尚未达到强度，刚度也尚未形成，这时的上部荷载全部由基础底板来单独承担。而随着继续往上施工，上部结构的刚度逐次形成，并逐渐加大，和基础底板整体作用，共同抗力，则产生拱的作用，使基础底板的变形趋于平缓⋯。基础底板应尽可能采用有限元计算，提高计算精度，而不应过于简化。同3f； 第3章建筑T程造价控制应用实践时由于基础变形一般为上部受压，底部受拉，在底板配筋时应按计算配筋适当考虑附加，板面配筋在受压位置一般应考虑构造配筋，而不应与板底配筋相同。表3—17市光路项目2号房基础经济性比较2号楼上部18层楼，地下一层经济做法一般做法局部放大节省比例板面配筋电梯井道下板底及相比节省混凝十方板厚650板厚850中16@150大跨底板处局部附量30．8％，同时可减少相应的土方开挖(HRB400钢)加量。板面配筋中16@150①18@140板面配筋电梯井道下板底及相比节省钢筋量板底配筋巾18@140大跨底板处局部附26．5％。①16@150①18@140(HRB400钢)加(HRB400钢)3．2．3高层建筑地基概念设计的思考高层建筑地基基础的设计是制约高层建筑的安全可靠性和经济合理性的关键因素。对荷载极度不均的框筒、框剪结构和主裙房连体的箱筏基础采取增大基础刚度，以及对于桩箱、桩筏基础采用均匀布桩的简单传统做法有较大的负面效应。一般的框筒、框剪结构由于核心筒区域荷载远大于外围，在地基刚度均匀分布的情况下，导致变形呈现碟形沉降和马鞍形反力分布，这种变形及反力分布模式将导致箱筏整体弯矩、冲切力和剪力增大，引发上部结构的过大次应力、主裙房差异变形过大，降低使用寿命。刘金砺旧。提出变刚度调平概念设计，其基本思路是：通过调整地基或基桩的刚度分布，使反力与荷载分布相协调，沉降变形趋于均匀，由此使基础所受冲切力，剪力和整体弯矩减至最小。具体做法是：根据结构布局、荷载及地层条件，实施局部增强变刚度调平、桩基变刚度调平、主裙房连体变刚度调平，并进行地基(桩土)一基础一上部结构共同作用计算分析。较多的工程实例也印证了这一情况：北京某大厦高156m，框筒结构，地下室3层，箱基基础高4m，底板厚0．8m，采用天然地基。核心筒 第3章建筑工程造价控制应用实践于外排柱之间，主楼柱与相邻裙房柱之间的差异沉降很大。总体形成了以核心筒为碟底的不对称碟形沉降。建成2年后，最大沉降量10．2cm，最大差异沉降大于0．004LO。另一在北京的大厦高113m，框筒结构，采用①400PHC管桩，桩长11m，均匀布桩，筏板厚2．5m。建成1年后，最大沉降4．5cm，最大差异沉降大于0．002LO，预计最终最大沉降量将达7．Ocm左右。高层建筑桩基设计，采用筏形、箱形承台均匀布桩引发的问题有：加大差异沉降，均匀布桩的桩顶反力分布差异远大于天然地基箱筏基础，中部：外部反力比为1：2．3。内外反力差异越大，承台所承受整体剪力和弯矩越大，荷载集度高的核心筒对承台的冲切力由于对应的桩项反力小而加大。针对上述传统概念设计所带来的负面效应，调整设计思路，从改变地基、桩土刚度分布入手，以改变基础的反力分布和沉降分布模式，从而改变基础和结构的受力性状，节约材耗，提高结构的使用寿命。天然地基和均匀布桩的初始刚度是均匀的，在自由面荷载的作用下，由于相互作用必然产生碟形沉降，在非均匀荷载下更甚；一定刚度基础的反力必然呈内小外大的马鞍形分布。改变地基、桩土的初始刚度分布可以从根源上消除差异沉降和马鞍形反力分布。局部增强刚度调平设计：在采用天然地基时，突破纯天然地基的传统观念，对荷载集度高的区域如核心筒等设施局部增强处理，包括采用刚性复合地基或局部桩基，由此使支撑刚度与荷载匹配。沉降趋于均匀，降低基础内力和材耗。