論鋼筋強(qiáng)度選擇對工程造價的影響

摘 要：設(shè)計階段對工程造價的影響有各方面的因素，本文從設(shè)計階段工程造價的重要性入手，探究了工程鋼筋上部部位構(gòu)件及鋼筋強(qiáng)度對工程造價的影響要素，結(jié)合案例分析了優(yōu)化鋼筋選擇的對策措施。

關(guān)鍵詞：鋼筋強(qiáng)度；工程造價；影響；主要部件

一、上部部位構(gòu)件對工程造價影響

（一）主要部件對工程造價影響

1.柱網(wǎng)布局與柱子。柱網(wǎng)布局是確定建筑物中柱子間距及行距的重要依據(jù)。通常柱網(wǎng)的合理控制范圍在6～12m之間，柱網(wǎng)布局過小會導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)節(jié)約材料，基礎(chǔ)部分工程造價增加，反之則上部工程造價增加，基礎(chǔ)部分費用降低。合理的柱網(wǎng)布局對建筑物的工程造價產(chǎn)生重要影響。另外，結(jié)構(gòu)設(shè)計中的柱子截面尺寸也對工程造價有著很大影響。

如某廠房采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，原設(shè)計方案中采用兩種柱形，邊柱截面面積為750mm×750mm，中柱截面750mm×1000mm，梁截面為450mm×1900mm，框架結(jié)構(gòu)中的受力主筋均采用Ⅱ級鋼筋。按照原方案設(shè)計則需要消耗混凝土約131m3，梁及框架柱受力主筋約為18834kg，按照上述消耗量計算工程造價約為19.22萬元。設(shè)計單位對上述方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，將柱尺寸作為常量，調(diào)整框架梁截面尺寸，優(yōu)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調(diào)整為450mm ×1600mm，此時需要消耗混凝土約110m3，梁及框架柱受力主筋約為21667kg，較原方案比較混凝土節(jié)約21m3，鋼筋增加2833kg，按照上述消耗量計算工程造價約為18.64萬元，工程造價節(jié)約0.58萬元，節(jié)省投資約3%。

2.梁。設(shè)計方案中最常使用的梁形式就是矩形截面梁結(jié)構(gòu)，但矩形截面梁結(jié)構(gòu)的材料利用率較低，主要是因為梁的彎矩沿梁的長度方向是變化的，且靠近梁中和軸部位的材料應(yīng)力較低，只有在軸心受力情況下，材料才會得到充分的利用。因此，在設(shè)計及設(shè)計優(yōu)化時可以采用平面桁架代替矩形梁，既可以減輕梁部位的自重，又提高了材料的利用效率，達(dá)到了降低工程造價的目的。

3.砼與鋼筋的選用。在滿足建筑物結(jié)構(gòu)需求的情況下，應(yīng)該盡量降低混凝土標(biāo)號及鋼筋型號，部分工程梁板柱采用多種標(biāo)號，不但增加了施工難度，還浪費了大量的混凝土材料和鋼筋材料，增加了項目的工程造價。如采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)可以將鋼筋與混凝土進(jìn)行有效結(jié)合，從而形成較強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度及抗變形能力。與相同自重與承載力的鋼結(jié)構(gòu)相比較，其鋼材節(jié)約率可達(dá)50%，同時由于減少大量焊接工作縮短了項目建設(shè)周期。與普通混凝土相比較，在相同鋼材用量及承載力條件下，其材料用量及構(gòu)建自重也減少約50%。

（二）案例分析。某住宅項目設(shè)計方案中，設(shè)計了三種設(shè)計方案，分別為主次梁布置方案（圖1）、十字梁布置方案（圖2）和井字梁布置（圖3）。擬通過調(diào)整框架結(jié)構(gòu)柱距來分析對其對工程造價影響。設(shè)計方案中將柱距分別設(shè)為7.2m，8m和9m，通過調(diào)整柱距比較不同方案的材料用量及經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。

表1為不同方案及不同柱距梁板材料使用情況。在相同柱距條件下，項目鋼筋用量及混凝土使用量基礎(chǔ)上呈現(xiàn)出依次遞增趨勢。當(dāng)柱距為7.2 m且荷載較小時，方案3較其他兩個方案的混凝土用量明顯增加，方案1的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最為經(jīng)濟(jì)，當(dāng)柱距為7.2且荷載較大時，方案1和方案2的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好。

當(dāng)柱距為8m且荷載較小時，方案1至方案3的材料用量呈現(xiàn)出遞增趨勢，即方案1最為經(jīng)濟(jì)；當(dāng)荷載較大時，方案1至方案3的梁材料依次增加，而板材料依次減少，綜合總的材料使用情況則方案1和方案2較為經(jīng)濟(jì)。當(dāng)柱距為9m且荷載較小時，方案1至方案3的鋼筋用量依次增加，方案2中的混凝土使用量最少，而方案3中混凝土及鋼筋使用量均為最多，即方案1和方案2較為經(jīng)濟(jì)；當(dāng)荷載較大是方案2最為經(jīng)濟(jì)。在柱距較小且荷載較小時，選用方案1是較合理的優(yōu)化方案；當(dāng)柱距較大且荷載較大時選用方案2較為經(jīng)濟(jì)；方案3盡量不宜選擇。

二、鋼筋強(qiáng)度選擇對工程造價影響

（一）不同結(jié)構(gòu)類型鋼筋用量分析。不同結(jié)構(gòu)類型對鋼筋用量影響程度是不相同的，在磚混結(jié)構(gòu)中，鋼筋使用量最高可以占工程總造價的四分之一左右，框架結(jié)構(gòu)鋼筋占造價比例最高可以達(dá)到35%，剪力墻結(jié)構(gòu)鋼筋占造價比例超過了40%，框剪結(jié)構(gòu)鋼筋占造價比例介于框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)之間。磚混結(jié)構(gòu)住宅是鋼筋使用量最低的一種結(jié)構(gòu)類型，框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和框剪結(jié)構(gòu)鋼筋占造價比例和鋼筋占造價平均比例都十分接近，這一數(shù)值大約在31%～33%之間。

