基于工程造價的鋼筋混凝土建筑結構優化設計研究

王思棋

（安徽省招標集團股份有限公司，安徽 合肥 230000）

1 工程造價與鋼筋砼建筑結構設計之間的關系

與工程造價相關的建筑結構設計參數主要有尺寸、比例、形狀等。不同設計參數的選擇與建筑結構性能是否達標直接相關，進而影響相應材料的選取及成本。1） 尺寸參數。對于長度尺寸較大的建筑結構，若未設計永久性施工縫，則稱其為超長建筑。在建設過程中，需要考慮的混凝土材料應力更加復雜，即對結構提出更高的荷載性能要求。因此一般尺寸較長的建筑結構，其鋼材的用量更大。在柱結構中，影響造價高低的主要是柱網的尺寸。柱網尺寸大，用鋼量上升。同時，柱網數量的增加也會帶來更大的材料成本。2）比例參數。在平面結構中，若長寬比較大，其軸向上不同位置的剛度存在明顯變化，為了充分適應水平荷載的要求，通常會涉及到更高的配筋[1]。在縱向結構中，若高寬比較大，相同條件下建筑整體穩定性降低。為使其滿足建筑要求，需要設置更多的抗側向荷載構件，帶來更多的材料需求。3）形狀參數。通常情況下，平面形狀越規整的結構其單位造價越低。當層面積相同但外墻尺寸更高時，鋼材料的消耗量也越大。除影響工程造價之外，平面結構的形狀還與建筑的抗震性有關，即不規則程度越高，其抗震性能越差。

2 基于工程造價控制的鋼筋砼建筑結構優化設計

2.1 基于工程造價控制的柱結構優化設計

綜合考慮建筑結構性能及工程造價控制的要求，柱結構的優化設計核心對象為軸壓比。柱結構設計要求達到最佳的延展性，但柱的延展性與軸壓比之間存在反比例關系。要求在優化設計中適當選取軸壓比，確保柱結構荷載性能及合理的柱截面，合理降低鋼筋用量。實際工作當中，可依照如下規律進行柱結構的設計：首先，優先選取正方形作為柱結構的截面。其次，盡量采用大偏心破壞的破壞形式。再次，防止建筑工程當中出現短柱。最后，確保水平及垂直方向上柱結構復合箍筋相等。通過大量實踐經驗總結，若能在設計過程中滿足以上四項條件，柱結構的延展性能可得到明顯的優化，且降低對鋼筋及混凝土原材料的需求，達到控制成本的目的。

2.2 基于工程造價控制的梁結構優化設計

鋼筋砼建筑中的梁結構，其縱向荷載的主要承擔者為下部鋼筋及支座負筋，以上結構也是基于工程造價控制的結構優化設計對象。梁結構的優化同樣存在一定規律：第一，合理控制梁結構混凝土材料的強度。第二，優選矩形的梁結構截面，適當降低截面的長寬比。第三，優選高強度螺紋鋼作為梁的縱向受力結構。第四，對于上部受力鋼筋來說，若無法滿足單排配置的要求，可調整支座負筋的設計方法，依照“第一排凈跨1/3 截面、第二排凈跨1/3 截面”進行設計，以減少鋼筋材料的用量[2]。另外，選用架立鋼筋的方式進行梁結構上部鋼筋設計，并選用直徑在12 或14 的高強度螺紋鋼，可在提升梁結構荷載能力的同時，節約建筑用材，控制工程造價。

2.3 基于工程造價控制的原材料優化選型

1） 鋼筋材料優化選型，受到成本控制、建筑節能等觀念的影響，鋼筋砼建筑結構設計中HRB500/400 型號的鋼材料逐漸普及，可提供更高的鋼筋、混凝土粘合性能，提高鋼筋的抗拉強度，并起到節約建筑成本的作用。以型號為HRB500 和HRB400 的鋼筋材料為例，在強度方面，前者要優于后者15%左右，但其配筋率有所降低，成本相對提高近10%。而對比型號HRB335 的鋼筋材料，其強度提升了45%，配筋率降低0.1%，工程造價提升8%左右。總結來說，更優質的鋼筋材料具備更低的配筋率，雖然帶來的成本更高，但其強度及性能提升顯著。因此有以下結論：若建筑結構要求鋼筋截面在8～18mm，優選HRB400 鋼筋；若鋼筋截面在20mm 以上，優選HRB500 鋼筋。

2） 混凝土材料優化選型，混凝土材料的選擇需要綜合考慮建筑結構、抗震性能、工程造價等多個方面的要求，對于不同強度的混凝土材料，其市場價存在明顯的差別。例如，型號為C30、C35 的混凝土強度逐漸提升，對應的單價也隨之提高，強度每上升一個等級，單位成本上升1/10 左右。在混凝土材料選型時，其強度的選擇還要結合混凝土的應用位置。例如，柱、墻等結構屬于建筑結構的主要承載構件，可通過提高混凝土強度的方式來降低柱截面的大小，保證其能夠充分滿足結構強度及抗剪需求，減少材料投入。而對于梁結構來說，混凝土的強度對其荷載能力及配筋并不存在明顯的影響，反而選用高強度的混凝土會提高梁結構開裂的概率，因此在設計梁結構時可適當降低混凝土的強度。一般要求梁結構的混凝土強度控制在C30～C35。混凝土強度對于板結構來說同樣不產生較大的荷載能力影響，若選用強度過高的混凝土材料，板結構的配筋率及開裂概率均會提升，因此一般選用型號為C30 和C35 的混凝土進行板的澆筑。

3 結語

隨著建筑市場競爭壓力的不斷提升以及行業可持續發展要求的提高，鋼筋砼建筑結構優化設計有必要融入工程造價控制的理念。綜合考量結構性能及成本之間的關系，確保各項建筑資源得到最合理、充分的利用。控制建筑成本，為企業帶來更高的建設收益。