1、1建筑物结构含钢量研究初探中图分类号：F293.33 文献标识码：A 文章编号： 摘要：对影响建筑物结构含钢量的因素进行探讨，提出一些降低结构含钢量的措施，供房地产开发、设计、施工人员进行参考。 1.引言 目前，房地产市场竞争日益激烈， “有效控制开发成本、正确处理技术先进与经济合理之间的对立统一关系”是房地产开发企业追求的目标。建筑工程总造价中钢筋费用占的比例最大，因此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。本文将对影响建筑物结构含钢量的因素进行初步探讨，并提出一些降低结构含钢量的措施。 2.影响结构含钢量的因素 影响建筑物结构含钢量的因素很多，建筑方案的优劣、结构体系的选择、荷
2、载大小的取值、高强材料的应用、乃至设计人员配筋手法的不同都直接影响含钢量的多少。 建筑方案 影响建筑物结构用钢量的宏观因素，首先是建筑物的体型，包括平面长度尺寸及长宽比、竖向高宽比、立面形状、平面形状等；其次是柱网尺寸、层高等。 平面长度超过规范设置伸缩缝的要求，且考虑到永久分缝会给建筑功能及建筑围护带来不利的影响，设计时通过适宜的结构措施、建筑措2施及施工措施，可以考虑不设永久缝。但是，超长建筑由于必须考虑混凝土的收缩应力和温度应力，相对于非超长建筑主要对待的仅是荷载产生的应力，其单位面积用钢量显然要多些。 平面长宽比较大的建筑物，不论其是否超长，由于两主轴方向的动力特性相差甚远，在水平作用
3、下，建筑物扭转较为厉害，为了防止建筑产生扭转破坏，使得其单位面积用钢量相对于平面长宽比接近 1.0 的建筑物要多。 针对高层建筑而言，高宽比大的建筑其结构整体稳定性不如高宽比小的建筑，为了保证结构的整体稳定并控制结构的侧向位移，势必要设置较刚强的抗侧力构件来提高结构的侧向刚度，这类构件的增多自然使得用钢量增多。 竖向体型规则、均匀，侧向刚度从下到上逐渐均匀变化，则其用钢量就较少，否则将增多，较典型的有竖向刚度突变的设置结构转换层的高层建筑。建筑外立面宜简洁，如过多装饰线条或装饰构架，一方面增加结构的荷载，另一方面造成连接的复杂。这两者都会引起结构含钢量的增加。 若平面较规则、凹凸少则用钢量就少
4、，反之则较多，每层面积相同或相近而外墙长度越大的建筑，其用钢量也就越多，平面形状是否规则不仅决定了用钢量的多少，而且还可衡量结构抗震性能的优劣。 一般而言，柱网越大，层高越高，消耗的材料就多。尤其对于高层建筑及超高层建筑，在满足建筑功能的前提下，适当降低层高，会使工程造价降低。有资料表明，层高每下降 10 厘米，工程造价降低 1%左右，3墙体材料可节约 10%左右。 结构体系 建筑物的总体结构体系可划分为两类分体系：竖向和水平分体系。多层和高层建筑竖向抗侧力体系在不断的发展和改进，建筑高度也不断增高。根据建筑物的功能、所处的设防烈度和场地选择合理经济的结构体系至关重要。一般而言，大开间剪力墙结
5、构比小开间剪力墙结构性能和经济指标都更合理；能选择框架剪力墙结构就不选择框支剪力墙结构；能减少短肢剪力墙的使用就尽量减少。 水平体系的选择亦指楼盖体系的选择，在多层与高层建筑中，选择合理的楼盖体系不仅可改善整个结构的力学性能，还可降低造价。合理的楼盖体系可以协同竖向体系更好的抵抗水平作用效应。降低楼盖本身重量，可大幅度减轻建筑总重量，从而减轻地震作用；同时，还可降低墙、柱及基础的造价。降低楼盖体系自身高度，不仅可降低层高，节约建筑空间，还可降低围护结构、管线材料及施工机具的费用。因此，对于多层尤其是高层建筑而言，应选择整体性好、刚度大、质量轻、高度小、满足使用要求并便于施工的楼盖体系。 荷载取
