随着房地产行业下半场的到来，各地产公司为了追求各自利润的最大化，早已经对开发过程的每一个环节都在进行着精细化的工作，这里面就包括了结构设计的优化。几乎现在结构设计优化已经成了每个地产公司的每个项目设计过程中都必不可少的一个环节。
但是，最好的结构设计优化应该坚持什么样的优化思路、如何针对每个工程的具体特点选择有针对性的优化方向，才能实现直接经济效益的最大化，是每个行业参与者必须要去潜心研究的。
如果某个优化思路能够做到直接经济效益与间接经济效益兼顾的话，那可能就是结构优化的最高境界了，下面我们就来分享一个直接经济效益与间接经济效益兼顾的结构优化案例。
一 工程概况
本工程为某集团的北京总部基地，总建筑面积532306m2，其中地下建筑面积268000m2，地上建筑面积264306m2。共包含地上A座、B座、C座3栋单体建筑及纯地下车库部分。
共5层的纯地下车库采用框架-剪力墙结构体系、楼盖体系采用带平托板的无梁楼盖，使用功能均为停车库，B4、B5层为甲类防空地下室，B1层顶板覆土3.1m厚。
建筑物各区域基本设计条件如下表所示：
地上A座、B座、C座的地下部分均与纯地下车库相连（整个结构在地下不分缝），并均为地下5层，地下室层高分别为3.8m、3.8m、3.8m、5.3m、5.7m。建筑物抗浮设防水位的绝对标高为16.50m（相对±0.00的标高为-10.50m）。
地下车库的剖面如下图所示：
二 地下室抗浮方案探讨
从本工程地上和地下的面积比例，我们可以看出：地下部分的建筑面积占了工程总建筑面积的一半以上，且地下室具有以下特点：
1.地下室层数多：共地下5层；
2.地下室埋深大：埋深超过28米（基础底面相对标高-28.22m）；
3.建筑物抗浮设防水位高、水浮力大：基础底面抗浮水头达到17.72米，基础底面所受水浮力约为177kN/m2。
根据上述特点，本工程地下室的结构设计及抗浮设计将是整个结构设计工作的重中之重，地下室的造价也将直接影响整个工程的总投资。预估本工程地下部分的结构造价将占结构总造价的2/3以上。
初步设计中，设计单位确定的纯地下车库部分结构方案如下：
1.B1～B5层顶板均采用带托板的无梁楼盖体系，B1顶板厚550mm（覆土3.1m）、B2及B3顶板厚350mm、B4及B5人防顶板厚400mm；
2.基础形式采用独立柱基、墙下条形基础+防水板，防水板板厚500mm，基础及防水板底面相对标高均为-28.220m；
3.采用压重的方式解决建筑物整体抗浮问题：防水板上满铺1.92m厚干式钢渣混凝土（设计要求其容重不小于28 kN/m3），用以平衡基底的水浮力，满足建筑物整体抗浮要求；
4.地基采用天然地基，持力层位于第四纪⑥细砂层，该土层天然地基承载力标准值fka=260kPa。
同时，业主也针对设计单位的地下室初步设计方案提出了作为投资方所关注的重点，并给设计优化咨询指明了方向：
结合本工程的实际特点，并仔细阅读了地质勘察报告后，咨询单位认为：天然地基承载力不是主要问题，地下部分主要矛盾是如何解决纯地下车库的抗浮问题，可以采用如下三种方案：
方案一：钢渣混凝土压重（原初步设计方案）
此方案抗浮费用最高、开挖深度最大，后期回填钢渣混凝土量巨大，因为钢渣混凝土供货量的原因，所需施工周期最长；
方案二：抗浮锚杆
此方案抗浮费用最低，施工周期长度居中，开挖深度最小，但锚杆与底板的连接部位存在很大的渗漏风险；
方案三：增加结构自重+素混凝土压重
此方案抗浮成本居中、低于方案一较多，开挖深度居中，施工周期最短，施工过程与正常的施工没有差别，不存在施工风险。
经过对比，咨询单位认为上述方案三最能契合业主“在保证安全的前提下，最大限度压缩施工周期”的诉求，建议采用增加结构自重+素混凝土压重的抗浮措施，并提出具体的调整建议如下：
1.基础底面及防水板底面标高：由-28.220m调整为-27.600m，基础底面标高抬高了0.62m；
2.基础形式：由独立柱基、墙下条形基础+防水板的形式调整为整体式筏板基础，原0.50m厚防水板调整为1.00m厚筏板基础；
3.原防水板以上1.92m干式钢渣混凝土压重垫层调整为0.80m素混凝土压重垫层；
