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关键词:多层住宅;建筑工程;质量管理
近几年,政府加大了对城市基础设施建设的投资,希望能够拉动经济的发展,民用住宅建设工程以其经济利益和社会利益巨大的优势成为投资的重点以及热电,但是由于目前我国在多层民用住宅建筑施工中的总体水平较低,不能够实现集约式发展,经常会出现一些质量问题,管理机制欠缺加剧了这一现象的发生频率。和国外先进的质量管理机制相比,我国对于工程质量的管理手段较落后,随意性较强,缺乏有效的市场监管,对于施工过程的动态监控机制不完善,难以进行量化考核,很难得出准确数据,加之工程量较大,施工稳定性不强,很多不利因素综合起来,形成了我国民多层民用住宅建筑施工中存在的质量问题。
1、多层民用住宅建筑施工质量管理重要性
房屋建筑工程是工程建筑领域的重要组成部分,其工程施工活动的组织常常表现为复杂性、系统性的特点。从整个房屋建筑工程施工的角度来看,影响房屋建筑工程施工质量好坏的因素较多,像施工组织的设计、施工方案的规划、施工技术的标准与规范以及交底的清晰明确度、施工人员素质、材料质量的好坏、施工工艺的合理性等等都会对房屋建筑工程施工质量产生较大的影响。在这些较多的影响因素中,有些因素是可以通过管理并加以控制的,而有些因素则是属于不可控因素,微小的施工操作变化、细小的材料规格质量差异、施工环境的变化等等,而房建工程属于一次性建设活动,不可能对建设后的施工活动进行返回分拆检查、更正,这就要求施工单位在施工过程中要加强施工质量控制,同时也说明房屋建筑施工质量管理的重要性。
2、多层民用住宅建筑施工存在的问题
目前,我国住宅建筑施工建设总体水平还比较低,还没有实现集约式、内涵型发展。与国外相比,主要差距就在于工程项目管理水平较低。管理手段比较粗放和落后,人为的随意性较大,对建设市场监管乏力,对建设过程的监控,难以量化考核、跟踪评价和准确把握。从管理效果看,由于项目管理水平较低,工程质量起伏大,不稳定,形势不容乐观。于是这就形成了我国多层民用住宅存在的质量问题。
建筑工程基础和主体施工阶段是一个建筑工程最基础和最关键的阶段。如果基础打得不够牢、主体设计得不科学与不合理,那么整个建筑工程也就毁于一旦。在当前时期下,我国建筑工程的质量不是那么理想。如在实际过程中,往往会出现钢筋混凝土不够坚硬、混凝土的混凝速度过慢、表层基底没有处理完好、基板与基柱在搭配上的不够协调等等一系列的问题。如果这些问题没有很好的解决,那么就非常有可能导致整个建筑工程的失败和无意义,整个建筑即使建成了,那也根本没有价值可言,在质量检测时也自然不会通过的。在建筑工程施工质量监理过程中,往往会遗漏掉一个重要的环节或者说是阶段,这就是装修及设备的安装阶段。如果设备安装及装修阶段出现了问题,也会降低整个建筑工程的整体质量水平。然而在当前形势下,我国建筑工程在装修及设备安装阶段出现了一些问题,如卫生间、地下室漏水,墙体粉刷不够彻底而导致石灰的脱落或坠落,电气安装方面的问题,饰品安装方面存在着一定的安全隐患等等问题。
3、多层民用住宅建筑工程施工质量管理的措施
在竞争日益激烈的建筑市场,谁能够在工程项目管理建设中,既能够保证工程质量和进度,又能够注重工程开发的成本,合理控制工程造价,谁就能够立于不败之地。要控制好工程质量、进度,降低工程造价,最重要的方法就是要做好对施工质量的管理工作。上文中从存在的质量问题以及管理思路两个方面进行了详细的论述,下面本文就从设计、施工、监理以及验收等几个方面论述如何优化质量管理。
3.1设计阶段的质量管理措施
设计阶段是多层民用住宅施工的前提和基础,该阶段的设计方案的优劣直接影响到工程的整体质量,因此说对这个阶段的管理至关重要。为了提高设计方案的质量,首先需要选用设计经验丰富以及专业技能较强的设计者,在设计之前需要实地考察施工地点的地质环境和气候环境等影响设计的因素,进行详细记录,为设计工作打下基础,以免因忽略哪一方面的因素而埋下质量隐患;其次,需要借鉴先进的设计方法,并结合实地设计情况制定出一种最佳的设计方法进行设计,这样能够最大限度的保证设计质量,从而提升工程的施工质量;最后需要对各种设计方案进行对比,选取最佳的方案,并建立起对设计工作的监督管理机制,保证设计方案的质量和工程的整体质量。
3.2施工阶段的质量管理措施
施工阶段的是整个工程质量管理的关键环节,在这个阶段,首先需要保证施工材料的质量,对于施工中的首先需要加强对施工材料的管理,对于备料以及施工过程中需要用到的建筑材料、成品半成品以及各种配件等需要进行严格质量检查,出示查验证明、检验报告以及合格证书,对于质量不过关的材料禁止使用。除此之外,还需要事先制定出质量管理的方案,并根据施工的实际情况随时变动,安排现场动态管理者,及时监督管理现场的施工质量。作为施工者,需要具备高超的施工技术,严格按照施工规范和设计方案进行,遇到设计方案中不能实现的问题需要及时和技术人员沟通,保证工程质量的前提下变更设计方案。
4、结束语
