论文部分内容阅读
【摘 要】设计阶段对工程造价的影响有各方面的因素，钢筋选择是不能忽视的重要因素之一，文章从设计阶段工程造价的重要性入手，探究了工程钢筋上部部位构件及钢筋强度对工程造价的影响要素，结合案例分析了优化钢筋选择的对策措施。
【关键词】钢筋强度；工程造价；影响；主要部件
导致工程结构设计阶段造价增加的因素很多，如结构设计人员技术经验不足，没有经历过复杂项目的结构设计，对结构设计及优化工作整体性把握不足，往往采取保守设计方案，选用工程造价较高的结构类型或加大建筑物构件截面尺寸，导致结构设计方案的工程造价大大增加；项目前期决策工作准备不足，建筑物的功能指标等还不确定，设计单位为了保险起见，常常采用最大荷载力作用条件下的结构设计方案，增加项目的建设成本；设计单位为了减少施工质量安全事故中自身的连带责任，特意在结构设计过程中加强对各部件的安全系数，导致工程项目的造价增加；大多数结构设计人员缺乏对项目业主负责态度，在结构设计过程中不做项目的经济性分析。
1 上部部位构件对工程造价影响
1.1 主要部件对工程造价影响
1.1.1 柱网布局与柱子
柱网布局是确定建筑物中柱子间距及行距的重要依据。通常柱网的合理控制范围在6～12m之间，柱网布局过小会导致上部结构节约材料，基础部分工程造价增加，反之则上部工程造价增加，基础部分费用降低。合理的柱网布局对建筑物的工程造价产生重要影响。另外，结构设计中的柱子截面尺寸也对工程造价有着很大影响。
如某厂房采用钢筋混凝土框架结构，原设计方案中采用两种柱形，边柱截面面积为750mm×750mm，中柱截面750mm×1000mm，梁截面为450mm×1900mm，框架结构中的受力主筋均采用Ⅱ级钢筋。按照原方案设计则需要消耗混凝土约131 m3，梁及框架柱受力主筋约为18834kg，按照上述消耗量计算工程造价约为19.22万元。设计单位对上述方案进行了优化设计，将柱尺寸作为常量，调整框架梁截面尺寸，优化后的方案框架柱尺寸保持原方案尺寸，框架梁截面尺寸由原450mm×1900mm调整为450mm ×1600mm，此时需要消耗混凝土约110m3，梁及框架柱受力主筋约为21667kg，较原方案比较混凝土节约21m3，钢筋增加2833kg，按照上述消耗量计算工程造价约为18.64万元，工程造价节约0.58万元，节省投资约3%。
1.1.2 梁
设计方案中最常使用的梁形式就是矩形截面梁结构，但矩形截面梁结构的材料利用率较低，主要是因为梁的弯矩沿梁的长度方向是变化的，且靠近梁中和轴部位的材料应力较低，只有在轴心受力情况下，材料才会得到充分的利用。因此，在设计及设计优化时可以采用平面桁架代替矩形梁，既可以减轻梁部位的自重，又提高了材料的利用效率，达到了降低工程造价的目的。
1.1.3 砼与钢筋的选用
在满足建筑物结构需求的情况下，应该尽量降低混凝土标号及钢筋型号，部分工程梁板柱采用多种标号，不但增加了施工难度，还浪费了大量的混凝土材料和钢筋材料，增加了项目的工程造价。如采用钢管混凝土结构可以将钢筋与混凝土进行有效结合，从而形成较强的抗压强度及抗变形能力。与相同自重与承载力的钢结构相比较，其钢材节约率可达50%，同时由于减少大量焊接工作缩短了项目建设周期。与普通混凝土相比较，在相同钢材用量及承载力条件下，其材料用量及构建自重也减少约50%。
1.2 案例分析
某住宅项目設计方案中，设计了三种设计方案，分别为主次梁布置方案（图1）、十字梁布置方案（图2）和井字梁布置（图3）。拟通过调整框架结构柱距来分析对其对工程造价影响。设计方案中将柱距分别设为7.2m，8m和9m，通过调整柱距比较不同方案的材料用量及经济性指标。