整体变刚度调平设计：对于采用桩基的情况，根据结构与荷载分布、场地地质特点，实施变刚度调平布桩，对于荷载显著不均的框筒、框剪结构，可采用变距桩、变径桩、变桩长布桩。对于荷载集度高的内部桩群区，应该考虑相互作用适当增强；对于外围区应适当弱化，按复合桩基计算。根据张武w1在粉质黏土地基上20层框筒结构1／10现场模型试验结果中可以看出，等桩长布桩(d=150mm，L=2m)与变桩长(L=2m，3m，4m)桩基相比，其最大沉降、差异沉降差别明显，在相同荷载(F=3250KN)下，前者最大沉降量6mm，最大差异沉降0．0012L。，后者减小为最大沉降量2．5咖，最大差异沉降0．0005Lo。这说明柱基变刚度设计可大幅减小最大沉降和差异沉降。由试验的桩顶反力可 第3章建筑上程造价控制应用实践以看出，变刚度(变长度)桩基桩项反力分布较等刚度(等长度)桩基明显改善，由传统的内小外大马鞍形分布转变为内大外小分布，由此使承台整体弯矩、剪力、核心筒冲切力显著降低。采用变刚度调平设计理论与方法结合后注浆技术对北京皂君庙电信楼、北京长青大厦等10余项高层建筑工程的基础设计进行了优化¨w取得了良好的技术经济效果，最大沉降量小于35ram，差异沉降《O．0008Lo总计节约桩基造价7000余万元，其中由于采用变刚度调平，外围设计按复合桩基设计，从而减少部分桩基，节约比例约为30％：采用注浆，节约比例约为70％。杨敏提出的长短桩组合基础地基概念设计同变刚度调平布桩概念有异曲同工之妙。当桩基础设计与分析中经常会遇到地基土中存在两层或多层土层可作为桩端持力层的情况。目前可供选择的常用的基础形式有：所有桩均支撑于浅基础持力层的全短桩基础，所有桩均支撑于深层持力层的全长桩基础。杨敏提出了长短桩组合桩基础u“。常规设计时通常总是首先考虑选择支撑于浅层持力层的全短桩基础，但当外部荷载较大时，采用全短桩基础往往会出现承载力满足要求，而沉降量过大的情况，尤其当浅层持力层有软下卧层时更为显著。全长桩基础既可以提供足够的承载力，又能控制基础变形在许可的范围内，但往往会导致出现大量长桩或超长桩，使得施工难度及工程投资大大增加。长短桩组合桩基础，采用分别坐落于浅层持力层的短桩和坐落于深层持力层的长桩相结合的形式，充分发挥了长桩控制变形的能力和浅层持力层的承载能力，减少了长桩的数量，从而降低施工难度和工程造价。按照长桩主要控制变形，短桩主要提供承载力的基本思路，长短桩组合桩基础中长桩穿过浅层持力层及其软弱下卧层，落在压缩性较小的深层持力层上，利用长桩将荷载传至地基深处，达到控制沉降的目的，长桩在基础中除承担部分荷载外主要起减少和控制沉降的作用。由于控制沉降所需长桩数远小于常规全长桩基础中的长桩数。因此，为达到与常规全长桩基 第3章建筑』=程造价控制应用实践础相同的承载力安全度，由于长桩数量减少而引起的承载力不足部分应由相应数量的短桩提供，短桩支撑在浅层持力层。同时，不考虑承台自身地基承载力，而将其作为基础的整体安全储备。这样，相对于传统的基于强度控制理论设计的全长桩基础而言，长短桩组合桩基础充分利用和发挥了长桩控制沉降的能力与浅层持力层的承载力。与常规设计方法相比，长短桩基础减少了长桩的数量，节省了工程造价。长短桩组合柱基础中，长桩对土中竖向附加应力分布起了决定性作用，增加短桩所引起的应力场变化很小，因而长短桩组合桩基础中沉降由长桩数决定，短桩数变化对各计算区域沉降量及总沉降几乎没有影响¨“。广东汕头市某工程，土层分布情况存在两层土层可作为桩端持力层的情况，允许沉降量为150ram。原基础设计方案采用支撑于深层持力层的全长桩基础方案，但桩数过多，造成施工困难、投资增加，故基础优化设计采用了长短桩组合桩基础方案u⋯。