在现有多层住宅建筑施工管理水平的基础上,应针对影响工程质量品质的一些关键问题,从技术、人事制度上建立更有效的、更加科学的管理体制,明确每一个施工人员的目标责任,从而达到进一步提高管理水平的目的。其根本原因在于没有建立一套真实、可靠的信息网络系统,缺乏有效的质量管理手段。
参考文献:
关键词:建筑设计;多层结构;结构设计
1 引言
结构设计是整个建筑设计过程中的一个重要的环节,对整个建筑物的外观效果、结构稳定起着至关重要的作用。结构设计需要务实,任何一个项目设计都必须要协调好结构的设计。多层钢结构住宅是结构住宅产业化推广的重要组成部分,也是今后多层住宅发展的主要方向。传统大住宅多采用砖混或混凝土结构,钢材强度高,房屋自重轻,因此较容易实现大,灵活分隔的建筑设计理念,实现居住空间在空间和时间上的可变性。不过,在国内对多层钢结构大住宅的研究力度还不够。
2 多层钢结构住宅体系的结构设计要点
2.1多层钢结构住宅的结构布置
多层住宅钢结构体系一般采用纯框架体系,与钢筋混凝土框架体系类似,纵、横方向均为刚接框架,但将梁、柱改为钢梁和钢柱,且大多采用H型截面,其承载能力及空间刚度均由刚接框架提供,适用于无法设置支撑的建筑物。由于结构采用型钢,故其成为施工速度最快的一种结构形式,采用该种结构体系的钢结构住宅,柱网分布有大跨度和小开间密柱式两类。
(l)应用于住宅的大跨度结构,合理利用钢结构的受力特点,充分发挥钢材作用,建筑空间开敞,平面布置灵活,空间可变性较强,但结构构件尺寸随柱网增大而增大。受梁柱体系高跨比的限制,随跨度的增大,结构钢梁的高度也随之增大,通常结构钢梁高跨比为1: (15~20)。从结构受力分析的合理性和经济性两方面考虑,用于住宅的大跨度钢结构柱网以6.0~7.2m为宜。此时结构梁高约300~500mm,按层高2.8m考虑,立面开窗高度能达1.4m以上,基本满足住宅规范要求。虽然也有采用更大跨度结构柱网(类似于排架结构)的情况,但通常进深方向为长跨距,从经济方面考虑,开间方向即使在层高增大的情况下也不宜过大。
(2)当建筑设计方案为每一开间均设有柱时,可采用小开间密柱式布置,一般柱距为3~5m,此结构类型因跨度小,梁、柱断面都相对减小,在立面开窗、开门上有较大自由度,由于跨度小,结构梁柱断面和相应的楼板厚度均减小,可减小结构自重,是较为经济的方法。但住宅空间布局受限制较大,难以形成开敞的大空间,建筑空间的可变性仍较弱。
工程抗震经验表明,不规则建筑结构体型对结构抗震不利,甚至会造成建筑物的严重破坏或倒塌,它一般分为两类:①建筑平面不规则;②建筑结构立面和竖向剖面不规则。由于后者的危害性史大,因此多层住宅钢结构体型宜力求规则和对称。
2.2 连接节点设计
钢结构节点连接是保证钢结构安全的重要部位,对结构受力有着重要影响,是整个设计工作的关键环节。地震灾害记录表明,许多钢结构都是由于节点首先破坏而导致建筑物整体破坏的,因此节点必须具有良好的抗震性能,能满足各种不同高度的钢结构体系相应的强度、刚度和延性要求,以确保安全可靠。节点设计一般要求遵循以下原则:(l)节点受力要力求传力直接简单和明确,使计算分析与节点的实际受力情况相一致;(2)保证节点连接有足够的强度和良好的延性;(3)构件的拼接按等强度原则设计,即拼接件应能传递断面的最大承载力;(4)尽量简化节点构造,以便于加工和安装时容易就位调整。
多层住宅钢结构节点主要包括梁与梁的拼接节点、柱与柱的拼接节点、梁与柱的连接节点、支撑与梁柱的连接构造、柱脚的连接节点等。连接节点可分为3种形式,即铰接、刚接和半刚接,其中半刚接因其受力难以控制,目前采用不多,故以其余两种形式为主。 连接方法可分为焊接连接和高强度螺栓连接,焊接连接节点的焊缝尺寸及形式等可按现行规范的规定执行,焊条的选用应与被连接金属材质适应。焊接设计中不得任意加大焊缝,焊缝重心应尽量与被连接构件重心接近。高强螺栓连接常用8.8s和10.9s两个强度等级,根据受力特点分为承压型和摩擦型,高强度螺栓最小规格为M12,常用的为M 16- M30,超大规格的螺栓性能不稳定,设计中应慎重使用。连接板一般采用与母材强度等级相同的钢材,在同一节点中,采用同一直径和同一性能等级的高强度螺栓,并进行节点连接的承载力验算。
3 多层钢结构住宅结构体系选型
钢结构体系的型式有多种,但应用于住宅的主要可分为钢框架体系,钢支撑框架体系,钢框架――混凝土剪力墙体系――钢框架――核心筒,错列桁架钢结构等。根据已建的钢结构住宅工程 对钢结构住宅的结构体系做一个简单的定性比较,见表1。根据表1多层钢结构住宅结构体系比较分析,可以明确地得出各钢结构体系的优缺点。从表1可知,错列桁架钢结构经济性高,开间大及跨度大,比较适于作为多层钢结构住宅的结构体系,建筑设计应与结构设计交互设计,以避免桁架对建筑平面设计的影响。
表1 多层钢结构住宅结构体系性能比较
4 钢结构住宅楼盖结构分析
楼板的合理选择关系到整个结构的安全性、经济性,降低楼板的造价和减轻自重对整个建筑物至关重要。目前钢结构住宅工程中常用的楼板丰要有三种形式:压型钢板――混凝土组合楼板:现浇混凝土楼板:预应力空心板叠合楼板。通过表格对上述三种楼盖进行综合比较,见表2。