（二）配筋設(shè)計與鋼筋優(yōu)化要點

1.提高鋼筋強(qiáng)度的途徑。一是低合金化：加入錳、硅、釩、鈦、鈮，金相組織均勻，鐵素體-珠光體；二是細(xì)晶?；嚎剀?、控冷使晶粒度不粗于9級提高強(qiáng)度，基本鐵素體-珠光體，表層不連續(xù)局部回火馬氏體；三是淬水-余熱處理：鋼筋表層硬脆為高強(qiáng)回火馬氏體，延性損失影響施工適應(yīng)性；四是冷加工：冷拉、冷拔、冷軋、冷扭、冷鐓提高強(qiáng)度，但延性變差；五是控溫?zé)崽幚恚簩Π危ㄜ垼┲其摻z進(jìn)行熱處理，獲得高強(qiáng)且保留一定延性，制作預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線。不同類型鋼筋的金相組織見圖4，從左至右依次為普通熱軋鋼筋HRB、細(xì)晶粒熱軋鋼筋HRBF、余熱處理鋼筋RRB[33]。

2.鋼筋外形優(yōu)化。鋼筋外形參數(shù)包含：基園面積率、相對肋高、相對肋間距、肋面積比、齒肋比、橫肋的圓周角和橫肋的對稱性。圖5 為不同鋼筋外形表現(xiàn)，從第一排至第二排，從左至右依次為：光圓、等高肋、月牙肋、冷軋帶肋-兩面、冷軋帶肋-三面、刻痕-兩面、刻痕-三面、螺旋肋、螺旋槽、冷軋扭、三股鋼絞線、七股鋼絞線。

圖5不同鋼筋外形表現(xiàn)光圓鋼筋：基園面積大，錨固差須彎鉤，將淘汰；等高肋鋼筋：基園面積小，外形不合理，己淘汰；月牙肋鋼筋：基園面積較大，錨固良好有方向性；預(yù)應(yīng)力鋼絞線螺旋肋鋼絲：基園面積大，錨固好；預(yù)應(yīng)力螺旋槽鋼棒：咬合齒薄弱，錨固差；冷軋帶肋鋼筋：基園面積不大，應(yīng)向螺旋肋靠攏；冷軋扭鋼筋：外形待改進(jìn)，應(yīng)向螺旋肋外形靠攏；刻痕鋼絲：削弱截面，咬合齒淺錨固差，將淘汰；外形優(yōu)化方向：螺旋肋基園面積大、錨固優(yōu)良，最具優(yōu)勢。

3.提高強(qiáng)度、延性、加工適應(yīng)性，根據(jù)特點選擇應(yīng)用。主力鋼筋選用HRB400、500普通熱軋帶肋鋼筋，以及HRBF細(xì)粒鋼筋；抗震鋼筋選用帶后綴“E”高延性鋼筋，均勻伸長率9%；強(qiáng)屈比1.25；次要鋼筋選用RRB400余熱處理鋼筋對延性要求不高的基礎(chǔ)或大體積結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力筋選用高強(qiáng)螺旋肋鋼絲及鋼絞線，均勻伸長率3.5%；改進(jìn)鋼筋選用HRB335改HRB300，預(yù)應(yīng)力鋼棒提高延性，改進(jìn)外形；淘汰鋼筋選用刻痕鋼絲、HPB235光面鋼筋以HRB300取代；中強(qiáng)鋼絲作中小預(yù)應(yīng)力配筋及約束配箍；冷加工鋼筋細(xì)直徑輔助配筋，優(yōu)化穩(wěn)定質(zhì)量。減小面縮率并熱處理恢復(fù)延性，螺旋肋外形，不宜預(yù)應(yīng)力及塑性設(shè)計。

（三）案例分析。有兩幢不同類型住宅建筑，A住宅建筑為框剪結(jié)構(gòu)，主體部分11層；B住宅建筑為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，主體部分21層。設(shè)計院提供了三種配筋方案：第一種采用HPB235級鋼筋和HRB335級鋼筋，第二種方案采用HRB400級鋼筋，第三種方案采用冷軋帶肋鋼筋，分布筋均采用HPB235級鋼筋。各類型鋼筋單價分別為HPB235、HRB335 （3200元/t）、HRB40（3400元/t）、冷軋帶肋鋼筋（3650元/t）。則板筋的使用量及費用見表2。

從上表3中不難發(fā)現(xiàn)，不同結(jié)構(gòu)體系中，梁鋼筋采用三級鋼所帶來的經(jīng)濟(jì)性有所差異。異形柱框架中，僅考慮梁的造價，每平方米可節(jié)省成本3元左右；而在框架一剪力墻結(jié)構(gòu)和短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中的經(jīng)濟(jì)性并不明顯，有時甚至?xí)黾庸こ淘靸r。

三、結(jié)語

鋼筋用量優(yōu)化方案中要選取正確的設(shè)計參數(shù)，結(jié)合規(guī)范和實際工程進(jìn)行選擇，在設(shè)計過程中不隨意增加建筑物的安全系數(shù)，在滿足必要功能前提下盡量的對設(shè)計方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)優(yōu)化；建筑物構(gòu)件的尺寸和鋼筋選用的合理搭配，既要保證建筑物結(jié)構(gòu)的安全，還要盡量的降低建筑物的工程造價。

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