表1为不同方案及不同柱距梁板材料使用情况。在相同柱距条件下，项目钢筋用量及混凝土使用量基础上呈现出依次递增趋势。当柱距为7.2 m且荷载较小时，方案3较其他两个方案的混凝土用量明显增加，方案1的综合经济指标最为经济，当柱距为7.2且荷载较大时，方案1和方案2的综合经济指标较好。
当柱距为8m且荷载较小时，方案1至方案3的材料用量呈现出递增趋势，即方案1最为经济；当荷载较大时，方案1至方案3的梁材料依次增加，而板材料依次减少，综合总的材料使用情况则方案1和方案2较为经济。当柱距为9m且荷载较小时，方案1至方案3的钢筋用量依次增加，方案2中的混凝土使用量最少，而方案3中混凝土及钢筋使用量均为最多，即方案1和方案2较为经济；当荷载较大是方案2最为经济。在柱距较小且荷载较小时，选用方案1是较合理的优化方案；当柱距较大且荷载较大时选用方案2较为经济；方案3尽量不宜选择。
2 钢筋强度选择对工程造价影响
2.1 不同结构类型钢筋用量分析
不同结构类型对钢筋用量影响程度是不相同的，在砖混结构中，钢筋使用量最高可以占工程总造价的四分之一左右，框架结构钢筋占造价比例最高可以达到35%，剪力墙结构钢筋占造价比例超过了40%，框剪结构钢筋占造价比例介于框架结构和剪力墙结构之间。砖混结构住宅是钢筋使用量最低的一种结构类型，框架结构、剪力墙结构和框剪结构钢筋占造价比例和钢筋占造价平均比例都十分接近，这一数值大约在31%～33%之间。
2.2 配筋设计与钢筋优化要点
2.2.1 提高钢筋强度的途径
一是低合金化：加入锰、硅、钒、钛、铌，金相组织均匀，铁素体-珠光体；二是细晶粒化：控轧、控冷使晶粒度不粗于9级提高强度，基本铁素体-珠光体，表层不连续局部回火马氏体；三是淬水-余热处理：钢筋表层硬脆为高强回火马氏体，延性损失影响施工适应性；四是冷加工：冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、冷镦提高强度，但延性变差；五是控温热处理：对拔（轧）制钢丝进行热处理，获得高强且保留一定延性，制作预应力钢丝、钢绞线。不同类型钢筋的金相组织见图4，从左至右依次为普通热轧钢筋HRB、细晶粒热轧钢筋HRBF、余热处理钢筋RRB[33]。 2.2.2 钢筋外形优化
钢筋外形参数包含：基园面积率、相对肋高、相对肋间距、肋面积比、齿肋比、横肋的圆周角和横肋的对称性。图5 为不同钢筋外形表现，从第一排至第二排，从左至右依次为：光圆、等高肋、月牙肋、冷轧带肋-两面、冷轧带肋-三面、刻痕-两面、刻痕-三面、螺旋肋、螺旋槽、冷轧扭、三股钢绞线、七股钢绞线。
图5不同钢筋外形表现光圆钢筋：基园面积大，锚固差须弯钩，将淘汰；等高肋钢筋：基园面积小，外形不合理，己淘汰；月牙肋钢筋：基园面积较大，锚固良好有方向性；预应力钢绞线螺旋肋钢丝：基园面积大，锚固好；预应力螺旋槽钢棒：咬合齿薄弱，锚固差；冷轧带肋钢筋：基园面积不大，应向螺旋肋靠拢；冷轧扭钢筋：外形待改进，应向螺旋肋外形靠拢；刻痕钢丝：削弱截面，咬合齿浅锚固差，将淘汰；外形优化方向：螺旋肋基园面积大、锚固优良，最具优势。
2.2.3 提高强度、延性、加工适应性，根据特点选择应用
主力钢筋选用HRB400、500普通热轧带肋钢筋，以及HRBF细粒钢筋；抗震钢筋选用带后缀“E”高延性钢筋，均匀伸长率9%；强屈比1.25；次要钢筋选用RRB400余热处理钢筋对延性要求不高的基础或大体积结构；预应力筋选用高强螺旋肋钢丝及钢绞线，均匀伸长率3.5%；改进钢筋选用HRB335改HRB300，预应力钢棒提高延性，改进外形；淘汰钢筋选用刻痕钢丝、HPB235光面钢筋以HRB300取代；中强钢丝作中小预应力配筋及约束配箍；冷加工钢筋细直径辅助配筋，优化稳定质量。减小面缩率并热处理恢复延性，螺旋肋外形，不宜预应力及塑性设计。
2.3 案例分析