表2 多层钢结构住宅常用楼板类型综合比较
由表2可知 预应力空心板叠合楼板比较适于作为钢结构住宅楼盖 这种楼盖不仅装配化程度高、施工效率高、自重轻、用钢量少和造价低 而且跨度较大.整体性及抗震性能都不比现浇楼盖差。
5 多层钢结构住宅结构分析与设计
5.1 工程概况
本工程为6层住宅楼,首层层高3.8m,2~6层层高2.9m,分别采用钢筋混凝上结构形式和钢结构形式,采用90mm厚现浇钢筋混凝上楼板。在一个住宅单元中,进深尺寸较大,除楼梯问、厨房、卫生间相对固定外。其余的厅、居室、贮藏室等均可按住户的意愿自行安排、灵活分隔组合。墙体选用蒸压加气混凝土墙板。结构计算主要采用符合国内规范和规程要求的TBSA和PKPM系列软件进行计算分析。设计方案应满足各种结构类型设计规范和规程的要求,包括结构方案、构件选型、材料选择、施工方案等,同时还考虑安全适用性和经济合理性等。
(l)材料、型号和级别
对于钢筋混凝上结构,柱采用C25混凝上,梁和板采用C20混凝上;柱和梁的纵筋采用II级钢,其它为I级钢;墙体采用灰砂砖砌筑。对于钢结构,柱和梁均采用热轧H型钢,其余与钢筋混凝上结构相同(称为钢结构①);或柱采用热轧 H型钢,梁采用高频焊接薄壁H型钢,墙体采用ALC板,其余与钢筋混凝上结构相同(称为钢结构②)。
(2)荷载取值
风荷载取值为:基本风压0.45kN/m2,地面粗糙度为B;地震烈度为7度,场地类型为二类。对于墙体采用ALC板的钢结构,其墙体和拦河荷载标准值为:墙重分别为2.0kN/m2(150mm厚ALC板满载),1.6kN/m2 (150mm厚A LC板,扣除门窗荷载;或是100mm厚ALC板满载);拦河为1.0kN/m2。其它荷载按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)取值。
(3)结构布置
采用钢结构的标准层结构平面布置如图1所示。
标准层钢结构平面布置图
5.2 结构分析与设计
结构体系:根据上文分析及工程概况,该工程选择交错桁架钢结构和钢框架结构体系。灵活分隔部分采用错列桁架钢结构,该结构利用柱子、平面桁架和楼板组成空间抗侧力体系,具有住宅布置灵活、结构自重轻和造价低的特点。是一种经济、实用、高效的新型结构体系:固定部分(厨房、卫生间和楼梯间)采用钢框架结构。桁架腹杆采用混合型桁架,这种桁架的抗侧性能优于空腹桁架,抗震性能优于实腹桁架。
结构布置:住宅的开间和进深较大,由上文分析并综合比较而选用预制预应力空心板叠合楼板。采用预制预应力空心板叠合板后结构布置采用简单梁格方式,取消用钢量较大的次梁。简单梁格布置不仅可以降低结构用钢量,而且可以增大建筑有效净空并取消吊顶。预制预应力空心板叠合板通过与钢梁组合作用(布置栓钉和后浇叠合层)进一步降低结构用钢量。叠合板总厚度为200mm 其中预制预应力空心板厚度150mm,现浇叠合层厚50mm。
构件设计:交错桁架结构中多数构件的内力以轴力为主,而且体系的抗侧刚度很大 一般以强度或稳定设计来控制构件截面,比较适合采用高强度钢材,因此该工程梁、柱、弦杆、腹杆均采用Q345钢。交错桁架结构中柱采用直径为400mm,壁厚为l6mm钢管混凝土柱,混凝土采用C60;弦杆采用HW200×200×8×12:纵向框架梁为HM294×200×8×12;直腹杆为等边角钢组合L100×l0;斜腹杆为等边角钢组合L125×8;框架结构中柱采用直径为300mm,壁厚为10mm的钢管混凝土柱,混凝土采用C60;梁采用HN25O×125×6×9。
结构分析:计算结果表明,水平荷载作用参与组合的工况对设计起控制作用。构件强度和稳定应力比控制在0.90以内。结构弹性层间位移角按照《建筑抗震设计规范》和《钢结构设计规范》的相关规定来控制。结构分析结果见表3。
表3结构分析结果
节点设计:交错桁架体系采用混合型时,横向荷载的作用将通过平面桁架以轴力的形式传递给柱子.故桁架与柱子的连接按铰接设计。此时,桁架上、下弦杆除了要承受轴力,还要承受弯矩,按照连续压弯杆件设计,而腹杆与弦杆的节点按铰接设计,忽略桁架腹杆次弯矩的影响。此种分析不但误差很小,,还能改善结构的延性和增加耗能储备。钢框架结构的梁柱节点全部为刚节点,可有效增加结构的抗侧刚度。
5.2 简单经济评价
在满足各项设计指标的前提下,各构件用钢量见表4 设计方案总用钢量为95.55t(不包括楼板及基础),单位面积用钢量为31.8kg/m2。采用钢管混凝土柱交错桁架结构。可以显著降低结构的用钢量,比其他钢结构住宅结构体系经济。
表4 构件用钢量
6 结束语
【关键词】多层住宅建筑;给排水管道;施工技术
一、多层住宅建筑给排水施工的宏观施工过程技术要点
1、套管预埋和孔洞预留阶段
一般来讲,在普通多层建筑开始施工到封顶的工程期间,管道施工不会参与其中。这样做的目的是为了防止在与其他工作交叉进行,会造成管道的损坏、堵塞等问题,最终影响施工质量。而这一阶段的一个重要任务是对未来要进行的管道施工进行孔洞预留与套管预埋。这一施工阶段需要注意的技术指标包括:l)以土建施工为基准,高度配合土建施工进度;2)制作套管时要严格以施工图集为标准,严禁随意更改;3)预留的孔洞与套管 预埋一定要位置准确,不能随意增减;4)在混凝土浇筑时,必须有专人负责监督。
