返回列表 分析建筑隔震设计对工程造价影响的实证案列湖南工程造价信息

  无锡工程造价信息我国地处欧亚大陆板块的东南部,受环太平洋地震带与欧亚地震带的相互影响,我国经常性地震活跃的地区包括有:青藏高原及云南、四川西部,华北的太行山和京津唐地区,新疆及甘肃、宁夏,福建与广东沿海,台湾地区等。特别在我国西部地区,大部分地区处于地震断裂带之上,长期饱受地震灾害的困扰。


  作为日渐成熟的工程技术,隔震技术已经在美国、日本等发达国家广泛的应用,我国的桥梁已经大量使用隔震支座,昆明长水机场、北京大兴机场等重要工程项目亦进行隔震设计。尤其是2013年4月20日四川省雅安市芦山县发生的7.0级地震中,芦山县人民医院由于建筑设计运用了隔震技术,经受住了地震的破坏考验,在地震第二天就投入正常的使用,为抗震救灾提供医疗支持,成为经过实践检验隔震建筑的代表。建筑隔震设计由此得到业主、设计院及政府等各方高度重视,在我国普通民用建筑设计中得到快速的发展。


  建筑隔震设计对于工程造价的影响一直鲜有研究,建设单位在考虑运用隔震设计时,对运用隔震设计后的工程造价变化亦一直欠缺对比参考指标,此文正是从实证研究的角度对建筑隔震设计对工程造价的影响进行研究分析。


  ▲建筑隔震设计技术路径


  〔1〕设计目标


  根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)规定,建筑工程防震减灾实行以预防为主的方针,使建筑经抗震设防后,减轻建筑的地震破坏,避免人员伤亡,减少经济损失。


  根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)进行抗震设计的建筑,其基本的抗震设防目标是:当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时,主体结构不受损坏或不需进行修理可继续使用;当遭受相当于本地区抗震设防烈度的设防地震影响时,可能发生损坏,但经过一般性修理仍然可以继续使用;当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时,不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏。上海工程造价网


  〔2〕隔震设计技术思路


  建筑隔震系统是通过在基础层或者层间与上部结构之间,设置专门的隔震支座与耗能元件(如各类阻尼器和滑板支座等),形成刚度较低的柔性隔层,称为隔震层,使建筑基础与上部结构断开,把建筑分为上部结构、隔震层和下部结构三部分,通过隔震层的隔震支座与耗能元件,延长上部结构的地震基本周期,进而避开地震的主频带范围,使得上部结构和地面运动在相当程度上解除了耦连关系,同时利用隔震层的高阻尼特性,消耗输入地震的动能,以进一步减小传递到隔震层上的地震作用,从而提升建筑的抗震安全性。


  隔震设计包括摩擦滑移系统、叠层橡胶支座系统、摩擦摆系统等,现如今我国工程中最常用的是叠层橡胶支座隔震系统。这种隔震支座,性能稳定可靠,采用专门的叠层橡胶作为隔震元件,由若干层的钢板与橡胶板相互叠置,经过特殊的硫化工艺粘合而成,其结构、配方和工艺等需要按照具体的地震参数进行专门的设计,属于一种厚型橡胶制品。如今常用的橡胶隔震支座有天然橡胶支座、铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座等。


  〔3〕设计效果


  采用隔震技术后的上部结构地震作用通常可以减小为原来的1/6~1/3,地震时建筑物上部结构的反应以第一振型为主,类似于刚体平动,其地震反应大幅的减小,建筑结构与内部设备都不易发生大的破坏或者丧失正常的使用功能。对于8度及其以上抗震设防区高于六层的建筑,应用隔震技术后,隔震层上部建筑结构设防烈度可以降低1~2度,进而提升隔震层上部建筑的经济性,并且显著提高建筑的安全性。


  ▲实证案列分析


  这次研究选择凉山州西昌市的两个在建项目作为案例比对,案列一运用隔震设计,案例二采用非隔震设计,这两项目直线距离约6.2km,都是位于9度地震烈度设防区,地理位置、项目情况有较多类同,作为对比研究对象比较适宜。河北工程造价网