有两幢不同类型住宅建筑，A住宅建筑为框剪结构，主体部分11层；B住宅建筑为短肢剪力墙结构，主体部分21层。设计院提供了三种配筋方案：第一种采用HPB235级钢筋和HRB335级钢筋，第二种方案采用HRB400级钢筋，第三种方案采用冷轧带肋钢筋，分布筋均采用HPB235级钢筋。各类型钢筋单价分别为HPB235、HRB335 （3200元/t）、HRB40（3400元/t）、冷轧带肋钢筋（3650元/t）。则板筋的使用量及费用见表2。
从上表3中不难发现，不同结构体系中，梁钢筋采用三级钢所带来的经济性有所差异。异形柱框架中，仅考虑梁的造价，每平方米可节省成本3元左右；而在框架一剪力墙结构和短肢剪力墙结构中的经济性并不明显，有时甚至会增加工程造价。
3 结论
设计阶段与工程造价关系主要体现在设计阶段影响工程项目的一次性费用，设计方案中的建筑设计、结构方案选择以及材料的选用均对项目一次性费用产生较大影响；设计工作影响项目建成后经常性费用，工程项目一次性投资费用与经常性费用呈现出反比关系；设计质量间接影响项目投资，是诱发工程质量事故的重要原因。钢筋用量优化方案中要选取正确的设计参数，结合规范和实际工程进行选择，在设计过程中不随意增加建筑物的安全系数，在满足必要功能前提下尽量的对设计方案进行经济优化；建筑物构件的尺寸和钢筋选用的合理搭配，既要保证建筑物结构的安全，还要尽量的降低建筑物的工程造价。
参考文献
[1]鲍庄刚.民用建筑工程设计管理方法浅议[J].江苏建筑， 2007，（05）.
[2]王军.钢结构住宅的研究与开发[J]. 建筑技術开发，2004（3）.
[3]李辉政.结构设计与工程造价的分析和探讨[J].山西建筑， 2009（6）.
[4]刘利峰.钢筋混凝土建筑结构设计优化研究[J].科技资讯， 2010（07）.
[5]曾继荣.浅议民用高层钢筋混凝土建筑结构设计优化[J].四川建筑， 2010（8）.
[6]徐勤， 石磊.钢筋混凝土住宅结构设计优化及实例分析[J].工程与建设， 2007（12）.
【关键词】钢筋强度；工程造价；影响；主要部件
导致工程结构设计阶段造价增加的因素很多，如结构设计人员技术经验不足，没有经历过复杂项目的结构设计，对结构设计及优化工作整体性把握不足，往往采取保守设计方案，选用工程造价较高的结构类型或加大建筑物构件截面尺寸，导致结构设计方案的工程造价大大增加；项目前期决策工作准备不足，建筑物的功能指标等还不确定，设计单位为了保险起见，常常采用最大荷载力作用条件下的结构设计方案，增加项目的建设成本；设计单位为了减少施工质量安全事故中自身的连带责任，特意在结构设计过程中加强对各部件的安全系数，导致工程项目的造价增加；大多数结构设计人员缺乏对项目业主负责态度，在结构设计过程中不做项目的经济性分析。
1 上部部位构件对工程造价影响
1.1 主要部件对工程造价影响
1.1.1 柱网布局与柱子
柱网布局是确定建筑物中柱子间距及行距的重要依据。通常柱网的合理控制范围在6～12m之间，柱网布局过小会导致上部结构节约材料，基础部分工程造价增加，反之则上部工程造价增加，基础部分费用降低。合理的柱网布局对建筑物的工程造价产生重要影响。另外，结构设计中的柱子截面尺寸也对工程造价有着很大影响。
如某厂房采用钢筋混凝土框架结构，原设计方案中采用两种柱形，边柱截面面积为750mm×750mm，中柱截面750mm×1000mm，梁截面为450mm×1900mm，框架结构中的受力主筋均采用Ⅱ级钢筋。按照原方案设计则需要消耗混凝土约131 m3，梁及框架柱受力主筋约为18834kg，按照上述消耗量计算工程造价约为19.22万元。设计单位对上述方案进行了优化设计，将柱尺寸作为常量，调整框架梁截面尺寸，优化后的方案框架柱尺寸保持原方案尺寸，框架梁截面尺寸由原450mm×1900mm调整为450mm ×1600mm，此时需要消耗混凝土约110m3，梁及框架柱受力主筋约为21667kg，较原方案比较混凝土节约21m3，钢筋增加2833kg，按照上述消耗量计算工程造价约为18.64万元，工程造价节约0.58万元，节省投资约3%。