2、制作与安装干管和立管的阶段
在住宅建筑整体封顶之后,开始进行粉刷墙面和找平地面工作,这个阶段的给排水安装公司仍需与土建方面调整配合,主要进行给排水干管和立管的施工。这一阶段的技术要点有:l)管道制作特别是镀锌钢管的套丝质量要严格控制,管道连接接口要严密;2)为保证立管安装的垂直度,安装前必须吊垂线。;3)管道安装要符合施工标准;4)塑料管道须安装伸缩节,排水立管上按照规范设置检查口; 5)为防止杂物进入,立管安装过程中,要做好上端立管口的防护。
3、试验和吹洗阶段
为了确保管道系统的严密性,在管道安装完成后,需要对管道进行试验,同时要进行吹洗,以达到一定程度上的卫生标准。管道的试验包括:给水管道的压力试验、排水管道的灌水试验、排水管道的通球试验。试验的目的是找出问题,快速整改,再次试验,合格验收。
4、设备和卫生器具的安装阶段
在管道严密性试验与吹洗结束后,要进行设备与卫生器具的安装工作。这一阶段之所以在施工过程的组后,一方面是为了保护相关设备与器具,很多时候卫生器具属于贵重物品,需要更严格的保护、防盗等等。另一个角度,也是防止设备在施工过程中发生损害。除此以外,设备与卫生器具的安装高度、角度都要符合相关标准,牢固耐用。
5、为金属管道做油漆与防腐阶段
这是整个给排水管道工程的收尾阶段,这一阶段至关重要,能够防患于未然。主要进行的工作是为消防给水管道涂刷红丹防锈漆,为金属支吊架进行防锈、镀锌处理,所有埋地铺设的引入给水管,如果是金属材料的管道,必须做防腐处理。
二、多层住宅建筑给排水施工的具体技术问题处理
1、给排水立管的敷设
具体操作方法有以下几种:
1)明装:这是一种较为传统的敷设方式,一般采取在厨房或者卫生间的墙角处进行敷设。它的优点是施工方便,但缺点是管道外露影响房屋美观。
2)明装在建筑物处:将管道敷设于住宅建筑的外墙阴角处。这种方式的优点同样是施工方便,维修方便,但它仅适用于南方,冬季如果温度低于零摄氏度的地方就不可使用,容易造成管道冻裂,影响使用。
3)管道井内敷设:这种方式是在卫生间设立集中管道井,所有给排水管道都集中布置,使得卫生间整体较为美观,但缺点是管道井的设立占用的了卫生间的面积,如果出现故障维修业相对较为困难。所以,这种敷设方式要根据具体情况来进行,如果住宅面积较大,卫生间剩余空间较多,美观因素较为主要时可以采用,可以提高卫生间的使用质量。如果卫生间本身较为狭窄,从实用角度讲应采取其他敷设方式。
2、给水支管敷设
住宅给水管普通采用暗设,这是因为住宅给水支管管径de≤32mm,材质为塑料,呈弯曲状态。给水支管敷设的方法分为:
方法一:在墙砖中暗设。铺设管道时,在墙面开凿管道槽,管道槽的宽度是所铺设管道外径加20mm,然后将管道直接嵌入到管道槽中,并用管卡固定。
方法二:如果所铺设管道的直径小于20mm,可采用暗设于地面找平层中的方式。施工方法是在地面上开凿管槽,管槽的宽度是给水支管外径加10mm,深度为外径的一半,同样将管道嵌入后,用管卡固定。
3、排水支管敷设
建筑给水排水设计规范规定:住宅卫生间的卫生器具排水管不宜穿越楼板进入他户,所以,传统住宅建筑中排水管道多横设在下层的楼板顶部,下层住户通过做吊顶进行美观化处理。这种方式比较便于管道维修,但在实际生活中,邻里之间往往因为排水管道渗漏等问题造成各种不必要的纠纷,除此以外,上层住户如果夜间使用卫生间会产生噪音,互相干扰,这对居民生活的舒适度越来越产生不利影响。为了改善这种状况可采用以下方式:
1)可以提高卫生间地面,地面架高150mm,在排水立管上预留接卫生器具的三通口,由住户根据需要在架高空间内敷设排水横管。
2)采用下沉式卫生间,将卫生间楼面下沉350mm,所有卫生器具的横管都暗设在下沉空间内。
这两种方式,可以很好的避免排水横支管不入他户,避免邻里间纠纷。
4、给水管道减压降噪
随着城市管网设计的日趋合理,部分城市的的自来水压力比较高,尤其是多层住宅建筑三层以下部分,管道压力高、水流速度快,易引起管道震颤产生噪音,用水高峰期会影响高层住户用水。针对这一现象,可以使用分户水管,并设置橡胶曲挠接头,低层设置减压阀减压孔板,节流塞等减压装置
5、地漏设置问题
排除地面积水的重要附件是地漏,在普通多层住宅中,一般将地漏设置在卫生间,厨房中较少设置,因为厨房产生积水较少。如果在厨房中设置地漏,长时间得不到使用,容易造成管道中的臭气进入室内,污染室内空气。
6、空调凝结水管道的敷设
随着经济发展的,越来越多的局面选择安装空调,空调的使用会产生凝结水,凝结水的自由散落会污染建筑墙面及地面,也成为引起邻里间纠纷的不必要因素。在给排水管道的设计安装中,要预留空调板并设计凝结水排水管,排水管不宜与雨水井直接相连,避免因雨水井堵塞而造成合用管道内雨水沿凝结水管倒灌进入底层住户。
7、家用热水器设置问题
