摘要 摘要：以建筑结构中的受弯构件(梁、板)为研究对象，在构件满足相应设计规范的约束条件的前提下，为进一步降低构件造价进行优化分析。文章采用一系列的算例验证及价值工程的分
摘要：以建筑结构中的受弯构件(梁、板)为研究对象，在构件满足相应设计规范的约束条件的前提下，为进一步降低构件造价进行优化分析。文章采用一系列的算例验证及价值工程的分析方法，充分考虑了材料的价格、材料的用量和构件的形状尺寸等因素对构件造价的影响，提出了有效控制构件造价的思路和措施，进而达到控制整个建筑工程造价的目的，提高工程建设的经济效益。
关键词：工程造价控制,受弯构件,优化
在工程建设中，工程造价的控制始终是建筑业各利益方非常关心的内容。在工程的实际建造过程中，影响工程造价的因素是比较复杂的[1]，有国内外学者对此进行了充分的研究，包括工程造价与建筑结构优化设计方面[2-3]、混凝土受弯构件受拉钢筋最小配筋率[4]方面等，但主要是从混凝土设计规范角度进行研究的。
而笔者的视角是在充分考虑混凝土设计规范的前提下，从施工角度(钢筋替换、钢筋连接)及结合价值工程理论(尺寸形状)的角度，对工程造价进行的进一步优化分析。建筑结构中的受弯构件主要是指内力以弯矩M和剪力V为主而轴力N忽略不计的构件，本文仅针对典型的受弯构件梁、板进行优化分析。
在建筑结构设计中，需计算构件的正面承载力(抗弯)、斜面承载力(抗剪)以及验算构件的刚度、挠度等，从而使构件的各方面指标符合《钢筋混凝土结构设计规范》(简称《规范》)的约束条件，进而保障建筑物的安全和性能要求。
1建筑结构中受弯构件的约束条件
1.1钢筋布置方面
在建筑受弯构件的钢筋配置设计中满足设计规范要求，反映在构件实体上就表现为配筋率ρ、钢种型号及钢筋连接方式。其中，配筋率ρ对钢筋混凝土构件的破坏特征的影响最为明显，控制配筋率可以控制结构构件的破坏形态，使其不发生少筋破坏和超筋破坏。配筋率：ρmin≥0.15%[5]。
1.2截面形状尺寸方面梁、板同为建筑结构中的受弯构件，其主要差别在于其高、宽比不同。梁或板的截面尺寸的确定，既要满足承载力的要求，也要满足空间及施工工艺及技术的要求。如果梁截面尺寸太小，那么截面的剪应力将很高，此时容易出现不良的剪切破坏形式。
因此，梁最小截面应满足下列要求[6]：矩形、T形和I形截面受弯构件的受剪截面应当hw/b≤4时，V≤0.25βcfcbh0，当hw/b≥6时，V≤0.2βcfcbh0，对于地震作用效应组合的梁端剪力设计值(并且经过强剪弱弯调整)VE，跨高比大于2.5的梁VE≤1/γRE(0.20βcfcbh0)跨高比不大于2.5的梁VE≤1/γRE(0.15βcfcbh0)式中：fc为混凝土轴心抗压强度设计值;βc为混凝土强度影响系数;b为梁截面宽度或梁截面腹板宽度;hw截面的腹板高度：矩形截面，取有效高度;T形截面，取有效高度减去翼缘高度;I形截面，取腹板净高。h0为梁截面有效高度。现浇混凝土板的类别分为单向板和双向板，单向板最小厚度从(60~80mm);双向板最小厚度从(80~200mm)，具体尺寸要求见《现浇钢筋混凝土板的最小厚度》(《规范》表9.1.2)。
2受弯构件钢筋配置优化分析
2.1从配筋率角度的分析
如前所述，在《规范》中，板的配筋率为≥0.15%(ρmin)，框架梁配筋率为0.2%(ρmin)～2.5%(ρmax)。然而在工程实践当中，如果考虑了钢筋材料的用量及价格等造价因素，从经济最佳的角度上述的配筋率满足区间就显得过于宽泛，造价的幅度空间也凸显出了不可控。换句话说，在构件满足载荷和使用等条件外，应将影响工程的费用因素考虑到设计的范畴里，对构件的最小配筋率ρmin和最大配筋率ρmax中确定一个更小的区间来明确配筋率，即经济配筋率，进而实现对工程造价的有效控制。
根据中国的设计经验，受弯构件板的经济配筋率约为0.3%～0.8%;单筋矩形梁的经济配筋率为0.3%～0.8%。笔者提出修正配筋率的计算公式为：ρPG=AS/bh0·(PG)PG为钢筋的价格因素，也为ρPG目标函数的影响因子。可以在以往经验数据的基础上采用插值法进行计算，确定经济配筋率数值或较小浮动空间，进而确定可控的造价费用。
2.2从钢筋排布角度分析
对于矩形截面梁而言，钢筋的排布状况可分为单筋矩形梁和双筋矩形梁。当受弯构件梁所受的弯矩较大，若钢筋的排布仍采用单筋的方式，势必引起混凝土强度等级提高，梁的截面尺寸增大，尽管可以满足《规范》中配筋率的要求，却因为混凝土强度的提高和构件尺寸增大而引起工程造价的提高。如下列算例的验证：设定某建筑工程其环境类别为一类，其某处矩形截面梁宽为200mm，高为500mm，混凝土强度等级为C40，截面弯矩设计值M=330kN·m。
