1、1建筑结构设计中含钢量的控制措施摘要：建筑物的含钢量与建筑物的体型有着重要关联，同时直接影响工程的经济收益，本文从结构设计的角度，对含钢量的控制措施作出分析和阐述，有一定参考价值。 关键词：建筑结构设计；含钢量；控制措施 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 1 影响含钢量的因素及控制措施 影响结构含钢量的因素首先是建筑物的体型，包括建筑物的开间、进深、层高，平面形状的凹凸、竖向立面的缩进、悬挑等等。建筑布置的任何平面不规则或竖向不规则都将导致含钢量的增加。有些结构工程师往往过于迁就建筑专业，不对某些无必要的不规则情况提出意见，造成结构平面或竖向严重不规则，将一个本来可以不超限的高
2、层做成超限高层，大大增加了结构含钢量，造成了浪费。这就要求结构工程师提前介入建筑方案的讨论，使最终的建筑方案尽可能简单、规则。 在确定建筑物的体型后，就要进行结构选型和结构布置。我们主要根据建筑物的高度及建筑的空间使用功能确定结构形式。结构布置应均匀、对称，力求刚心和质心重合，尽量避免出现 GB50011-2010 建筑抗震设计规范(以下简称新抗规)第 343 条及 JGJ3-2002 高层建筑混凝土结构技术规程(以下简称高规)第 433 条等相关不规则情况。这样就给下阶段设计工作中合理控制结构含钢量打下良好的基础。 22 在结构设计阶段对含钢量进行有效控制 11 结构计算模型荷载取值 荷载取
3、值的大小直接影响结构含钢量是否合理，过小的荷载会导致结构的不安全，过大的荷载则造成浪费。设计工作中应尽量选用轻质墙体材料，根据建筑墙身做法详细计算荷载，门窗荷载应折去。活载应根据具体建筑功能严格按 GB50009-2001 建筑结构荷载规范(2006 版)(以下简称荷载规范)取值。非固定隔墙的荷载应折入楼面活载。对于荷载规范412 条可以折减的项目，应予以折减。结构工程师应该对各种结构形式的单位面积质量有一定了解。 12 结构计算参数的选择 目前结构设计计算软件有很多，每个计算软件都有大量参数需要结构工程师设置，这些参数都会影响结构含钢量，必须了解其意义及对计算结果的影响。 1)计算振型个数。
4、该值若取值太小不能正确反映模型应当考虑的振型数量，使计算结果失真;取值太大，不仅浪费时间，还能使计算结果畸变。振型个数一般取振型参与质量达到总质量的 90%所需的振型数即可。 2)结构基本周期。结构基本周期是计算风荷载的重要指标。该参数对于以风荷载起控制作用的高层建筑的含钢量有一定的影响。设计人员可以先保留软件的默认值，待计算后从周期计算结果中提取该值，填入“结构基本周期”选项中，再次计算得出各结果。 3)中梁刚度放大系数。一般结构计算中，中梁刚度放大系数取152 之间的某一数值，为的是考虑楼板对结构的刚度贡献，此时计算3出来的梁的内力和配筋都会有所提高。故该数值应该按实际情况取值，人为的增加
5、刚度而引起含钢量增加是不必要的。 13 结构计算指标的控制 1)周期比。周期比是控制结构扭转效应的重要指标。它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不致出现过大的扭转。高规第 435 条:结构扭转为主的第一自振周期 Tt 与平动为主的第一自振周期 T1 之比，A 级高度高层建筑不应大于 09，B 级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于 085。设计软件一般不直接给出结构的周期比，需要结构工程师根据计算书中的周期值自行判定第一扭转和第一平动周期。当周期比不满足高规第 435 条时，需进行结构布置调整，具体可以增加周边结构构件的刚度，减小中间结构构件的刚度，以增加结构