在没有设置集中热水供应的住宅建筑中,预留安装热水供应的设施是必要的。家用热水器的安装,涉及到冷热水管道的布置。家用热水器一般有燃气热水器、太阳能热水器和电热水器,一般安装位置都在卫生间、厨房内,在建筑给排水设计时应预留出热水器的安装位置和冷热水管道的接口。
三、结语
综上所述,多层住宅的给排水工程,在整个住宅施工中并非困难的环节,但它举足轻重,与居民日常生活相关度较高,直接影响居住舒适度。作为工程设计、施工人员,应该在经济、安全的前提下,不断摸索新方法,寻求新路径,提出更为创新、科学的给排水设计方案。同时要兼顾提高效能原则,在管材的选用,配件的设置上,体现经济原则,逐步实现以人为本的建筑设计理念。
参考文献
【关键词】住宅建筑;结构优化设计;钢筋混凝土;影响;建议
1 结构优化设计对工程投资控制的影响
住宅工程开发项目的建设全过程可划分为决策、设计和施工三个阶段。工程项目投资控制的关键在于决策阶段和设计阶段。工程设计费用一般不超过建设工程总成本的1%,但在项目投资决策确定后,设计阶段对投资控制的影响程度却高达70%以上。
由于建筑产品单一性的特点,特别是不同地质条件对基础造价的影响很大,致使开发商难于确定针对每项具体工程的经济合理的限额设计指标。在进行建筑方案设计时,开发商和设计人员一般只重点关注使用功能的合理性和建筑立面的美观,而对不同建筑平面布置、不同进深与开间尺寸、不同立面形式、层高与层数等对投资的影响,很少进行考虑。在结构设计时,由于结构设计人员经济意识不强,缺乏经济技术比较手段,结构设计时间紧等原因,在结构方案的选择及结构材料选用时,往往只凭经验进行确定,很难使结构设计达到经济合理。
作者通过对多家设计单位、多项工程的结构施工图进行优化分析,在满足同样建筑功能的前提下,通过结构优化设计后,一般可比常规设计降低土建工程造价5%~10%左右。特别是对于面广量大的多层住宅开发项目,进行结构优化设计具有很好的经济价值和现实意义。
2 结构优化设计的基本方法
结构优化设计是在保证建筑使用功能和建筑总体效果的前提下,通过选用合理的结构体系,优化结构布置,对结构受力进行详细计算分析,使整个结构体系既安全可靠,又经济合理。优化后的结构设计,既要满足现行结构设计规范的要求,又使结构各构件之间达到最合适的比例关系,以提高结构整体的抗震性能、抗风性能等功能。同时,优化后的结构设计必须方便施工,易于在工程实践中实施。结构优化设计一般可从下列五个方面进行。
2.1 结构优化分析方法
工程结构的优化分析包括两个层次:一是结构体系的优化,主要是确定结构形式、柱网尺寸和墙体布置等;二是对结构构件进行优化,在己确定结构体系的前提下,确定构件的截面尺寸和混凝土强度等级。
在传统设计中,结构体系的确定和构件截面尺寸是凭经验假定的,然后进行分析计算,校核是否满足规范要求,是一种被动的设计方法。优化设计也需要先进行假设,但假设目的不一样,所采用的分析方法也不同,优化设计需按一定的优化方法进行搜索,从而达到结构造价最优,是一种主动的设计方法。
2.2 荷载精细化计算
为取得良好的优化效果,在荷载取值上要进行精细化计算。在计算墙体荷载时,应考虑实际墙体高度、长度和开洞影响,墙体高度的取值应扣除钢筋混凝土梁板的高度,墙体长度的取值应扣除钢筋混凝土墙柱的长度,并应扣除洞口面积。消防车等荷载宜按等效荷载取值。楼面活荷载按实际使用功能合理取值,并按规范规定考虑楼面活荷载的折减。正确取用抗震防护烈度、场地类别,合理确定风荷载标准值和风载体型系数,必要时可根据风洞试验确定风载体型系数。根据不同荷载组合和不同计算内容选用荷载分项系数。在进行基础设计时,当上部结构传给基础的荷载为设计值时,应将设计值转换成标准值。
2.3 准确理解和使用规范
认真学习国家和当地有关设计规范,理解规范实质,并注意规范的适用范围和规范使用的配套性。如采用《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008),《建筑地基基础设计规范》( GB50007-2002)进行桩基设计,在计算桩数时,荷载效应采用标准组合,对应的抗力采用单桩承载力特征值;在确定承台高度及配筋,验算材料强度时,荷载效应取基本组合,采用相应的分项系数,对应的抗力计算采用材料强度设计值。设计人员必须概念清晰,避免混淆。
2.4 构件尺寸及配筋的合理设计
构件尺寸一般先按经验确定,然后进行强度验算。在优化设计时,应对不同构件布置方式和不同截面尺寸进行配筋计算,并作经济比较,以确定最优构件布置方式和截面尺寸。剪力墙如能合理布置,可使大部分剪力墙的配筋不是由内力控制而是构造配筋。抗震墙分加强部位和非加强部位,边缘构件分约束边缘构件和构造边缘构件,这两种边缘构件的配筋相差很大,应分别按不同的构造要求进行配筋。对于截面宽度较小的梁,配筋量较大时需放2~3排钢筋,可将梁宽适当放大,尽量布成单排,以增大梁的有效高度。跨度较大的悬臂梁,除角筋外可在跨中切断,既节省钢筋又方便施工。
2.5 合理的构造设计
按构造配置的钢筋,只需满足最小配筋率要求,不必提高其配筋。较大直径钢筋优先采用焊接或机械连接,钢筋搭接和锚固长度应按规范公式进行计算,不必加长。剪力墙结构中存在部分短肢剪力墙时,不应整体提高抗震等级,只需对短肢剪力墙的抗震等级提高一级。
