1、高层结构设计中的分段优化设计措施摘要：开发商把降低含钢量看成项目成本控制的关键。因此，应根据需要采取设计优化措施，从而建造出既安全又经济的高层住宅项目。本文结合自身结构设计经验，列举、分析了高层结构设计的各阶段可以采取的优化措施。 关键词：降低含钢量 高层住宅 优化设计 措施 1.前言 近年来，房地产公司对高层建筑结构含钢量的控制日益趋于严格。一方面，我国政府 90 年代以来大力提倡节能环保，努力推动国民经济转型。另一方面，由于政府从 2005 年开始逐步采取了抑制房产过热的政策，再加上我国的人力成本不断增加，开发商的利润相对于项目投资总额的比重实际上在不断下降。 这两方面因素叠加在一起，就造
2、成了开发商对楼盘开发的成本控制有了越来越迫切的要求。土建工程造价中，约 70%以上为材料费，而在材料费中钢筋费所占的比例约为 50%80%。因此，随着地价不断飙升，众多的房地产开发商把降低含钢量看成是建筑项目降低造价的关键因素。 2.建筑物含钢量影响因素分析 建筑物中的含钢量受到多种因素的影响，如建筑结构类型、建筑高度、抗震设防烈度、场地规划等等。本文以下就高层结构设计中对建筑进行的分扩初设计、结构计算以及施工图设计等阶段分别对其结构设计进行的优化设计和降低含钢量的具体措施进行论述。 3.高层建筑分段优化设计措施 3.1 优化扩初设计 对高层建筑进行合理的结构布置是确保高层建筑造价的基础，扩初
3、阶段结构进行优化设计往往使得高层建筑造价控制得到事半功倍的效果。3.1.1 优化墙体布置 剪力墙体的用钢量占总用钢量的比重通常会在 50%左右。如果平面布置合理，墙肢长度、厚度取值合理，则剪力墙暗柱配筋和墙身分布筋多半不是内力控制配筋而是构造配筋。优化剪力墙平面布置的一般规律为“金角银边” ，对称布置。所谓“金角银边”指的是着重布置房屋四角及周边的剪力墙，这样做可以有效的控制房屋在风荷载及地震荷载作用下的扭转；对称布置的好处在于在水平荷载及偏心作用下，能够尽量避免扭转不规则带来的第一第二周期成为扭转周期。如果周期及位移控制得较好，则可以适当减少房屋内部剪力墙的布置。这样既有效的控制了房屋的位移
4、及周期，又达到了减少混凝土及钢筋用量的目的，可谓一举两得。 3.1.2 控制平面规则程度 结构平面不规则主要体现在平面凹凸不规则及平面楼板开大洞。 平面凹凸不规则容易导致在凹角处或突出处出现应力集中。这些应力集中部位的墙体及构件则需要加强，导致这些部位的混凝土及用钢量上升； 平面楼板如设置大于该处有效楼板宽度 50%的洞口时，会导致此处水平荷载传导不连续，对控制房屋水平位移及位移比带来不利影响，并且洞口四周需采取必要的加强措施。加强措施主要为在洞口四周设置边梁或暗梁；加厚洞口四周相邻楼板的厚度，提高楼板的配筋率，采用双层双向配筋；在楼板洞口角部集中配置斜向钢筋等。这些加强措施势必会带来混凝土及
5、用钢量的上升。所以有效的控制平面的规则程度可以有效的降低混凝土及钢材的用量，有效的控制建造的成本。 3.1.3 控制竖向规则程度 与控制平面规则程度的原因类似，结构竖向布置较规则，则在侧向及竖向荷载作用下构件内力比较小，同样竖向规则性较差的建筑物，在突出或收进的地方应力集中，则带来混凝土及钢筋用量的提升。控制竖向规则程度的措施主要包括减小建筑物的高宽比、尽量避免突出和收进所形成的薄弱层。 3.1.4 不可忽略的“非主要”因素 高层住宅的填充墙墙体材料等“非主要”因素对含钢量也有不可忽视的影响。 常用的填充墙材料有：混凝土小型砌块、粉煤灰加气砌块、陶粒混凝土砌块、蒸压加气混凝土砌块、轻集料混凝土
6、小型空心砌块等。前三种砌体材料容重较大，会导致墙下梁的配筋有所增加，但其本身价格相对较低；后两种砌体材料相对来说容重较小，对墙下梁的负担较小，梁配筋相对会较少，但其本身的价格相对较高。这就要求开发商仔细对比，详细比较，选择容重相对较小又经济合理的填充墙材料。 3.2 合理的计算模型及合理的荷载取值 模型的合理性及荷载取值的合理性直接导致后期施工图配筋的多少。一个好的模型既能够正确反映建筑物各部位间的受力关系，又能很好的传导力，使得每一段墙、每一根梁、每一块板的受力合理，配筋适当。而不合理的模型（主次梁搭接错乱、墙段过短、洞口开设不当等）会导致梁计算错误、受力集中，结果是梁墙板配筋过大、墙柱轴压