该工程为一框剪结构高层建筑，地上27层，地下2层。从地质资料可知各土层的性质：基础埋深以下第③、⑤层土主要为淤泥质土和粘性土，平均层厚17．5m；第⑥层为含砾粗砂层，是较好的短桩桩端持力层，平均厚度7．5m。第⑦’⑨层为粘土，土性较差，为软弱土层；第⑩层含砾粗砂层和第11层砂质粘土层，总平均层厚11．8m，可作为长桩持力层。由此可见，该工程土层分布情况适宜采用长短桩组合桩基础方案。根据当地工程经验，长、短桩均采用预应力管桩，桩身采用C80混凝土。短桩桩径为500mm，壁厚lOOmm，桩长20m，承载力特征值为1600KN，长桩桩径为500mm，壁厚125mm，桩长51m，承载力特征值为2400KN。由于沉降控制所需长桩数量远小于按承载力控制所需长桩数，结合布桩要求确定长桩数为59根，剩余荷载按强度控制由短桩承担，共需短桩228根，实际布桩248根，折合成桩径为500mE的混凝土预应力管桩共长7969m。如按全长桩方案需长桩225根，折合成桩径为500mm的混凝土预应力管桩共长11475m，两者相差44％。 第3章建筑T程造价控制应用实践3．2．4砖混结构房屋基础的优化设计n4’刘J下保等人提出在砖混结构房屋基础优化设计时，以基础工程造价最低为目标，以基础外形尺寸为设计变量，以地基承载力和变形控制为约束条件建立数学模型，用MDOD算法进行优化计算，有以下结论：a)将优化方法应用于房屋基础设计中，应进行多方案比较，从技术先进性、工程质量安全可靠、工期合理、基础施工机械条件、施工现场环境及环保措施等方面进行综合分析、论证，从而确定最优方案。b)基础优化设计时除满足地基承载力的有关要求外，为保证建筑物的正常使用和稳定性，地基变形条件也应得到足够重视，应根据工程具体情况，采取适当措施以减小地基不均匀沉降。c)选择基础外形尺寸时，应考虑纵、横墙整体协调工作引起荷载在纵横墙之间存在竖向应力互相扩散传递作用，从而产生一定的应力集中影响区，引起地基反力的不均匀分布特点，并根据此特点选择多种基础外形方案。d)基础选型方案与地基反力的分布特点相适应，避免了传统条形基础承载力要么局部不足，要么局部富裕的弊端，可以充分利用地基基础承载力，减少建筑材料消耗量和施工工作量，缩短建设工期，降低工程造价，投资少见效快，有利于节约土地，保护环境。通过具体工程分析，可以降低基础工程造价约30％，在房屋工程建设中砖混结构仍占相当大的比例，其应用前景十分广阔，具有巨大的经济效益和社会效益。3．3上部结构体系及构件对建筑经济性的影响建筑物中上部结构对整栋建筑的造价影响约占到70％，而其中钢筋的用量又占了较大的比例，目前较多项目的甲方在同设计单位签订合同时，往往都附带结构含钢量要求，这就要求结构设计在项目实施过程中如何去精益求精，在规范允许的前提下，既保证结构的安全性又满足经济性。41 第3章建筑工程造价控制应用实践3．3．1兰花二期西南街坊(海上SOHO)-3#住宅表3—17兰花二期西南街坊(海上SOHO)-3#住宅钢筋汇总表基础工程每平米指标单项占总量的百序号造价项目总量(KG)(KG／M2)分比1基础工程762425．909．302剪力墙41063931．8050．093现浇梁18310214．1822．344现浇柱59720．460．735现浇板1252919．7015．286现浇阳台O0．00O．007窗台空调板9429O．731．156现浇楼梯9011O．701．108陌蓬60．70．000．01小计819746．763．48100．003#住宅上部为18层剪力墙结构，墙体厚度200，混凝土设计强度为C30。由表3—17可知剪力墙的用钢量占50％强，梁配筋占22．34％，现浇板配筋占15．