2.6 选用高性价比材料
要降低钢筋混凝土结构的用钢量,应尽可能采用性价比高的高强度钢筋。HRB400的强度设计值比HRB335高20%,HRB335比HPB235约高43%,而不同强度等级钢筋的价格相差一般不超过5%。可见,性价比从高到低依次为:HRB400, HRB335, HPB235。对于配筋按强度控制的构件,直径≥12mm的钢筋应优先选用HRB400钢筋;直径
通过对受弯构件经济配筋率的计算分析可看出,当混凝土强度等级>C30时,采用HRB400比HPB235可降低20%用钢量;当混凝土强度等级=C30时,采用HRB400比HPB235可降低7.5%用钢量;当混凝土强度等级C30时,应优先采用HRB400钢筋,而当混凝土强度等级
3 推行结构优化设计存在的困难
3.1 对设计的经济性缺乏考核指标
由于设计工作的特殊性和建筑产品的单一性,不同的工程有各自的特点,难于确定每个工程项目的合理经济指标,所以针对不同项目的设计成果,对设计的经济合理性缺乏明确的量化考核指标。施工图审查单位在审图时,重点是审查设计单位的资质、建设手续、设计施工图是否满足强制性条文和设计规范的要求,强调结构的安全可靠性,而对设计是否经济合理不作审查。
3.2 开发商对优化设计的意识不强
开发商往往把投资控制的重点放在施工环节上,而对设计对投资影响的重要性认识不够,对设计环节控制重视不够。开发商很重视施工招标,在施工招标中,施工单位通过投标报价让利和其它优惠条件争取中标,从而使开发商的工程建造成本得到有效控制,但往往忽视了设计方案的优化会带来更大的经济效益。虽然目前已普遍实行设计招投标,但在设计招标评标时,往往过于看重设计方案的效果和设计费报价,而对设计方案的经济合理性、设计团队的设计能力、设计优化能力重视不够,同时,设计的经济合理性又很难进行界定,故难于在设计招标时对设计的经济合理性进行有效的评判,并作为选择设计单位的重要指标。
在方案设计阶段,为了获得满意的设计效果,开发商往往愿意花费较长的时间对设计方案进行反复修改,而设计方案一旦确定,对初步设计和施工图设计的时间往往抓得很紧。特别是结构设计,设计计算和绘图的工作量大,结构施工图又是最先用于施工的,出图时间很紧,结构设计人员往往要连续加班,才能满足业主的出图时间要求。在这种情况下,设计人员根本没时间进行多方案的经济技术比较。
3.3 设计单位对优化设计缺乏动力
由于目前尚缺乏公平的设计市场竞争机制,设计收费是按建筑面积或按造价的一定比例计取,几乎跟投资的节约和设计质量的优劣无关,不能做到优质优价,使优化设计失去动力。由于设计是否经济合理与设计人员的利益无关,导致方案设计时只重视立面效果,追求高标准,而不重视经济分析;施工图设计时不重视结构方案的经济比较,为保险起见或为了减少计算和绘图工作量,随意放大配筋,造成投资浪费。
由于进行优化设计要付出比常规设计多得多的人力和物力,设计单位即使花费了较多的人力和物力,优化了设计方案,通过多方案经济分析,为业主节约了投资,也不能得到应有的报酬。在设计单位内部管理上,设计人员的收入一般都是与项目的设计费挂钩的,在同一项目上投入的精力越多,设计人员的收入水平必将降低,从而严重挫伤了设计人员对优化设计的积极性。
4 对推进优化设计的建议
4.1 从政策上鼓励优化设计
为推进优化设计工作的进行,政府主管部门在制订设计费收费标准,对设计质量进行评估,进行优秀设计评选,制订施工图设计文件审查办法等工作时,应将设计的经济合理性作为重要考核指标之一。审图公司在进行施工图设计文件审查时,除审查设计单位的资质、建设手续、设计施工图满足强制性条文和设计规范的情况等内容外,应将设计的经济合理性作为审查内容之一。政府主管部门应加强对设计市场的管理力度,严格通过资质管理、人员注册、设计招标、图纸审查等环节来规范设计市场,提高设计质量。主管部门可通过总结推广标准设计、公布合理的技术经济考核指标,推进优化设计工作。
4.2 推行设计监理或设计咨询工作
提高设计质量,推进优化设计工作,仅靠政府主管部门的监控和审图公司的施工图审查还远远不够。优化设计的控制重点应在设计过程中。要加强设计过程控制,就必须推进设计监理或设计咨询工作。通过设计监理或设计咨询单位可打破设计质量靠设计单位自己控制的局面,实现通过第三方对设计过程和设计成果进行把控。
4.3 结构优化设计的开展形式
结构优化设计对专业业务能力的要求很高,仅靠开发商自身的力量难于完成,需委托具有丰富的结构设计经验,在结构优化设计方面具有良好业绩的专业人员进行。开展结构优化设计可采取下列三种形式:
4.3.1 从方案设计阶段开始,聘请具有丰富经验的专家作为结构优化设计顾问,在设计全过程提供结构优化的合理化建议,通过过程控制,使结构施工图设计达到经济合理。
4.3.2 在初步设计图纸完成后,进行结构方案优化和构件优化,提出详细的优化后的结构方案、设计参数取值以及各构件的截面尺寸和混凝土强度等级等,与设计院沟通并在施工图设计阶段实施。