7、比超限、梁板挠度超限等。 判断一个模型是否合理可以从结果文件中看出： （1）轴压比主要为控制结构的延性； （2）周期比主要为控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响； （3）剪重比主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性；（4）刚度比主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层； （5）刚重比主要为控制结构的稳定性，避免结构在风载或地震力的作用下整体失稳； （6）层间受剪承载力比主要为控制竖向不规则性，以免竖向楼层受剪承载力突变，形成薄弱层； （7）位移比主要为控制结构平面规则性，以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。 荷载取值主要包括墙柱梁板的恒载、活载的取值
8、。比如梁上填充墙的线荷载、板上的均布荷载等。拿梁上的线荷载为例，梁上砌筑 200mm厚，2.4m 高，容重 11KN/m3 砌块，墙体每侧抹 20mm 厚砂浆，则梁上线荷载为 110.22.4+0.02202.4=6.24KN/m。这时梁上线荷载可取为6.3KN/m，但不要随意就将荷载取为 6.5KN/m。虽然看似增加的不多，但是从整体上来看，一栋高层中的梁有很多，每根梁上的荷载增加一点，从下至上累积起来会增加相当可观的荷载量。这部分荷载量势必会带来配筋上的增加。除了梁上线荷以外，墙柱和板上的荷载取值也是一个道理。所以荷载的合理取值对于整个建筑的经济性也有不容忽视的作用。 3.3 施工图阶段的
9、优化设计 3.3.1 选择合理的基础形式 在进行高层建筑基础方案选择时，应进行多种基础方案的分析比较，选择出既安全可靠又经济合理的基础形式。一般情况下，高层建筑应采用整体性好、能满足地基承载力和建筑物允许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。工程地质条件是选择基础类型的重要依据。如基础下遇到良好的土层，地基承载力较高，则可以直接利用天然地基。18 层以下的高层可以选择做梁筏式基础，这样既可以满足承载力的要求，又可以降低混凝土及钢筋的用量。18 层以上的高层可以选择筏板式基础，这样的基础整体性较好，可以很好的协调整个建筑的变形及沉降。如基础下遇到不良地质情况，可以采用地基处理或者桩筏基础，这样可
10、以有效的控制基础的沉降，使得基础的变形控制在规范允许的范围之内。 3.3.2 合适恰当的配筋 无论是基础的配筋还是墙柱梁板的配筋，都应在满足规范最小配筋率及构造要求的前提下、满足各个构件受力的前提下，尽量按照计算所得配筋数量配置。还拿梁配筋为例，计算所得梁支座负筋为 1700mm2，很多情况下配置 4 根 25 直径的钢筋，配筋面积为 1963mm2，这样就造成263 mm2 的多余量。这里建议配置 2 根 22 直径加上 2 根 25 直径的钢筋，配筋面积为 1741 mm2，而且将 2 根 22 直径的放在角部通长，将 2 根 25直径的放在中部断开，这样既满足了计算配筋，又节省了钢筋的用量。过高的配筋率只能造成毫无意义的浪费。 4.结语 安全和经济是结构设计工作的基本任务，为此在高层建筑结构设计中既要考虑高层建筑投资建设方也要对高层住宅居住者负责。结构设计师需要怀着高度的责任心，深入学习规范条文，通过平时的积累和总结寻找结构优化设计的方法，从而建造出既安全又经济的高层住宅项目。 参考文献： 1高层建筑混凝土结构技术规程.（JGJ3-2010） 2贾众.高层结构设计中的优化措施分析探讨J.城市建设，2012， （35）.
