结构方案的确定和改变

尹卫军 蔡银亮

建筑设计的过程，一般是先做规划和建筑方案，然后确定结构方案和其他专业方案，再进一步扩展到各专业施工图。在工程实践过程中，建筑规划和建筑方案受业主、用户、城市规划、城市景观等方面的要求制约，常常会有多轮的深化调整。结构方案在按照初步建筑方案确定后，通常不会因为建筑方案的局部调整，对上部结构型式作出选型方面的修改。但是，具体工程还需具体分析，对于建筑方案的调整，是否要进行结构选型方面的修改，结构工程师需要具体分析和计算，准确判断，才能得出更加合理的结构型式。

本文以某停车楼项目为例，工程前阶段按照规划和建筑方案确定了结构方案，之后，建筑方案调整，结构设计面临方案是否改变的选择。结构设计师对可选结构方案进行技术经济比较，以详实的计算数据和分析为基础，选择了更加合适的结构方案，获得业主和其他参建单位的认可，取得良好的建筑功能价值和社会价值。

一、前阶段的建筑方案和结构方案

停车楼的前期规划如图1所示，停车楼的平面范围包含了相邻的已建污水处理站，停车楼的上部楼层可以利用相邻一层的污水处理站的上部空间。建筑布置采用了下部三层跨越已有建筑物的方案，建筑在四层以上的楼层恢复到完整的停车楼平面。

图1 停车楼规划图

对应此时的建筑方案，结构设计和工程建设的关键在于需要约30m的大跨度结构跨越已有建筑物，并且大跨结构上还需要承托三层车库荷载。大跨度的结构首先要具备较高的承载力，才能够作为上部三层车库结构框架柱的转化构件。其次，被承托的楼层荷载应尽可能小，结构才具有较好的安全性和经济性。结构设计采用了钢结构框架方案，大跨位置采用钢桁架。钢结构和钢桁架正好具备了楼层自重小，大跨结构承载力高的特点。结构立面如图2。

图2 停车楼结构立面

在初步的建筑方案和结构方案确定后，设计单位向业主汇报建筑结构方案。本工程属政府投资工程，业主邀请了建筑结构方面专家进行方案评审，评审会确定了钢框架方案。

二、规划和建筑方案变化，结构型式面临选择

而后，停车楼的规划方案又发生了多轮次变动，最后的停车楼在规划上没有与相邻已有建筑物发生平面关系，并且保持了一定的距离。

结构方案中不再需要前期方案中的大跨度桁架，前阶段确定的钢框架方案在技术上仍然是可行的。另外，对这种比较规则柱网车库的建筑，比较常见的是采用钢筋混凝土结构，本工程该采用哪种结构方案呢？

对此，业主单位管理人员开始是主张沿用钢结构方案，因为钢结构方案是经过专家评审确定了的做法，对于政府投资工程，没有明确充分的原因，不应该随意改变前面会议结论。

此时，结构设计可以按照业主单位意见，直接进行钢结构施工图设计。但是，按照工程经验，设计人员觉得混凝土结构具有更好的技术经济性。

本工程结构设计师全面地对两个方案，即钢结构和钢筋混凝土结构，仔细分析，分别计算，从经济性和施工、维护方面做详细比较。将两方案的优劣性告知业主和参建单位，为方案选择给出切实的理由。

三、两种结构方案技术经济性比较

本工程最后确定的建筑方案为八层楼的即停即走停车库，结构设计人员对两种结构方案分别进行初步设计计算，对两种结构型式的技术经济性比较如下。

1.钢结构型式的上部结构造价估算

钢结构方案做法：地面以上的梁、板、柱分别采用H型钢梁、压型钢板上浇混凝土组合楼板、矩形钢管柱，一层局部楼板采用钢筋混凝土楼板。上部结构构件造价估算：

单位面积用量合计单位面积用量综合单价单位面积造价(元/m2)合计结构单价(元/m2)钢柱用钢量 47.7 kg/m2钢梁用钢量 67.4 kg/m2 135.1 13000元/吨 1756压型钢板 140钢筋 13.8 kg/m2 13.8 kg/m2 7000元/吨 96.6楼板2200混凝土 0.120 m/m2 0.12 m/m2 1200元/ m3 144 30混凝土 40一层混凝土结构钢筋

表中钢结构钢材考虑加工制作利润、防腐防火涂层等综合单价按13000元/吨计算。

2.钢筋混凝土结构型式的上部结构造价估算

混凝土结构方案做法：梁、板、柱均采用钢筋混凝土结构。上部结构构件造价估算：

构件类别单位面积用量合计单位面积用量综合单价单位面积造价(元/m2)合计结构单价(元/m2)板 15.5 kg/m2钢筋用量 梁 25.5 kg/m2柱 13.9 kg/m2 55 kg/m2 8000元/吨 440 915板 0.15 m/m2梁 0.16 m/m2柱 0.086 m/m2混凝土用量0.396 m/m2 1200元/ m3 475

表中钢筋考虑加工制作利润等综合单价按8000元/吨计算，混凝土考虑模板养护利润等综合单价按1200元/m3计算。

四、两种结构方案在施工、使用维护、建筑外观方面的比较

两种结构方案在施工方面：钢结构施工周期较短，砼施工时间稍长。由于本工程总共八层，2万平米，在本工程中采用砼施工周期也不会很长。施工技术都可行，比较成熟。

使用和维护方面：钢筋混凝土结构耐久性好，基本不需要后期维护；钢结构需要定期（约10～15年）对防腐防火涂层及钢构件进行检查和处理。

建筑外观：建筑外立面以装饰面板为主，结构构件不直接外露，两种结构型式对建筑外观造成的差异不大。

五、通过比较改变前阶段的结构方案

通过上述比较，可以看出本工程可选的两种不同的结构型式，在施工和使用维护方面各有优劣，但都是在常规的工程范畴内，工期、施工难度、维护要求都在可接受范围。而经济性方面差距比较大，以本工程约2万平米的地上建筑面积统计，采用两种不同的结构型式，在上部结构造价方面有约2000万元的差价。虽然初步的工程造价计算会比较粗略，但在比较两方案经济性上还是有说服力的。

由于钢筋混凝土结构型式能够较好满足建筑功能，能够在施工、使用维护等方面符合要求，并且在经济性方面有明显优势，设计单位推荐采用钢筋混凝土结构型式。前阶段选定的钢结构方案对当时的大跨度转换建筑方案是合适的，取消大跨结构之后，结构型式宜做出改变，钢筋混凝土结构更加适合。

业主单位管理人员最后认同了设计人员的意见，接受了设计单位建议。本工程改变结构方案，采用钢筋混凝土结构。

六、结语

1.工程结构方案是根据建筑方案确定的，而且随着建筑方案的改变，原本选定的结构方案可能不再是最合适的，需要作出改变，再次选定结构方案。

2.结构方案选择需要多方案比选，需要结构设计人员多方案计算，还需要结构设计人员具有一些工程造价常识。结构设计在方案选择阶段多做一些工作、多一些思考，能有效提高工程建设的安全适用性、经济合理性。