28％，三者相加接近88％。由此可见用钢量的控制可以从这三方面入手。3#住宅上部结构设计的剪力墙竖向分布钢筋为◇10@200(双层，HRB335级钢)，水平分布钢筋三层以下为①10@150(双层，HRB335级钢)，三层以上为①10@200(双层，HRB335级钢)，暗柱钢筋按构造配筋时①16(HRB400级钢)，三层以上为①14(HRB400级钢)。由计算可得，剪力墙结构近90％的墙钢筋(含暗柱纵筋)为构造配置。通过优化计算剪力墙竖向分布钢筋改为08@200(双层，HRB400级钢)，水平分布钢筋三层以下为①8@150(双层，HRB400级钢)，三层以上为①8@200(双层，HRB400级钢)，暗柱钢筋处计算外，其余构造纵筋均采用①12(HRB335级钢)。可减少剪力墙用钢量36％左右，考虑HRB335级钢同HRB400级钢5％左右的差价，剪力墙用钢量减少在31％左右，每平方米建筑面积可节省钢筋9．8公斤，折合市价约为31元／每平方米(未考虑费率因素)。42 第3章建筑-T程造价控制应用实践楼板厚度阳台及空调板我们采用的是100厚板，其余一般楼板厚度采用110厚板。配筋采用①8@150(双层双向，HRB400级钢)，从经济上考虑可以进一步优化。阳台及空调板由于跨度较小，现改为90厚，其余现浇楼板3．9米以下跨度均改为i00，另两跨4．2米开间按1／35板跨控制，取120板厚，整体每层减薄lcm左右。通常为方便施工，整个楼层考虑找平结构回低40，卫生间及厨房做20厚1：20水泥砂浆面层，卧室、客厅、书房及走廊做40厚C20细石混凝土面层。上述做法有利于施工，但找平层过厚，一者增加整体自重，另外增加了甲方的土建费用。对此我进行了如下优化，卧室、客厅、书房及走廊整体回低20，厨房、卫生间回低40，之间布置100×300小梁相隔，阳台板回低60，现浇板面均做20厚1：20水泥砂浆面层j上述两项共减少30厚砂浆及混凝土面层，按220元／平立方米的均价，折合市价约为6．6元／每平方米(未考虑费率因素)。楼板配筋现在设计的①8@150(双层双向，HRB400级钢)，若按100厚板最小配筋率进行布置，底筋采用①6@140(双向，HRB400级钢)，面筋一侧采用①6@140(HRB400级钢)，另一侧采用①8@150(HRB400级钢)，每平方米板钢筋为7．5公斤，同原设计相比每平方米可节省钢筋2．2公斤，折合市价约为7元／每平方米(未考虑费率因素)。上述剪力墙及楼板钢筋优化共可减少11公斤／每平方米，每平方米用钢量可由原来的63．48公斤减少为52．48公斤，节约率为17．3％。由于剪力墙结构的建筑承受的地震剪力在各层作用不～，梁配筋如进一步优化设计分层配置，则用钢筋可近一步减少1公斤／每平方米。3．3．2上海某公寓式办公楼结构优化方案‘13上海某公寓式办公综合楼，主楼32层，檐口高度99．0米，裙房2层，局部3层，檐口高12．0米，地下2层，深度7．2米，总建筑面积15．1万平方米。其中地下4．4万平方米，主楼结构体系为框架一筒体结构。局部框支，框支大梁位于三层楼面。43 第3章建筑工程造价控制应用实践原设计主要存在的问题：(1)主体结构体系为框架一筒体一框支剪力墙结构。由于设置了框支墙，造成结构竖向不规则，不利于抗震，并且二堵通长的剪力墙，限制了写字楼大空间和自由分割的要求。(2)核心筒内隔墙既厚又多。外围墙厚度为500mm、400ram，内隔墙厚度为300ram。内隔墙负荷面积小，主要为自重。而增加墙厚对提高核心筒的抗侧作用并不大，却减少了电梯大厅、楼梯间的有效宽度，并增加了建筑物重量，增加了桩数。(3)柱子截面偏大，主楼基本柱网仅7．4reX8．