1.1.2 梁
设计方案中最常使用的梁形式就是矩形截面梁结构，但矩形截面梁结构的材料利用率较低，主要是因为梁的弯矩沿梁的长度方向是变化的，且靠近梁中和轴部位的材料应力较低，只有在轴心受力情况下，材料才会得到充分的利用。因此，在设计及设计优化时可以采用平面桁架代替矩形梁，既可以减轻梁部位的自重，又提高了材料的利用效率，达到了降低工程造价的目的。
1.1.3 砼与钢筋的选用
在满足建筑物结构需求的情况下，应该尽量降低混凝土标号及钢筋型号，部分工程梁板柱采用多种标号，不但增加了施工难度，还浪费了大量的混凝土材料和钢筋材料，增加了项目的工程造价。如采用钢管混凝土结构可以将钢筋与混凝土进行有效结合，从而形成较强的抗压强度及抗变形能力。与相同自重与承载力的钢结构相比较，其钢材节约率可达50%，同时由于减少大量焊接工作缩短了项目建设周期。与普通混凝土相比较，在相同钢材用量及承载力条件下，其材料用量及构建自重也减少约50%。
1.2 案例分析
某住宅项目設计方案中，设计了三种设计方案，分别为主次梁布置方案（图1）、十字梁布置方案（图2）和井字梁布置（图3）。拟通过调整框架结构柱距来分析对其对工程造价影响。设计方案中将柱距分别设为7.2m，8m和9m，通过调整柱距比较不同方案的材料用量及经济性指标。
表1为不同方案及不同柱距梁板材料使用情况。在相同柱距条件下，项目钢筋用量及混凝土使用量基础上呈现出依次递增趋势。当柱距为7.2 m且荷载较小时，方案3较其他两个方案的混凝土用量明显增加，方案1的综合经济指标最为经济，当柱距为7.2且荷载较大时，方案1和方案2的综合经济指标较好。
当柱距为8m且荷载较小时，方案1至方案3的材料用量呈现出递增趋势，即方案1最为经济；当荷载较大时，方案1至方案3的梁材料依次增加，而板材料依次减少，综合总的材料使用情况则方案1和方案2较为经济。当柱距为9m且荷载较小时，方案1至方案3的钢筋用量依次增加，方案2中的混凝土使用量最少，而方案3中混凝土及钢筋使用量均为最多，即方案1和方案2较为经济；当荷载较大是方案2最为经济。在柱距较小且荷载较小时，选用方案1是较合理的优化方案；当柱距较大且荷载较大时选用方案2较为经济；方案3尽量不宜选择。
2 钢筋强度选择对工程造价影响
2.1 不同结构类型钢筋用量分析
不同结构类型对钢筋用量影响程度是不相同的，在砖混结构中，钢筋使用量最高可以占工程总造价的四分之一左右，框架结构钢筋占造价比例最高可以达到35%，剪力墙结构钢筋占造价比例超过了40%，框剪结构钢筋占造价比例介于框架结构和剪力墙结构之间。砖混结构住宅是钢筋使用量最低的一种结构类型，框架结构、剪力墙结构和框剪结构钢筋占造价比例和钢筋占造价平均比例都十分接近，这一数值大约在31%～33%之间。
2.2 配筋设计与钢筋优化要点
2.2.1 提高钢筋强度的途径
一是低合金化：加入锰、硅、钒、钛、铌，金相组织均匀，铁素体-珠光体；二是细晶粒化：控轧、控冷使晶粒度不粗于9级提高强度，基本铁素体-珠光体，表层不连续局部回火马氏体；三是淬水-余热处理：钢筋表层硬脆为高强回火马氏体，延性损失影响施工适应性；四是冷加工：冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、冷镦提高强度，但延性变差；五是控温热处理：对拔（轧）制钢丝进行热处理，获得高强且保留一定延性，制作预应力钢丝、钢绞线。不同类型钢筋的金相组织见图4，从左至右依次为普通热轧钢筋HRB、细晶粒热轧钢筋HRBF、余热处理钢筋RRB[33]。 2.2.2 钢筋外形优化
