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[摘 要] 建筑钢结构的经济性能一直是油田地面建设中最受关注的问题之一,工期和成本的互悖性在一定程度上制约了油田产建中钢结构的推广应用。为了设计阶段有效的控制工程造价,提高地面建设建筑经济性能是关键所在。本文在西安长庆科技工程有限责任公司油田地面建设设计门式刚架轻钢结构厂房以及多、高层钢结构建筑的设计逐渐应用基础上,对建筑钢结构的材料选用、结构体系优化等方面进行了分析,对油田工艺水处理间、注水泵房、输油泵房的基础及彩钢部分按照建安工程费、平方米造价等技术经济指标进行了对比分析,探讨了设计阶段控制钢结构工程造价的可行性。
[关键词] 油田地面建设;钢结构经济性能;优化设计;造价控制
doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2009 . 20 . 033
[中图分类号]F273.1[文献标识码]A[文章编号]1673-0194(2009)20-0089-03
1 引言
由于国家政策、钢材生产、构件制作、设计研发、标准规范修订等方面的有利因素,近几年我国的建筑钢结构进入了一个全新的发展时期。新材料、新部品、新结构体系不断出现,钢结构设计研发、制作安装能力日益强大,建筑钢结构向多样性、适用性、经济性方向发展。在钢结构造价工程量计算中,各类型钢工程量计算的效率和准确度以及市场价格的确定直接影响钢结构工程的造价。由于钢结构工期短、工艺要求简单的特点,顺应了长庆油田3 000万(吨)在握,5000万(吨)在望的生产形势要求。
建筑钢结构的经济性能一直是大家最为关注的一个问题。如何控制工程造价,充分发挥钢结构建筑技术经济上的综合优势,工程设计阶段最为关键。据权威资料统计分析,在初步设计阶段,影响工程造价的可能性为75%~95%;在技术设计阶段,影响工程造价的可能性为35%~75%;在施工图设计阶段,影响工程造价的可能性为5%~35%。因此设计质量的好坏、设计是否优化对工程造价将产生直接的影响。下面以门式刚架轻钢结构厂房和多、高层钢结构建筑的设计为例,在材料选用、结构体系等方面进行分析论述,探讨在设计阶段控制工程造价,提高建筑经济性能的可行性。
2 建筑材料选型方面工程造价控制
由于长庆油田产量即将跨越3 000万吨,地面建设的钢材品种更趋于多样化。各种新型建材,如轻质保温墙板、彩涂压型钢板、彩钢保温板等不断推广应用。建筑钢结构在设计阶段材料的选择上有了更大的空间。材料选择不同,则工程直接费不同,总造价不同。设计阶段合理选择建筑材料,控制材料单价或工程量,是控制工程造价的有效途径。试举例如下:
(1)彩涂钢板:彩涂钢板一般用于轻钢厂房屋面板和墙面板,有不同板型、不同基板厚度和钢号、不同镀锌板类别和镀锌层厚度以及不同的彩涂层类别,在形式上又可选用单板、保温复合板、单板加内保温层等,其中保温层又有超细玻璃丝棉、硬质岩棉、聚苯乙烯等类别及厚度的不同,这些因素不同都造成单方材料价格的差异,从而影响厂房工程总造价。所以设计时要根据厂房性质、大气环境等因素综合考虑,合理选用板材,控制工程造价。
(2)建筑钢结构体系的墙体材料:墙体材料造价一般占土建工程造价的15%~25%。对于多、高层住宅钢结构体系来说,选用配套、经济、节能的墙体材料至关重要。目前,设计选用的外墙材料主要有聚苯保温外墙板、轻质加气混凝土砌块、NALC板等;内墙材料主要有改性石膏板、GRC内墙板、聚苯保温复合板等。西安长庆科技工程有限责任公司设计优化的系列轻质保温复合墙板也已应用于在建钢结构节能住宅工程中,逐步使钢结构厂房设计体系走向模块化、标准化、定型化和工业化,为降低综合造价创造了基础条件。