4m，底层大柱柱截面达1．6m×1．6m，1．4mX1．4m，既浪费材料，又占用较大的面积。(4)楼盖梁偏高，占用较大的室内空间，梁的跨度仅7．4m，地下室层高3．6m，主梁400ramX800Era，标准层层高3．0m，主梁300mEX750mm，600X800mm。(5)桩的数量偏多优化方案：(1)取消4片框支墙，使结构调整为较简单的框架核心筒结构，竖向刚度和顺变化，抗震性能较好；(2)核心筒外围墙的厚度均改为500mm厚，内隔墙减薄为200ram；(3)柱子截面减小为1．2mX1．2m：(4)地下室主梁调整为500mm600mm，在保持室内净高不变的前提下，将地下室埋深减小了400ram。标准层梁改为400mmX600ram，使净空提高了150ram；(5)调整后的主楼重量减轻，①800X64m的桩，减少了27根。经济分析：取消核心筒外的4片400厚的墙，节约混凝土用量约500．5立方米，增加使用面积161平方米。调整核心筒外剪力墙布置节约混凝土用量约71．2立方米。调整核心筒剪力墙布置，减薄筒内墙体厚度节约混凝土用量约517立方米，增加使用面积165．7平方米。减小主楼框架柱截面，节约混凝土用量约744．6立方米，增加使用面积188．4平方米。调整主楼楼盖梁截面，节约混 第3章建筑工程造价控制应用实践凝土用量约1034．8立方米。基础埋深降低，可减少土方开挖量1400立方米，同时减少了基坑维护结构、基地降水的投资。主楼取消14根①800、64m长的灌注桩；裙房取消27根①550、28m长的灌注桩。3．3．3上海某商务大厦结构优化方案Ⅲ该工程有两个塔楼，分别为29层(129．8m高)和21层(96．6m高)，当中有一个六层的裙房，檐口高度34．0m。地下二层，总建筑面积9．39万平方米。，原有的设计在电梯厅两端的门口各有一个大柱子；电梯门很小。优化方案：(1)柱子的优化，本栋大楼原有22根柱子，经优化里圈6根柱子全部拔光，外圈柱子拔调掉2根，其余柱子大小有原来的1．5mX1．5m改为1．2mX1．2m，内置0600×20钢管，成为叠合柱。(2)减薄核心筒内墙，电梯厅里面的墙原来是500mm厚，现在变成250mm厚，把电梯间的净宽加大了500mm。(3)楼板结构改为单向密肋结构，12m跨度，密肋梁250×500@1600，板厚由原设计120mm改为lOOmm。这样一来，楼板折算厚度减少了2cm，房间净高还加大了5cm。(4)减少补桩数量，原设计要补桩333根，我们减掉了207根。因为，该工程是一个烂尾楼，原设计为三角形，已经打了桩，后来下马了。新上马的建筑平面改为矩形，因而形成一边打了很多桩，一边没有桩的局面。为了两边的平衡，两边桩的密度最好相当，因而补打了很多桩。定性上说是对的，因为怕房子倾斜。但是我们做了分析，沉降查最大才2，---3cm，便建议把已经打好的多余的桩，作砍头处理，省去了仅为平衡所需的207根桩。(5)取消主楼与裙房之间的沉降缝。优化成果：因结构节省而增加的使用面积共1300平方米，还省下了混凝土8400立方米。按钢筋混凝土1000元／立方米，使用面积2万元／平方米，桩2万 第3章建筑工程造价控制应用实践元／根计算，可获得经济效益3800万元。3．3．4上海地区高层建筑采用钢结构与混凝土结构综合经济比较分析m1目前，在高层建筑结构设计中采用何种结构材料方案是讨论比较多的问题。我国高层建筑传统地采用钢筋混凝土结构，而钢结构在我国高层建筑中的应用只是近十多年才兴起的。对整体结构成本影响的因素有结构造价、结构占用面积、结构施工周期，综合整体分析表明上海地区的高层建筑采用钢结构或钢一混凝土结构其综合经济效益较为可观。