4.原B1、B2、B3、B4、B5层无梁楼盖平板厚度各增加50mm；各层原无梁楼盖柱帽处总高度及平托板平面尺寸不变；
5.原B2、B3、B4、B5层100mm建筑楼面作法均调整为混凝土地面作法。
调整前后基础及压重作法剖面对比如下图所示：
地下部分结构方案调整后，纯地下车库部分抗浮计算中结构自重及压重标准值统计如下：
方案调整后，基础底面标高-27.600m，则基础底面水浮力标准值Nwk=10*（27.6-10.5）=171 kN/m2。
抗浮验算：
建筑物自重及压重的影响系数γG= Nwk/Gk=171/180.65=0.946 <0.95，
所以，抗浮验算满足！
（注：由于目前未能与勘察单位进行沟通并确定勘察单位所提供的建筑物抗浮设防水位高程是否考虑了南水北调、官厅水库放水等不利因素，建筑物自重及压重的影响系数γG暂时偏安全地按0.95考虑，如经过确认抗浮设防水位高程已经考虑上述不利因素，则γG取值还可适当提高。）
地基承载力验算：
根据地勘报告，由于基底标高抬高了0.62m，持力层变为第四纪⑤粉质粘土层，该土层的天然地基承载力标准值fka=210kPa，经过宽度、深度修正后，完全可以满足承载力及变形的要求。
所以，调整后的基础及抗浮方案在技术上是可行的。
三 直接经济效益
基础及压重方案调整后，带来的直接经济效益如下表所示：
按照纯地下部分单层建筑面积41241m2考虑，直接经济效益是:
535.6元/平方米*41241平方米=2208.9万元。
四 间接经济效益
由于原地下车库部分基础采用独立柱基+防水板的基础形式，所以被地下车库包围的主楼A座、B座、C座筏板基础在进行地基承载力深度修正时就无法考虑地下车库部分结构自重作为等效埋深的贡献，只能考虑钢渣混凝土及防水板作为等效压重进行深度修正：
(28*1.92+25*0.5）/18=3.68m，
即主楼筏板基础进行地基承载力深度修正时只能按照考虑3.68m的等效埋深进行：
修正后主楼部分第四纪⑥细砂层的地基承载力标准值fa=260+2.0*11*（6-3）+3.0*14.8*（3.68-1.5）=423kPa，均无法满足主楼A座、B座、C座核心筒区域预估基底压力810 kPa、700 kPa、640 kPa的要求。
如果纯车库部分采用筏板基础，则被地下车库包围的主楼A座、B座、C座筏板基础在进行地基承载力深度修正时就可以考虑地下车库部分结构自重作为等效埋深的贡献:
180.65/18+0.62=10.66m，
即主楼筏板基础在进行地基承载力深度修正时可以按考虑10.66m的等效埋深进行：
修正后主楼部分第四纪⑥细砂层的地基承载力标准值fa=260+2.0*11*（6-3）+3.0*14.8*（10.66-1.5）=732kPa，能满足主楼B座、C座核心筒区域基底压力700 kPa、640 kPa的要求。则原主楼B座、C座需要的CFG桩复合地基处理部分可以取消，只有主楼A座需要进行CFG桩地基处理。
预估CFG桩复合地基部分造价节省：
600元/平方米*8640平方米+300元/平方米*4320平方米=648万元。
其实说到间接经济效益，最大的方面还是来自于施工周期的缩短，所带来的业主占用资金的利息成本方面，这个金额将远远大于直接的材料费用和人工费用的节省。本案例的抗浮方案调整极大地缩短了施工周期，完全契合了业主“最大限度地压缩施工周期”的诉求。
施工周期的缩短主要体现在：
1.大面积的车库基底标高抬高后，减少了土方开挖量，降低了基坑支护的处理高度和难度，这些都能有效地缩短施工周期；
2.主楼B座、C座取消了CFG桩复合地基处理过程，施工周期相应缩短；
3.由于干式钢渣混凝土的供货原因和材料本身的特性，决定了其施工周期很长，调整为素混凝土压重后，施工周期可大大缩短。
五 总结
每一个项目都是一个系统工程，任何方案的确定首先要在技术上可行，然后一定要定位于项目的全生命周期的时间跨度之内，做到直接效益与间接效益兼顾的才是完美的方案。
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