4.3.3 在设计院设计施工图完成后,进行优化设计研究,提出详细的结构优化方案、设计参数取值以及各种构件的截面尺寸和混凝土强度等级等,与设计院沟通并修改结构施工图。
上述第一种形式操作较方便,不影响工期,不增加设计单位工作量,但优化效果难于评判;第二种形式不增加设计单位工作量,可对优化效果进行评判,但对工期有一定影响;第三种形式对优化经济效果可进行详细计算,但设计施工图返工工作量大,对工期影响较大。
5 结构优化实例分析
台州某小区工程总建筑面积11.4万平方米,包括多层住宅、低层联排住宅和地下车库等。该工程的结构优化是建立在施工图设计的基础上,以不影响建筑使用功能为前提,同时又要确保建筑物安全和抗震能力,也就是必须满足现行的国家以及地区的行业标准。结构优化的主要内容为对该工程进行结构方案优化及各类构件的优化:结构优化的目标函数为房屋结构造价,最大限度地以低成本建造高安全度的房屋。主要优化内容如下:
多层住宅原设计采用沉管灌注桩,柱下独立桩基承台,承台之间设置基础拉梁。由于该建筑柱的轴力不大,但桩的承载力较大,优化后桩型不变,采用梁下布桩方案,可以使得布桩更加灵活。由于大部分桩均布置在墙下,故承台梁的内力不大,配筋基本接近构造配筋。
上部结构原设计为剪力墙结构,优化时对异形柱框架一剪力墙结构体系和剪力墙结构体系两种结构体系进行了分析比较,异形柱框架一剪力墙结构体系更经济。因考虑到现场实际施工进度以及设计院图纸修改工作量的问题,为不影响现场施工进度,后决定优化后上部结构仍采用剪力墙结构体系,在原结构方案的基础上对剪力墙墙肢布置和尺寸进行了调整,且在不影响建筑使用的前提下,将个别短肢剪力墙改为钢筋混凝土矩形柱。
地下车库原设计为钢筋混凝土框架结构,底板采用钢筋混凝土无梁板结构,顶板采用钢筋混凝土梁板式结构。优化设计时,对平面布置不作调整,对地下车库底板厚度和配筋、墙板配筋、顶板次梁布置和配筋进行优化。并对地下室顶板消防车活荷载取值进行优化,按消防车的轮压进行等效均布荷载的计算。地下室顶板原设计为横向布置次梁,经过优化分析比较,优化后改为纵向布置次梁。原设计地下室底板厚度5OOmm,优化后底板的厚度调整为400mm。经上述优化,扣除优化设计费用后,实际可节省造价约345万元。取得了较好的经济效益。
6 结语
6.1 土建结构工程建造成本在整个工程成本构成中占很大的比重,通过结构设计优化降低工程建设成本具有较大的经济价值。
6.2 推进结构优化设计需要政府、开发商和设计单位统一认识,从政策和经济上给予支持。
6.3 结构优化设计的三种形式,可根据项目具体情况选择应用。
6.4 进行结构优化设计可有效降低多层住宅开发项目土建成本,提高经济效益。
参考文献
[l]张炳华,侯起.土建结构优化设计,上海:同济大学出版社,1998.
在建设工程对相邻房屋造成损害赔偿案件中,原告往往把建设单位作为唯一责任主体而列为被告,法院也大都简单地把建设单位认定为唯一的被告,被告如以自己不是侵权行为的直接实施者抗辩,均难以被采纳。目前司法实践中一般都认为建设单位是建设工程的组织者、所有人和受益人,勘察、设计、施工以及行政审批行为等均为其服务,系内部法律关系,不构成相对于受害人而言的外部侵权关系,不应直接面对受害人承担责任。对此,笔者不敢苟同。上述观点操作上虽然有简便易行、审理及时的特点。但对于建设单位来说并不公平。上海某著名住宅小区曾发生过这样一个案例:
某开发商在取得某建设地块的开发经营权以后,即委托有关设计单位根据有关城市规划管理部门核定的地块用途和建筑密度、容积率等规划参数进行设计。设计方案出来以后,经市建设工程招投标办公室组织有关专家进行评审,并以记名表决方式对该方案进行评定通过以后,再由设计单位进行扩初设计。规划管理部门在根据该设计方案绘制的总平面设计图和施工图上盖章认可,并核发了建设工程规划许可证。随后,开发商即委托施工单位进行施工,施工过程中,在其中一幢12层C型高层居住建筑结构临届封顶时,北侧多层居住建筑居民主张相邻权,就南侧在建建设工程与其多层建筑间距不符合有关规定,造成对其通风、采光等问题提出异议。经建设单位会同有关测绘单位实地测量,发现在建南面C型高层与北侧居民多层住宅间距最小处20.8米,不符合《上海市城市规划管理技术规定》第29条第一款第二项第一目关于高层居住建筑与其北侧多层居住建筑的间距不小于高层建筑高度的0.3倍,且其最小值为24米的规定。纠纷双方在确认这一不争事实之后,无法自行达成调解协议。北侧居民即以该工程的建设单位为被告提起民事诉讼,请求损害赔偿;以当地区规划管理局为被告,请求撤销该建设工程规划许可证而提起行政诉讼。建设单位和规划局接到诉状副本以后,经过调查分析,发现设计单位没有按常规在设计图纸上标明建设区域内C型高层与北侧多层住宅的相邻间距。仅以C型高层建筑物座标位置形式而不是以两建筑物之间间距形式确定新建建筑物位置。施工单位在开工灰线定位中,完全按照设计图纸所标座标定位,无差错现象。另外,对照北侧多层住宅楼建造时的设计图纸,发现该楼在施工定位中向南偏移几十公分。C型建筑座标位置系从其他已有座标和建筑推定而来,存在明显的积累误差。