分析结果显示高层建筑钢结构或钢一混凝土混合结构的经济效益主要来自结构施工工期的优势，高层建筑的层数约高，其这方面的优势约明显。而钢筋混凝土结构的造价低但工期长，时间成本相对高，在超高层建筑中的综合经济效益就显得相对较低。因此业主对高层建筑的结构材料方案进行评估时，应该对钢结构的施工工期优势加以充分考虑以争取节约成本的机会。 第4章结论与建议4．1结论通过以上论述，我们可知结构的优化设计是大有可为的。优化设计不仅在经济效益上有时明显，并且极大地改善了空间效果，增加了使用面积。建筑工程的优化设计，不应只从本专业出发，而应从整体综合上考虑。加密柱子、减小梁的跨度、设置沉降缝，从结构专业上来讲，通常可以获得本专业一定的经济效益，但如果一味强调本专业，往往会因小失大。在定性的概念设计的同时，不应忽略定量的分析。优化设计中，将多余的桩抽掉，将主楼与裙房的沉降缝取消，即是建立在定量分析相结合的基础上。结构设计优化绝不是以降低结构的安全度，来换取经济效益。本文从工程设计实际出发，根据本人的工作经验，从投资决策阶段、设计阶段、施工阶段来分析了影响建筑工程造价的主要因素，同时提出了经济性结构设计的基本步骤，考虑了在设计阶段特别是结构设计阶段必须要考虑的主要因素，通过工程实例来进行说明。4．2进一步工作的方向要在工作中定量的进行经济性设计目前还有许多工作需要研究。1)如何在设计周期较短的情况下，进行整体优化设计比较。2)在企业中形成比较完善的目前来讲较为经济性的设计标准，使公司所在的整个结构组统一思想，力争形成较好的声誉。3)对当前高效的、先进的技术的学习认识和融会贯通的运用。 致谢回想三年的读书生活，心中充满了感谢。离开学校许多年以后，仍有机会重新进入同济大学深造。在三年的学习中感谢各位老师的指导，特别是在论文的撰写、相关资料的收集整理，两位指导老师对论文的精心指导，一直指引研究的方向，同时得到了各方面的大力支持。2007年6月 参考文献【l】江欢成．优化设计的探索和实践．建筑结构，2006，V01．36(S1)【2】卢红钢侨城花园地下车库项板结构方案的选择．建筑科学2003，4．【3]周光荣，江欢成，何莹．陆海空大厦结构优化设计．建筑结构学报，2005，8．【4】市光路300号地块(一期)桩基咨询报告，上海岩土工程勘察设计研究院有限公司【5】郁彦．高层建筑结构概念设计．北京：中国铁道出版社，1999【6]陈天雷．高层建筑箱基基础设计中的若干问题探讨．工业建筑，1996(12)【7】高力人，方鄂华，钱稼茹．高层建筑结构概念设计，中国计划出版社，2005【8】刘金砺．高层建筑地基基础概念设计的思考．土木工程学报2006．6[9】张武．高层建筑桩筏基础模型试验研究【D】．北京：中国建筑科学研究院博士学位论文，2002【10]迟铃泉，刘金砺．高层建筑地基基础与上部结构共同T作计算中桩土变形计算及：l二程研究．【C】岩土工程青年专家学术论坛文集，北京：中国建筑_[业出版社，1998【1l】杨桦，扬敏，王伟长短桩组合地基中的应力场和位移分析．同济大学学报(自然科学版)2006．6【12】扬敏，杨桦，王伟长短桩组合桩基础设计思想及其变形特性分析．土木工程学报2005．12【13】扬敏，杨桦，王伟等某工程长短桩组合桩基础设计方案分析．岩土力学2005．12【14】刘正保符浩彬胡哓楠砖混结构房屋基础的优化设计建筑技术开发vol32，Nol1，NoV，2005【15】DGJ08一ll一1999上海市建筑地基基础设计规范【16】GB50010—2002混凝土结构设计规范【17】李国强张洁上海地区高层建筑采用钢结构与混凝土结构的综合经济比较分析。建筑结构学报Vol21，N02April，200049'