超高层结构设计优化，成本节省上千万！

文章来源：思优科技，刘立志；

一、

 |超限高层设计成本控制意义| 

（一）为何要控制成本？

1 、利润下降，成本控制需求增加成本控制是企业的生命线。建安成本是项目开发过程中成本控制的重点；在其他成本基本固定的前提下，这一小部分对利润的影响是决定性的。

2 、设计质量的好差直接影响建设费用的多少和建设工期的长短，直接决定人力、物力和财力投入的多少。合理科学的设计优化，可降低工程造价15%以上。

3 、限额指标现状-不容乐观

思优限额：

4 、超高层建筑优化的必要性

4.1 方案独特：超限高层通常具有方案独特性，类比经验少（受限于功能、灵活性、商业价值）

4.2 超限理解：复杂、超限结构对设计的边界条件理解和应用原则有差异，较难准确把控，存在优化空间。

4.3 措施加强：针对不规则特性、复杂特性，需要有专门措施来加强，增加了设计难度和设计成本。

4.4 业绩斐然：专家判断及多方案论证业绩斐然，方案优化已成为设计院设计本身中的必选流程。

4.5 成本需求：成本及经济性甲方较为关注，超限咨询需求已得甲方及同行认同。

二、

 |超限高层设计成本优化什么| 

意义：控制结构成本，并不会导致结构的安全储备的降低，而是要取消掉其中的无效成本。

优化控制原则和要求：

?符合中国现行设计、施工规范（规程）、材料和型钢规格标准及满足审图要求。

?满足超限评审专家审查要求，不降低超限文本中的性能目标。

?需要进行结构在罕遇地震下的弹塑性分析，验算结构的弹塑性变形满足规范规定。

?满足委托方要求的设计进度及时间节点。

（一）成本的影响因素：

1.1 建筑方案：

宏观：另需有合理的抗震（通过减震、轻质、高强材料）； 建筑抗风体型（可结合风洞实验选择）。

细部：高宽比 ：合理7~9；最好不要超过10；核心筒高宽比：合理14~17；不要20。

方案设计阶段，影响成本的可能性为95-75% ，

在初步设计阶段，影响成本的可能性为75-35% ，

在施工图设计阶段，影响成本的可能性为35-5%。

1.2 周期

层间位移角、基底剪重比、外框承担地震水平力设计指标过严会造成周期不合理。

1）方案阶段，可以通过比较结构基本周期及结构周期上限的大小快速判别结构是否满足整体稳定的要求；

2）可根据预估的基于整体稳定的周期上限并结合建筑的体形、高度和高宽比可以有效对结  构的刚度进行评估，从而为结构方案选型、结构体系布置存在设计依据。

1.3 施工工期

建筑结构的施工工期，对建筑的整体效益产生较大的影响。施工工期受施工环境、地质条件、工程规模。结构体系、施工方法等多个方面的影响。

顾名思义，施工工期对现在整体经济效益的影响主要体现在时间的把握上，建筑结构的施工工期所得，可以是建筑提早投入使用提早产生经济价值，所以现在建筑结构工期对于建筑整体经济结构的影响主要体现在利息的缩短和租金的收益上。

1.4 结构体系

1.5 楼板结构体系

楼承板选型咨询意见：

开口型压型钢板综合造价比闭口型压型钢板和钢筋桁架低8%左右；重量相比其他两种轻3%左右。

从成本控制、楼板自重、施工便利和工程应用广泛性等方面综合考虑，建议办公楼层、酒店楼层优选开口型压型钢板。

此外，由于设备层楼板性能要求较高、结构受力复杂、考虑到钢筋桁架整体性较好，可双向受力，因此设备层可考虑选用钢筋桁架楼板。

1.6 楼板舒适度

人行荷载：行走基频对结果影响大；行走模式种类多；人行荷载模型较多n楼面阻尼：美国、英国、中国规范差异较大，0.15~0.3，分析结果对阻尼非常敏感。

计算方法：我国手算公式参考美国标准，较为简化，有时与结果偏差较大。

评价标准：美国标准、标准、国际通用标准，不同单位有不同认可。

三、

 |超限高层设计如何优化| 

超限高层优化控制关键环节

?结构体系的合理改进

结构体系的合理选择、合理结构构成（如加强层道数和伸臂数量）、合理截面尺度（梁、板、柱、墙、钢板尺寸）等。

?输入参数的合理控制

风、地震（安评、连梁折减系数、周期折减）、荷载等。

?控制指标的合理界限

轴压比、周期、剪重比/内外筒剪力分担比。

?性能目标的合理确定

结合具体项目合理确定性能目标；对结构的抗震性能设计进行深入的分析，并通过专家的评估论证。

?基础方案的合理比选

地下室的侧向刚度、抗震、桩筏共同分析等

?软件结果的合理解读

多个软件结果分析对比；比如非线性分析、舒适度分析、构件性能判断分析、温度影响分析等。

?施工图纸的精细把控

构造抗震措施、梁板柱墙受力钢筋的精细化复核。

超限高层优化需重视行业问题

1）有必要建立各地区典型超高层经济分析资料库或专家成本数据系统：使设计初期的结构选型更具科学性；

2）减震和隔震（如耗能阻尼器）应用待加强：

3）新材料的研究及应用：需建立在高新材料的基础上从设计层面或技术层面去解决尖锐问题，如具有轻质、高强、防水、保温、隔热、隔音等优异功能的新型复合墙体和门窗材料。

④

 |案例| 

某设计院结构方案评估实例：

案例一：

方案A：

结构的抗侧力体系为钢管混凝土叠合柱-混凝土核心筒结构，楼屋盖采用混凝土梁板结构。

方案B：

结构的抗侧力体系为钢管混凝土柱-混凝土核心筒结构，楼屋盖采用钢梁+压型钢板混凝土组合楼板结构。

案例二：

案例三：

案例四：

案例五：