钢筋为HRB335，Ⅱ级钢筋，屈服强度fy=300N/mm2，ft=1.71N/mm2，fc=19.1N/mm2，修正保护层厚度为aS=60mm(双排筋)，则h0为440mm，受压混凝土的应力图形系数α1=1.0，β1=0.8，通过《钢筋混凝土构件配有屈服点钢筋的ξb值》获得，ξb=0.55。根据aS=Ma1fcbh02计算得，aS=0.446ξ=1-1−2as=0.671>ξb=0.55这就说明，如果此梁为单筋矩形截面梁，就会出现超筋的情况，必然需要加大梁截面尺寸及提高混凝土等级，只有将钢筋的排布状况由单筋改为双筋，才能避免超筋破坏及控制构件尺寸和工程造价。所以，受弯构件中钢筋的排布状况也是建筑构件设计中应考虑的一个优化因素。
2.3从钢筋代换的角度分析
“钢筋代换”原为设计变更范畴，通常是施工方在施工中因某钢筋品种或规格短缺与设计要求不符时提出的变更申请。代换原则包括等面积代换和等强度代换。那么可以转换思维，设计方变“被动”为“主动”，从控制造价的角度，对设计的构件钢筋可利用现下流行的钢筋代换软件进行代换普查，对既满足《规范》要求，又能节约成本的钢筋进行钢筋代换，进而达到降低工程造价的目的。
2.3.1等截面代换
假定该研究构件为一矩形截面梁，双肢箍，保护层厚度25mm，长度4m，宽350mm，高600mm。根据双肢箍长度计算公式：箍筋长度=n·(b2c+d)x2+(h-2c+d)x2+(1.9d+10d)x2h为梁的高度;b为梁的宽度;c为保护层厚度;d为钢筋直径;n为箍筋的根数。则ф10圆钢箍筋钢筋用量为47.47m，ф8圆钢箍筋钢筋用量为68.05m。代换钢筋间距=(代换钢筋理论重量kg/原设计钢筋理论重量kg)×原设计间距该算例以单位长度梁的通长筋为研究对象，C20混凝土，保护层厚度为25mm。由原来的双排排布4根HRB335ф22+2根HRB335ф25螺纹钢，等强度替换为单排布置的6根ф20HRB400螺纹钢。由计算分析可见，代换后造价的优化比率提高24.43%。
2.4从钢筋连接的角度分析
钢筋的连接方式包括绑扎搭接、机械连接和焊接连接。绑扎连接是水平钢筋连接的主要形式，施工简便，质量可靠，但对于钢筋直径≥25mm的钢筋就不适和，且有搭接长度造成钢筋的浪费;焊接连接施工质量较好，但受制于手工操作的不稳定;机械连接接头强度高，操作简单，是近年来发展起来的钢筋连接方式。该算例为工程三级抗震，C30混凝土，HRB335，螺纹钢筋ф22，4根通长筋的钢筋混凝土梁。设定在一个连接区段内搭接钢筋面积百分率为50%，研究范围为绑扎搭接框定的一个连接区段长度。
同时设定该环境及钢筋规格均适用于各种连接方式，则产生的费用如表4所示：通过比对可知，尽管绑扎搭接存在很多优点并广泛应用，但从造价的角度分析，对比机械连接和焊接连接其工程造价高出73.61%。所以应不断提高焊接连接技术，用机械操作代替手工操作，提高连接质量，同时发展机械连接方式，提高施工效率，进而规避绑扎搭接所引起的工程费用过高的弊端。
3受弯构件尺寸形状优化分析
受弯构件的尺寸形状对工程造价的影响是非常直接的。例如对于受弯构件现浇混凝土板，工程实际经验表明[1]，其板厚在90~110mm之间，板跨在3~4m之间有最低的工程造价。如果板跨增加1m，就会使得构件费用提高25%。对于梁的截面尺寸形状，之前有学者针对固定尺寸截面比例下不同截面梁的受力情况进行分析，得出了截面承载性能随截面尺寸比例的变化规律，从而可以对截面的造价做进一步的优化。
这里提出借助大量的工程实际经验和文献资料后，运用价值工程理论，注重成本对构件设计的影响，对构件的截面方案进行选择。首先对受弯构件梁应满足的性能要求进行分析，评价因素为梁的①抗剪承载力、②抗弯承载力、③材料用量、④施工工艺，对梁的功能进行定义和整理，各评价因素的总分为100分。各评价主体依据评价因素的重要程度进行打分，最后得出功能重要性系数(见表5)。
4结语
通过以上论述，可知建筑构件在满足设计要求的前提下依然会有一定的空间对其造价进行优化。着眼于构件的细部，包括钢筋配置的经济配筋率、钢筋的排布、钢筋代换思维、钢筋的连接方式及构件形状差别等进行细致系统的分析，来降低工程造价。即使浪费很小，但积少成多也会对整个工程造成一定的经济损失。所以分析和明确影响工程造价的相关因素，优化构件配置，有效控制构件产生的工程造价，进而达到对整个建筑工程经济控制的目的。
参考文献：
[1]胡红琴.建筑工程结构设计对工程造价的影响分析[J].住宅与房地产，2017(23)：41.
[2]寒军，黄宇.工程造价与建筑结构优化设计的关系[J].低温建筑技术，2010(6)：44-45.
[3]钟锋.基于工程造价控制的钢筋混凝土结构设计优化[J].江西建材，2014(17)：238-239.
[4]屈文俊.混凝土受弯构件受拉钢筋最小配筋率[J].建筑科学与工程学报，2011(1)：6-10.
[5]中国工程建设标准化协会.GB50010—2015混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.
[6]邹迎辉.建筑结构与工程造价[M].长春：吉林大学出版社，2017.
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