(3)建筑钢结构建筑楼(屋)面的楼承板:设计时,根据在楼(屋)盖结构体系中的作用,楼承板可采用两种形式:①楼承板只作为永久性模板,一般采用普通镀锌压型钢板即可,对最小镀锌量和耐火时间要求较低,价格较便宜;②施工时作为模板,在使用阶段则替代受拉钢筋,即组合楼板。由于在设计中考虑楼承板作为受拉筋,其使用寿命必须与主钢结构的使用寿命保持一致,所以对其最小镀锌量和耐火时间要求较高,单方价格相对较高。
(4)钢材规格及材质:由于钢材品种的增多,结构设计时可选择的构件形式也多了。比如框架柱,可采用热轧H型钢、焊接H型钢、螺旋焊接圆钢管、焊接方钢管以及组合截面等形式,钢梁可采用等截面、变截面等形式。材质可采用Q235普碳钢,也可采用Q345低合金钢。设计时应尽可能采用高强度等级的材料,比如采用Q345钢比采用Q235钢就可节约钢材15%~25%,用于受拉或受弯构件节约比例较大。设计时要选用经济截面型材,比如热轧H型钢、C型钢等。在某些情况下,采用热轧H型钢柱、梁可能比采用焊接C型钢用钢量稍多,但从加工成本、施工进度等方面综合考虑,其造价可能更有优势(参见表1)。
3 结构体系方面工程造价控制
不同的结构体系和平面、立面布置对工程造价的影响较明显。在设计阶段只有根据建筑物的使用功能要求,确定合理的平面、立面布置和结构体系,才能有效控制工程造价,做到经济适用。列举如下:
(1)根据有关资料测算分析,对于多层建筑,不同层数对土建工程造价的影响为10%～25%;不同层高对土建工程造价的影响为1.5%～12%。
(2)门式刚架轻钢结构厂房设计,同样存在经济跨度和刚架最优间距。在工艺要求允许的情况下,尽量选择小跨度的门式刚架较为经济。一般情况下,门式刚架的最优间距为6m～9m,当设有大吨位吊车时,经济柱距一般为7.5m～9m,不宜超过9m,超过9m时,屋面檩条、吊车梁与墙架体系的用钢量也会相应增加,造价并不经济。表2是按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:98)进行设计的厂房主钢用钢量,通过横向、纵向比较,可以看出各影响因素在设计阶段合理确定的意义。设计荷载取值:恒载0.3kN/m2、活载0.5kN/m2、基本风压0.55 kN/m2,不考虑吊车及悬挂荷载。
(3)在多、高层钢结构中,楼板结构体系的工程量占有较大比重,对结构的工作性能、造价都有重要影响。在确定楼板结构方案时,主要考虑要保证楼板有足够的平面整体刚度,能减轻结构的自重及减小结构层的高度,有利于现场安装方便及快速施工,还要有较好的防火、隔音性能,并便于管线的敷设。常用楼板做法有:压型钢板组合楼板、预制楼板、叠合楼板和普通现浇钢筋混凝土楼板等。目前最常用的做法为压型钢板组合楼板和普通现浇钢筋混凝土板。当采用这两种做法时,考虑现浇板与钢梁组合成为共同受力的组合梁,能有效降低钢梁高度,较多地节约钢材。
(4)在高层及复杂高低连跨钢结构中,框架柱采用圆形钢管混凝土柱,梁、板采用钢-砼组合结构,总用钢量比普通钢结构用钢量有大幅度减小,能有效降低工程造价。
4 结束语
钢结构建筑所具有的优点决定其必将具有强大的生命力。设计阶段技术创新、选材配套、设计优化是控制造价、促进建筑钢结构走向标准化、规模化的关键阶段。为此在设计中以注重以下几点:
(1)在加强设计人员和技术经济人员沟通,重视人员的素质继续教育和业务知识的更新培训的同时,强调设计技术与市场经济相结合,设计中注重价值工程的运用,做多方案比较,把控制工程造价放到重要位置。