  〔1〕案例项目设计情况简介


  案例一:运用隔震设计建筑,总建筑面积为85360.71m²;建筑层数:地下2层(局部3层),地上18~20层;建筑高度:地上(18层)53.95~(20层)59.95m,地下室-1层层高4.3m,-2层和-3层层高4m;结构类型:钢筋混凝土框架剪力墙结构;设计使用年限:50年;抗震设防烈度:9度,设计地震分组为第三组,设计基本地震加速度值为0.4g,场地特征周期为0.45s,建筑结构阻尼比取0.05,水平地震影响系数最大值为0.32(多遇地震),建筑场地类别Ⅱ类,无人防工程,地基基础为筏板基础,基础持力层为复合地基(CFG桩或预制桩处理地基)。


  案例二:为非隔震设计建筑,总建筑面积为77491.87m²,建筑层数:地下2层,地上12~16层;建筑高度:地上(12层)36~(16层)48m,地下室层高3.9m;结构类型:钢筋混凝土框架剪力墙结构;设计使用年限:50年;抗震设防烈度:9度,设计地震分组为第三组,设计基本地震加速度值为0.4g,场地特征周期为0.45s,建筑结构阻尼比取0.05,水平地震影响系数最大值为0.32(多遇地震),建筑场地类别Ⅱ类,地基基础为筏板基础,基础持力层为复合地基(CFG桩或预制桩处理地基)。


  〔2〕案例简析


  ➊两个案例相同或者类似点。案例一和案例二建筑规模、建筑体量相当,都是大地下室底盘上的高层住宅楼,建筑高度都是60m以下,建筑结构都是钢筋混凝土框架剪力墙结构,地基基础同为筏板基础,基础持力层为复合地基(CFG桩或预制桩处理地基),地基场地类别同为Ⅱ类,地震设防烈度9度,地震计算设计参数亦基本相同。


  ➋两个案例差异点。案例一因为运用隔震设计,在地下室顶板和地上主楼间设置了隔震层,以高阻尼橡胶支座隔离地震波传输。地上主楼隔震前地震影响系数最大值为0.32(多遇地震),隔震后水平向减震系数为0.335,小于0.39,水平地震影响系数为0.147(多遇地震),考虑近场系数1.5后,水平地震影响系数为0.147×1.5=0.22,竖向地震作用取计算结果且不小于结构总重力荷载代表值得40%的较大值。地上结构抗震措施:水平向减震系数小于0.4,隔震层以上结构按8度采取抗震措施,隔震层及以下结构按9度采取抗震措施。工程造价前景分析


  案例二是传统的建筑设计,建筑整体都是按9度采取抗震措施,地下室负二层区域有约4000m²的人防区域。


  案例一运用隔震设计与案例二传统的建筑设计的差异,正是文章研究的对比重点。


  ➌案例建筑产品差异性。地上建筑剪力墙厚度差异比较大。案例一因为采用隔震设计,隔震层上部建筑结构按照8度采取抗震措施,隔震层上部建筑全部剪力墙墙体厚度都是200mm。案例二采用普通非隔震设计,整体结构按照9度采取抗震措施,其地上1~11层建筑剪力墙墙体厚度均为300mm,12~15层剪力墙墙体厚度为250mm,16层(顶层)剪力墙墙体厚度为200mm。


  案例一在地下室顶板(地上主楼)区域设置隔震层,隔震层高度2.25m,隔震层以大型转换梁(梁高1500mm×梁宽1000mm)支撑地上主楼,转换梁通过隔震支座支撑于地下室大型框架柱,核心筒四边角柱截面尺寸达到3150mm×1700mm。


  两案例因分别采用隔震设计和传统设计,故而地上建筑产品形态完全不同,这也是两类型建筑工程造价研究对比的基础。


  ➍两案例建筑高度的差异分析。案例一建筑高度为59.95m,案例二建筑高度为48m,相差约12m,实际上案例一较案例二多四层楼的差异,不过由于总高低于60m,两案例建筑结构都是同一类型分组,建筑结构计算因素基本一致。尽管工程总造价不同,不过本文以同样结构条件下的单位面积工程造价作为对比研究的重点。因而案例一和案例二的建筑高度差异不会影响文章的研究。