这些情况证明造成新建C型高层与北侧居民楼相邻关系处理失当的原因系设计问题而非实际建造时施工单位违章移位所致,同时亦证明北侧居民楼建房时违章移位,原建设、施工单位亦有过错。再者,有关规划管理部门在设计总平面图纸上未明确标明间距尺寸,且按座标位置与相邻房屋间距不足24米之情况下,批准该总平面设计,其行政批准行为亦有失当之处。该新建建筑物已对北侧相邻居民的合法权益构成侵害,应予赔偿。但把赔偿义务主体简单地归责于建设单位一家很不公平,因为根据民法原理,有过错责任的单位理应对由于该过错所引起的他人财产受害承担赔偿责任。在上述案例中,建设单位依法将建设工程设计委托给有资质的设计单位按有关设计规范进行专业设计,只是由于设计单位的过错造成与相邻房屋关系处理不当,这种错误设计显然不是建设单位要求的结果。在设计成果交付时,建设单位由于不具备设计方面的专业知识,根本不可能发现这一错误,故建设单位并无过错。施工单位按图施工,亦无过错。设计单位违规设计,设计图纸本身已构成对相邻房屋的侵害,有明显过错。城市规划管理部门的职责是进行规划管理,负有审核设计图纸是否符合规划要求的法定职责,但其在审核该设计图纸时,应当发现而未发现这一设计错误亦有过错。上述有过错的单位在因其过错而致的相邻房屋损害中,应当一并成为负有赔偿义务的责任主体。由于相邻关系的复杂性及房屋建设工程建造时主体参与的多样性,在建设工程的各个阶段和过程中均可能发生侵权行为。在相邻房屋损害事实发生后,应当认真分析损害原因,寻找并认定责任人,这样既有利于法律的正确实施,也有利于在宏观上加强房屋建设工程参与主体的社会责任感、危机感,防止或减少损害事故的发生。
二、建设单位在相邻房屋损害中的责任及性质
如上所述,建设工程对相邻房屋损害赔偿责任主体应当包括有过错的建设工程参与主体,但建设单位本身不管其有无过错,是否应当一并成为赔偿责任主体,这亦是实践中争议较大和困扰着执法机关的焦点之一。围绕这一焦点,目前存在着以下几种观点:
1、适用我国民法侵权行为过错责任归责原则,建设单位如无过错,其不应承担赔偿责任;
2、考虑到这类案件中受害人举证困难,且损害的原因应当在建设单位所能了解和可能控制的范围之内,对建设单位可适用严格责任,即适用过错推定原则,受害人只要能证明其所受的损害系由建房所致,即使不知损害究竟是由建房过程中何单位所致,即可推定建设单位有过错,向建设单位请求赔偿,除非建设单位就其过错问题作出反证,证明自己没有过错,侵害行为系其他单位所为,才可免除责任。这样做有利于督促、教育建设单位预防损害的发生。我国民法通则规定的各种特殊侵权行为责任,大多为过错推定责任。建设工程侵害相邻房屋所致损害虽然没有包括在法定的特殊侵权行为范围内,但从现代社会侵权归责客观化的需要来看,司法实践在法律滞后的情况下,有必要将其纳入其中,以保护受害人合法权益;
3、适用公平责任原则。由于建设单位是整个工程的组织者、所有人、受益人,故即使其证明其没有过错,根据公平责任原则,其也应当分担民事责任,给受害人一定的补偿。我国民法通则第130条规定“当事人对造成损害都没有过错的,可以根据实际情况,由当事人分担民事责任”,这一规定在建设工程所致相邻房屋损害赔偿中应当适用于建设单位,以有利于民事纠纷的合理解决,避免矛盾激化和促进社会的安定团结;
1、被告作为建设方,均有较雄厚的工程技术力量,有能力对被损房屋进行修复,修复过程仅化费成本费用,且并非经营活动,无经营性税金。判令金钱给付,则在修复费用审价中,除成本费用外,另加上行业利润和经营性税金,费用较高。
2、恢复原状,只要根据被损房屋原设计标准和该房屋当时竣工验收时的资料,确定被损房屋损坏前的原状作为修复标准即可,具体采用何种修复方案不是判决依据。而如果直接判决金钱给付,则必然要涉及到审价,审价机构又必须要有纠偏、修复方案和具体设计图纸才能进行,否则无从审价。但纠偏、修复方案往往涉及到十分复杂的技术问题,且对这些技术问题,不通过最终的修复实践很难判断孰优孰劣,审理中很难把握,操作难度大。
3、同一被损房屋,往往有多个纠偏、修复方案,每个方案实施费用往往十分悬殊。以最常见的高层建筑桩基工程引起周边房屋地基松动、损坏,房屋倾斜开裂的纠偏、修复方案为例,不外乎两种方法,其一是采用掏土法,使房屋部分下沉达到纠正倾斜的目的;其二是采用顶升法,采用对房屋进行局部顶升工作,以达到纠偏目的。这两种方案中,后者费用是前者的数倍。另外,即使在同一方案中,由于使用材料的不同,费用也相差数倍,如对损坏地基的补桩,采用混凝土桩还是钢管桩,价格也可以相差几倍之多。
4、有的被损房屋,原来就有缺陷,如房屋老化超龄,多层建筑地基在建造时使用现已禁止的粉喷桩等,而纠偏设计单位设计时,则依据的是现行设计标准,且由于怕负责,安全系数设计时又考虑过高,故按此设计做出的纠偏方案,等于是新建地基标准,甚至超出,大大好于房屋被损坏前的原状。
5、有的修复费用明显超出了原房屋损坏部分的价值,如有的设计单位用“满堂布”钢管桩修复损坏地基,钢管桩重量超出了上部建筑重量,修复费用甚至比房屋的重置价还高。