(2)在油田站场钢结构设计中引进标准化、模块化、数字化机制,开展设计优化,方案优化比选。以技术先进、安全适用、经济合理、节约投资为目标,形成标准化设计模式。
(3)在单井地面建设投资控制的原则下,对于钢结构等小型单体边缘投资采用优化设计和施工图的方案审查对比制度,既要注重技术性,也不忽视经济性。
[关键词] 油田地面建设;钢结构经济性能;优化设计;造价控制
doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2009 . 20 . 033
[中图分类号]F273.1[文献标识码]A[文章编号]1673-0194(2009)20-0089-03
1 引言
由于国家政策、钢材生产、构件制作、设计研发、标准规范修订等方面的有利因素,近几年我国的建筑钢结构进入了一个全新的发展时期。新材料、新部品、新结构体系不断出现,钢结构设计研发、制作安装能力日益强大,建筑钢结构向多样性、适用性、经济性方向发展。在钢结构造价工程量计算中,各类型钢工程量计算的效率和准确度以及市场价格的确定直接影响钢结构工程的造价。由于钢结构工期短、工艺要求简单的特点,顺应了长庆油田3 000万(吨)在握,5000万(吨)在望的生产形势要求。
建筑钢结构的经济性能一直是大家最为关注的一个问题。如何控制工程造价,充分发挥钢结构建筑技术经济上的综合优势,工程设计阶段最为关键。据权威资料统计分析,在初步设计阶段,影响工程造价的可能性为75%~95%;在技术设计阶段,影响工程造价的可能性为35%~75%;在施工图设计阶段,影响工程造价的可能性为5%~35%。因此设计质量的好坏、设计是否优化对工程造价将产生直接的影响。下面以门式刚架轻钢结构厂房和多、高层钢结构建筑的设计为例,在材料选用、结构体系等方面进行分析论述,探讨在设计阶段控制工程造价,提高建筑经济性能的可行性。
2 建筑材料选型方面工程造价控制
由于长庆油田产量即将跨越3 000万吨,地面建设的钢材品种更趋于多样化。各种新型建材,如轻质保温墙板、彩涂压型钢板、彩钢保温板等不断推广应用。建筑钢结构在设计阶段材料的选择上有了更大的空间。材料选择不同,则工程直接费不同,总造价不同。设计阶段合理选择建筑材料,控制材料单价或工程量,是控制工程造价的有效途径。试举例如下:
(1)彩涂钢板:彩涂钢板一般用于轻钢厂房屋面板和墙面板,有不同板型、不同基板厚度和钢号、不同镀锌板类别和镀锌层厚度以及不同的彩涂层类别,在形式上又可选用单板、保温复合板、单板加内保温层等,其中保温层又有超细玻璃丝棉、硬质岩棉、聚苯乙烯等类别及厚度的不同,这些因素不同都造成单方材料价格的差异,从而影响厂房工程总造价。所以设计时要根据厂房性质、大气环境等因素综合考虑,合理选用板材,控制工程造价。
(2)建筑钢结构体系的墙体材料:墙体材料造价一般占土建工程造价的15%~25%。对于多、高层住宅钢结构体系来说,选用配套、经济、节能的墙体材料至关重要。目前,设计选用的外墙材料主要有聚苯保温外墙板、轻质加气混凝土砌块、NALC板等;内墙材料主要有改性石膏板、GRC内墙板、聚苯保温复合板等。西安长庆科技工程有限责任公司设计优化的系列轻质保温复合墙板也已应用于在建钢结构节能住宅工程中,逐步使钢结构厂房设计体系走向模块化、标准化、定型化和工业化,为降低综合造价创造了基础条件。
(3)建筑钢结构建筑楼(屋)面的楼承板:设计时,根据在楼(屋)盖结构体系中的作用,楼承板可采用两种形式:①楼承板只作为永久性模板,一般采用普通镀锌压型钢板即可,对最小镀锌量和耐火时间要求较低,价格较便宜;②施工时作为模板,在使用阶段则替代受拉钢筋,即组合楼板。由于在设计中考虑楼承板作为受拉筋,其使用寿命必须与主钢结构的使用寿命保持一致,所以对其最小镀锌量和耐火时间要求较高,单方价格相对较高。
