钢混组合梁设计方案比选研究——基于价值工程以某EPC项目为例

钢混组合梁设计方案比选研究——基于价值工程以某EPC项目为例

石伟2, 赵士笑1,金晓飞1, 张焱1 ,夏小威1

1. 中国建筑一局（集团）有限公司
2. 2.中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司 昆明 650001

摘要：EPC项目价值分析工程是在满足使用方基本功能需求的前提下，总承包方提前介入前期工作，将分析优化功能、合理降低成本、提高施工管理效率、控制施工质量等要求都尽量在前期设计工作中考虑，使总包服务既考虑了参建各方的需求又达到项目综合价值的最高。本项目通过某EPC项目，采用价值工程理论结合钢结构实际工程的案例分析，分析在不同的次梁布置方案，对钢结构建筑的成本控制进行分析，从中找出最优的设计方案。

关键词：钢混组合梁；大跨度；价值工程

2 价值工程基本原理

2.1 价值工程概述

价值工程，是以最低的寿命周期成本，可靠地实现产品或作业的必要功能，着重于功能分析的有组织的创造性活动。价值的大小取决于功能和成本，价值工程的核心内容是功能分析，价值工程的目标是产品或者方案的价值提高。[5]当产品或者方案的价值越高，表明产品或者方案即为产品或者方案越优。价值、功能与费用的关系如公式（1）所示。
V=F／C （1）

式中：V 为产品或方案的价值；F 为产品或方案的功能；
C 为产品或方案的费用。从公式 1 可以看出，要提高产品或者方案的价值，在满足实现同样的功能或者类似效果的前提条件下，要么提高产品或者方案的功能，要么减少产品或者方案的费用。价值系数越高意味着产品合理有效利用资源和物美价廉的程度越好。

3.1案例分析

3.1.1 工程概况

某工程位于云南省昆明市，总占地面积1.9万平，包括3栋办公建筑，建筑面积7.8万平米。整个项目由中国建筑一局（集团）有限公司总承包公司承建，为EPC总承包项目。项目中的产业活动中心采用钢结构，高度为25.2m，单体面积约为14438.4 m2。地下2层地上5层，标准层主梁跨度约为16m。

图 钢结构标准层平面布置图

3.2.1 方案分析条件

根据《建筑荷载规范》选去计算的活荷载，通过建筑面层做法计算得出恒载为。当隔墙位置可灵活自由布置时，非固定隔墙的自重应取不小于1／3的每延米长墙重(kN／m)作为楼面活荷载的附加值(kN／m2)计入，且附加值不应小于1．0kN／m2。由于仅对次梁的布置分析故不考虑地震作用对其的影响。

3.2方案对比分析

方案A的工字钢截面为；方案B的工字钢截面为；方案C的型钢截面为；方案D的工字钢截面为；方案E的工字钢截面为；方案F的型钢截面为；方案G的工字钢截面为；方案H的工字钢截面为；方案I的型钢截面为。

分别对上述九个方案进行规范应力分析以及经济性分析。为使统计数据具有充分的可比性 ，将钢结构次梁的不同道数布置情况做为假设不考虑其因素影响，只统计钢结构次梁的不同道数布置情况对经济性的影响，以获得具有可比性的结果。

3.2.2 方案计算结果

3.3 功能分析

钢结构设计考虑功能包括适用、安全、施工方便和其他功能。使用功能、安全功能、施工可行性对项目各项功能进行定义、整理和分析。

使用功能具体分为平面布局（房间不设次梁）、建筑净空功能；

安全功能分为使用期间承载力满足验算要求（组合梁承载力：钢混一起协调受力）、正常使用极限验算满足要求（裂缝、挠度）、组合梁稳定性验算满足（整体稳定、局部稳定）、防火要求；

施工期间可行性分为工期、施工安全、施工空间。

最终，在功能分析中，安全功能占有权重最高，通过综合评分，使用功能、安全功能、施工可行性的重要性权属分别为30%、40%、30%。通过综合计算及邀请来自使用方（业主）、安全设计方、施工三方各 10 个评价人员对各项功能打分的平均得分值，施工功能重要性系数，如表所示；

表1 功能重要性系数

表2 功能评价系数表

3.4 成本分析

该项目工程结构方面造价，通过九个方案对同一工程造价进行经济活动分析，对文中的方案进行价值工程对象研究。分别对次梁变化影响大的几个方面进行成本计算，主要考虑钢量、混凝土用量、涂料、措施费。通过公式

Cn=∑Wi*Ni+∑Ti*Ai+∑Mi

Cn——不含税造价（元）

Wi——主材材料量（t）

Ni——主材单价（元/t）

Ti——辅材材料量（kg）

Ai——辅材材单价（元/kg）

Mi——措施费（元）

方案A整栋楼钢材用量1203.35t,混凝土用量2021.38m3，涂料用量钢材需要涂的表面积为15759.29m2，,根据上述公式计算得出造价为11240215.44元。