6、的整体抗扭刚度。 2)位移比。位移比是控制结构平面不规则性的重要指标。 高规第435 条给出了相应的规定。该值如果超过了 12，说明结构竖向构件布置的不均匀，刚心和质心不重合，结构扭转产生内力，导致竖向构件和框架梁的配筋都增大。此时，需调整竖向构件布置使其刚心和质心相重合，以减小结构平面的扭转。此外，根据新抗规第341343 条及其条文说明的内容，位移比 1214 时，为一般不规则情况;位移比大于 14 时，为特别不规则情况。位移比是判别该建筑是否为超限高层的重要指标，对含钢量影响很大。 3)刚度比。刚度比是控制竖向不规则的重要指标，同时也是判别该建筑是否为超限高层的重要指标。结构工程师应根据
7、实际情况，对上下4层结构构件的刚度进行调整，以达到减少内力、控制含钢量的目的。 4)层间受剪承载力之比。层间受剪承载力之比也是控制结构竖向不规则的重要指标。 5)配筋率。配筋率影响结构含钢量的大小。结构计算结果不超筋，并不表示结构构件现的截面合理，结构工程师应根据配筋率进行构件优化设计。梁纵向受拉钢筋的经济、合理的配筋率宜在 06%15%范围内，若超过这一范围，宜加大或减小梁截面。 14 施工图绘制 因为不同结构工程师的经验、习惯、对规范的理解和计算程序结果的理解程度不同，导致同样的计算结果，最后绘制出来的施工图的钢筋含量差异很大。比如，每个设计人员在绘制梁图中都会采取同类归并，用较大的配筋构
8、件去包络较小的配筋同截面构件，但有时候因为受力不同，两根跨度、截面相同的梁，配筋差异会很大，这时候归并为同一种配筋就显得很不经济了。再如，部分设计人员习惯将非框架梁的上部钢筋设置为 22 或 25 的通长筋，这种做法对非框架梁和三级或四级框架梁来说没有必要。按新抗规第 634 条，可以将梁的上部钢筋在跨度中间 1/3 区段采用较小直径钢筋搭接，这种方法也可降低含钢量。又如，设计人员在绘制施工图中或多或少都会增大结构计算配筋的结果。有的设计人员加大梁上部支座钢筋，认为钢筋加大，结构就更安全。其实这样增加钢筋，反而起到了相反的作用，增加了梁端的刚度，而没有增加柱端刚度，是结构在遭遇地震作用时，柱端
9、先于梁端出现破坏，违背了“强柱弱梁”的设计原则。又如，关于框架柱、剪力墙边缘构件的5最小配箍率计算，规范没有明确对于复合箍是否要扣除重叠部分的箍筋。一般设计人员就按最保守的考虑，即按扣除重叠部分箍筋计算配箍率，这样箍筋用量就会增加，还会造成因箍筋太密而影响混凝土的施工质量。有经验的设计人员会适当考虑一些重叠部分的箍筋，这样既节省了工程造价，又方便了施工。 现在市场上钢筋种类很多，选择不同的钢筋对含钢量影响很大。新版 GB50010-2010 混凝土结构设计规范对钢筋种类做出了较大调整，增加了 HRB335，HRB500 等高强度钢筋，剔除了原 HPB235 钢筋。总的来说是提高了钢筋的强度等级
10、，并提倡采用高强度钢筋，以达到增加结构构件的安全储备和节省资源的目的。比如 HRB400 级钢筋强度设计值为 HRB335级钢筋的 12 倍，而市场价格 HRB400 级钢筋是 HRB335 级钢筋的 105倍，采用 HRB400 级钢筋比采用 HRB335 级钢筋理论上可以节约造价的 10%左右。采用高强度钢筋，可以充分利用钢筋的高强度，大大降低用钢量，对钢筋加工、绑扎、施工周期都有很大的益处。 2 结语 在国家大力提倡建设节约型社会的今天，含钢量已经成为房地产商衡量一个设计院设计质量的重要指标之一，不少结构工程师也越来越重视含钢量的控制。但含钢量并不是越小越好，节省含钢量也绝不能以牺牲工程质量为代价。结构工程师应在理解规范及条文的基础上对设计工作不断优化，力争作出安全、适用、经济的结构。 参考文献: 1GB50011-2010，建筑抗震设计规范S 62JGJ3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程S 3GB50010-2002，混凝土结构设计规范(已废止规范，参考)S 4GB50010-2010，混凝土结构设计规范S