  两个案例具有类同的原始地理条件与建筑规模,不过案例一因运用隔震设计,其建筑产品呈现与案例二完全不同的结构形态,这正是工程造价对比研究的重点。工程造价专业调查


  ▲工程量及工程造价计算


  〔1〕工程量计算


  为确保工程量计算的客观性与准确性,两案例采用相同的图形算量软件计算工程量,保持软件参数设置完全一致,由同一组造价人员分别进行两个案例的工程量计算,计算完成后由另外一组造价人员进行模型复核和校对,尽可能减小计算误差。


  ➊案例一工程量计算结果。钢筋工程总量为8833t,混凝土工程总量为375319m³,转换梁柱采用型钢混凝土结构,另有型钢工程量328t;分楼栋统计情况见表1。


建筑隔震设计对工程造价影响的实证分析1.jpg


  ➋案例二工程量计算结果。钢筋工程总量为7265t,混凝土工程总量为51119m³,分楼栋统计情况见表2。


建筑隔震设计对工程造价影响的实证分析2.jpg


  〔2〕工程造价计算


  两案例都是采用2015《四川省建设工程工程量清单计价定额》及配套文件组价计算工程造价,保持取费费率、材料价格、人工费等完全一致,相同的项目采用的定额保持一致,计价完成后分别由两位造价工程师独立进行审核,从而保持工程造价计算的准确性,亦保持两案例工程造价计算口径的一致性,为后续对比研究提供同一条件。


  ➊案例一工程造价计算结果。工程总造价21595.68万元,另有专业隔震用高阻尼橡胶支座造价约853万元,单位面积造价指标为2630元/m²,在这其中,专业隔震用高阻尼橡胶支座造价按照总建筑面积计单位面积造价指标为100元/m²。


  ➋案例二工程造价计算结果。工程总造价15843.94万元,单位面积造价指标为2074元/m²。工程造价咨询评价


  ▲工程造价的对比分析


  经过工程量和工程造价的计算,运用隔震设计的建筑与非隔震建筑的结构工程造价指标呈现出较大的差异。


  隔震层及其以下建筑,鉴于提高抗震措施按罕遇地震设计,而且隔震层设置转换梁、柱运用,故而其钢筋、钢材和混凝土用量相比非隔震建筑高很多。尤其是转换梁、柱由于截面尺寸巨大,为控制配筋率和提升结构变形能力(延性),提高其抗震性,采用了型钢混凝土结构。


  案例一相较案例二,地下室(含隔震层)单位面积用钢量高177.28%,地下室(含隔震层)单位面积用混凝土量高22.76倍;可见,隔震层及下部建筑钢筋、混凝土用量较普通设计高很多。


  隔震层以上的地上建筑,鉴于可以降1~2度进行抗震设计,因此案例一建筑结构工程的钢筋和混凝土用量明显低于案例二非抗震设计的建筑。


  案例一相较案例二,地上建筑(隔震层以上)单位面积用钢量低42.19%,地上建筑(隔震层以上)单位面积用混凝土量低42.67%。


  以整个项目比较,案例一相比案例二,单位面积用钢量高14.46%,单位面积用混凝土量高566.67%,单位面积工程造价高26.81%。建筑条件基本相同情况下,运用隔震设计的建筑,其工程造价大幅高于非隔震设计建筑工程造价。


  由实证研究的案例数据显示,相同的建筑设计条件下,建筑隔震设计增加工程造价约26%。


  经过2008年四川汶川大地震以后,民众从有房住向更加关心住房安全、环境优良方向发展。在9度地震区,市场对隔震建筑的认可度很高,建筑隔震设计得到迅速的推广。鉴于隔震层上部建筑户型设计受限制较少,建筑户型利用率高与抗震安全性突出,预计市场对隔震建筑的需求将会愈来愈多。随着设计思路的转变,隔震设施的技术进步,建筑隔震设计及其工程造价的变化将会是未来持续研究的方向。湖南工程造价信息


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