方案B钢材用量1334.88t,混凝土用量2021.38m3，涂料用量钢材需要涂的表面积为16831.45m2，,根据上述公式计算得出造价为12324578.76元。

方案C型钢钢材用量1452.64t,混凝土用量2021.38m3，涂料用量钢材需要涂的表面积为16711.88m2，根据上述公式计算得出造价为13283965.32元。

方案D钢材用量1273.74 t,混凝土用量1732.61m3，涂料用量钢材需要涂的表面积为16719.78m2,根据上述公式计算得出造价为11687743.80元。

方案E钢材用量1403.63 t,混凝土用量1732.61m3，涂料用量钢材需要涂的表面积为17983.14m2，根据上述公式计算得出造价为12764758.20元。

方案F型钢钢材用量1441.98 t,混凝土用量1876.99 m3，涂料用量钢材需要涂的表面积为17798.71 m2，根据上述公式计算得出造价为11952930.96元。

方案G钢材用量1311.8 t,混凝土用量1588.22 m3，涂料用量钢材需要涂的表面积为17165.34 m2，根据上述公式计算得出造价为11952930.96元。

方案H钢材用量1442.88 t,混凝土用量1588.22 m3，涂料用量钢材需要涂的表面积为18457.46 m2，根据上述公式计算得出造价为13020831.12元。

方案I型钢钢材用量1491.16 t,混凝土用量1732.61 m3，涂料用量为每个施工平方内钢材需要涂的表面积为18613.69 m2，项目施工面积为14438.40 m2,根据上述公式计算得出造价为12738357.36元。

上述方案中涉及的数据来源市场考察结果，型钢为8000元/t(包含钢材材料、钢材制作、钢材安装、运输、除锈),工字钢为7500元/t(包含钢材材料、钢材制作、钢材安装、运输、除锈),混凝土单价为500元/m3(包含混凝土材料、混凝土浇筑、混凝土泵送)。

图2 工程造价变动图

3.5价值分析

根据上述的成本结果计算出不同方案成本指数，成本指数是指评价对象的现实成本在全部成本中所占的百分比

Ci=备选方案÷备选方案之和

计算各方案的成本指数如下:

方案A的成本指数为C1=11240215.44÷110664436.60=0.1016

方案B的成本指数为C1=12324578.7÷ 110664436.60=0.1114

方案C的成本指数为C1=12536778.12÷110664436.60=0.1133

方案D的成本指数为C1=11687743.80

÷110664436.60=0.1056

方案E的成本指数为C1=12764758.20÷110664436.60=0.1153

方案F的成本指数为C1=12398242.80÷110664436.60=0.1120

方案G的成本指数为C1=11952930.96÷110664436.60=0.1080

方案H的成本指数为C1=13020831.12÷110664436.60=0.1177

方案I的成本指数为C1=12738357.36÷110664436.60=0.1151

3.6价值指数计算

方案A价值指数为:V1 = 0.1002÷0.1016=0.9865

方案B价值指数为:V2= 0.1156÷0.1114=1.0380

方案C价值指数为: V3= 0.1176÷0.1133=1.0381

方案D价值指数为: V4= 0.1018÷0.1056=0.9639

方案E价值指数为: V5= 0.1150÷0.1153 =0.9970

方案F价值指数为: V6= 0.1152÷0.1120=1.0283

方案G价值指数为: V7= 0.1028÷0.1080=0.9518

方案H价值指数为: V8=0.1126÷0.1177=0.9570

方案I价值指数为: V9= 0.1191÷0.1151=1.0347

根据价值指数高低进行比较：V3> V2 >V9> V6> V5> V1> V4> V8> V7，根据价值理论的大小选择最佳方案，方案C的价值指数最高，所以C方案最优。[5]所以，在通过价值工程进行方案的最优选择，满足多方的利益，同时也满足了用户的需求，必将带来项目的盈利点更多更高。

4.结束语

通过价值工程活动，进行项目设计阶段的方案优化，为设计方案评价提供了一种新的方式和数据依据。根据市场发展的需要，企业必须注重方案设计可行性，优化设计方案，设计方案最佳选择，以达到增强符合各方利益最佳方案的目的。价值工程理论，利用工程数据建立合理化分析模型，可以为项目方案选择提供理论依据，有助于提高工程的整体效益。

参考文献

[1]中华人民共和国建设部. 钢结构设计标准(GB 50017-2017）[S].北京:中国建筑工业出版社，2017.

[2]中华人民共和国建设部. 混凝土结构设计规范(GB 50010-2010（2015年版））[S].北京:中国建筑工业出版社. 

[3]田　伟 ,常伟才  ,李东方.基于非洲非洲第一高楼 Iconic Tower 价值工程实践[J].施工技术，2019（17）, 05-09.

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