(4)钢材规格及材质:由于钢材品种的增多,结构设计时可选择的构件形式也多了。比如框架柱,可采用热轧H型钢、焊接H型钢、螺旋焊接圆钢管、焊接方钢管以及组合截面等形式,钢梁可采用等截面、变截面等形式。材质可采用Q235普碳钢,也可采用Q345低合金钢。设计时应尽可能采用高强度等级的材料,比如采用Q345钢比采用Q235钢就可节约钢材15%~25%,用于受拉或受弯构件节约比例较大。设计时要选用经济截面型材,比如热轧H型钢、C型钢等。在某些情况下,采用热轧H型钢柱、梁可能比采用焊接C型钢用钢量稍多,但从加工成本、施工进度等方面综合考虑,其造价可能更有优势(参见表1)。
3 结构体系方面工程造价控制
不同的结构体系和平面、立面布置对工程造价的影响较明显。在设计阶段只有根据建筑物的使用功能要求,确定合理的平面、立面布置和结构体系,才能有效控制工程造价,做到经济适用。列举如下:
(1)根据有关资料测算分析,对于多层建筑,不同层数对土建工程造价的影响为10%～25%;不同层高对土建工程造价的影响为1.5%～12%。
(2)门式刚架轻钢结构厂房设计,同样存在经济跨度和刚架最优间距。在工艺要求允许的情况下,尽量选择小跨度的门式刚架较为经济。一般情况下,门式刚架的最优间距为6m～9m,当设有大吨位吊车时,经济柱距一般为7.5m～9m,不宜超过9m,超过9m时,屋面檩条、吊车梁与墙架体系的用钢量也会相应增加,造价并不经济。表2是按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:98)进行设计的厂房主钢用钢量,通过横向、纵向比较,可以看出各影响因素在设计阶段合理确定的意义。设计荷载取值:恒载0.3kN/m2、活载0.5kN/m2、基本风压0.55 kN/m2,不考虑吊车及悬挂荷载。
(3)在多、高层钢结构中,楼板结构体系的工程量占有较大比重,对结构的工作性能、造价都有重要影响。在确定楼板结构方案时,主要考虑要保证楼板有足够的平面整体刚度,能减轻结构的自重及减小结构层的高度,有利于现场安装方便及快速施工,还要有较好的防火、隔音性能,并便于管线的敷设。常用楼板做法有:压型钢板组合楼板、预制楼板、叠合楼板和普通现浇钢筋混凝土楼板等。目前最常用的做法为压型钢板组合楼板和普通现浇钢筋混凝土板。当采用这两种做法时,考虑现浇板与钢梁组合成为共同受力的组合梁,能有效降低钢梁高度,较多地节约钢材。
(4)在高层及复杂高低连跨钢结构中,框架柱采用圆形钢管混凝土柱,梁、板采用钢-砼组合结构,总用钢量比普通钢结构用钢量有大幅度减小,能有效降低工程造价。
4 结束语
钢结构建筑所具有的优点决定其必将具有强大的生命力。设计阶段技术创新、选材配套、设计优化是控制造价、促进建筑钢结构走向标准化、规模化的关键阶段。为此在设计中以注重以下几点:
(1)在加强设计人员和技术经济人员沟通,重视人员的素质继续教育和业务知识的更新培训的同时,强调设计技术与市场经济相结合,设计中注重价值工程的运用,做多方案比较,把控制工程造价放到重要位置。
(2)在油田站场钢结构设计中引进标准化、模块化、数字化机制,开展设计优化,方案优化比选。以技术先进、安全适用、经济合理、节约投资为目标,形成标准化设计模式。
(3)在单井地面建设投资控制的原则下,对于钢结构等小型单体边缘投资采用优化设计和施工图的方案审查对比制度,既要注重技术性,也不忽视经济性。