钢筋外形参数包含：基园面积率、相对肋高、相对肋间距、肋面积比、齿肋比、横肋的圆周角和横肋的对称性。图5 为不同钢筋外形表现，从第一排至第二排，从左至右依次为：光圆、等高肋、月牙肋、冷轧带肋-两面、冷轧带肋-三面、刻痕-两面、刻痕-三面、螺旋肋、螺旋槽、冷轧扭、三股钢绞线、七股钢绞线。
图5不同钢筋外形表现光圆钢筋：基园面积大，锚固差须弯钩，将淘汰；等高肋钢筋：基园面积小，外形不合理，己淘汰；月牙肋钢筋：基园面积较大，锚固良好有方向性；预应力钢绞线螺旋肋钢丝：基园面积大，锚固好；预应力螺旋槽钢棒：咬合齿薄弱，锚固差；冷轧带肋钢筋：基园面积不大，应向螺旋肋靠拢；冷轧扭钢筋：外形待改进，应向螺旋肋外形靠拢；刻痕钢丝：削弱截面，咬合齿浅锚固差，将淘汰；外形优化方向：螺旋肋基园面积大、锚固优良，最具优势。
2.2.3 提高强度、延性、加工适应性，根据特点选择应用
主力钢筋选用HRB400、500普通热轧带肋钢筋，以及HRBF细粒钢筋；抗震钢筋选用带后缀“E”高延性钢筋，均匀伸长率9%；强屈比1.25；次要钢筋选用RRB400余热处理钢筋对延性要求不高的基础或大体积结构；预应力筋选用高强螺旋肋钢丝及钢绞线，均匀伸长率3.5%；改进钢筋选用HRB335改HRB300，预应力钢棒提高延性，改进外形；淘汰钢筋选用刻痕钢丝、HPB235光面钢筋以HRB300取代；中强钢丝作中小预应力配筋及约束配箍；冷加工钢筋细直径辅助配筋，优化稳定质量。减小面缩率并热处理恢复延性，螺旋肋外形，不宜预应力及塑性设计。
2.3 案例分析
有两幢不同类型住宅建筑，A住宅建筑为框剪结构，主体部分11层；B住宅建筑为短肢剪力墙结构，主体部分21层。设计院提供了三种配筋方案：第一种采用HPB235级钢筋和HRB335级钢筋，第二种方案采用HRB400级钢筋，第三种方案采用冷轧带肋钢筋，分布筋均采用HPB235级钢筋。各类型钢筋单价分别为HPB235、HRB335 （3200元/t）、HRB40（3400元/t）、冷轧带肋钢筋（3650元/t）。则板筋的使用量及费用见表2。
从上表3中不难发现，不同结构体系中，梁钢筋采用三级钢所带来的经济性有所差异。异形柱框架中，仅考虑梁的造价，每平方米可节省成本3元左右；而在框架一剪力墙结构和短肢剪力墙结构中的经济性并不明显，有时甚至会增加工程造价。
3 结论
设计阶段与工程造价关系主要体现在设计阶段影响工程项目的一次性费用，设计方案中的建筑设计、结构方案选择以及材料的选用均对项目一次性费用产生较大影响；设计工作影响项目建成后经常性费用，工程项目一次性投资费用与经常性费用呈现出反比关系；设计质量间接影响项目投资，是诱发工程质量事故的重要原因。钢筋用量优化方案中要选取正确的设计参数，结合规范和实际工程进行选择，在设计过程中不随意增加建筑物的安全系数，在满足必要功能前提下尽量的对设计方案进行经济优化；建筑物构件的尺寸和钢筋选用的合理搭配，既要保证建筑物结构的安全，还要尽量的降低建筑物的工程造价。
参考文献
[1]鲍庄刚.民用建筑工程设计管理方法浅议[J].江苏建筑， 2007，（05）.
[2]王军.钢结构住宅的研究与开发[J]. 建筑技術开发，2004（3）.
[3]李辉政.结构设计与工程造价的分析和探讨[J].山西建筑， 2009（6）.
[4]刘利峰.钢筋混凝土建筑结构设计优化研究[J].科技资讯， 2010（07）.
[5]曾继荣.浅议民用高层钢筋混凝土建筑结构设计优化[J].四川建筑， 2010（8）.
[6]徐勤， 石磊.钢筋混凝土住宅结构设计优化及实例分析[J].工程与建设， 2007（12）.