6、值 结构设计人员在进行建筑结构设计时，首先应进行荷载的计算，荷载确定后才能根据其大小和作用形式计算结构的内力，然后再进行构件计算。不言而喻，荷载取值是否正确、合理，直接关系到整个工程的含钢量是否正常。 尽量采用轻质材料，减轻结构自重。研究表明，在高层住宅建筑中4采用轻质石膏板内隔墙体系，主要的土建结构造价（包括楼板、外墙、内墙、梁、基础结构体系等）比传统砖石混凝土体系的土建结构造价降低 10%，建筑工程的总造价降低 4.27%。 高强材料 随着经济的发展、建筑结构高度的增加和技术设备的改进，高强混凝土的应用越来越广泛。C60 混凝土在墙柱应用中已屡见不鲜，甚至有些结构采用更高强的 C80。高强
7、混凝土的采用可以降低墙柱的轴压比，减少柱截面，增加了房屋有效使用面积，降低结构的自重，减少基础工程造价。对于构造配筋的框架柱，其配筋量也相应降低。 一般而言，采用强度高的钢筋可以有效的节约用钢量。HRB335 与HRB400 级钢筋强度设计值 fy 分别为 300 和 360N/，HRB400 与 HRB335级钢筋强度设计值之比为 360/300=1.2，HRB400 级钢筋目前的市场价格比 HRB335 级钢筋略高，综合价格比约为 1.05。若将强度低的 HRB335 级钢筋改为强度较高的 HRB400 级钢筋用于建筑，则可节省钢材约14%(1.21.05-1=14%)，这是降低含钢量最直
8、接的措施。不管楼板是构造配筋还是计算配筋，采用 HRB400 钢筋可降低用钢量。 配筋方法 设计人员自身对配筋率的把握也是影响结构含钢量的一个因素，同一栋建筑不同的设计人员配置的钢筋有时会有比较大的出入。对于此种情况，在计算合理的情况下，采取不超配的原则，合理有效地配置钢筋是控制钢筋含量的有效途径。 3.降低含钢量的措施 5优化建筑设计方案 很多情况下在结构设计开始前，建筑物的体型（平面长度尺寸及长宽比、竖向高宽比、立面形状、平面形状） 、层高等都基本明确，甚至地下室柱网也由于车库的布置方案基本确定。这样，很多影响建筑物结构用钢量的主要宏观因素在建筑方案阶段就基本实施完毕。因此，控制建筑物结构
9、钢筋含量不仅仅是结构师的工作，建筑专业也应该积极参与，与结构专业共同完成控制建筑物结构钢筋含量的工作。这就要求一方面结构专业应该在建筑方案开始阶段就介入建筑方案的确定，更重要的是建筑专业应该建立经济意识以及一定的结构概念，尤其对于住宅等民用产品，尽量不采用或少采用会导致结构超限的建筑方案，努力实现建筑功能、效果与经济指标的有机统一。 优化结构施工图 梁 结构抗扭不利时，可以局部利用窗台高度做反梁，增加结构整体抗扭刚度。次梁布置考虑尽可能使楼板大部分为计算配筋而非构造配筋。梁底筋不一定全部伸入支座锚固或拉通，次梁的第二排底筋可不拉通。梁集中荷载处的附加横向钢筋应严格按计算设置，一般情况下，附加箍
10、筋每侧 2 个可满足绝大多数次梁的集中荷（228 ：84kN） ；主次梁等高时，可以不设附加钢筋。梁截面宽度选择时，应尽量避免四肢箍筋的梁宽（b350mm） 。在配筋相同排数和放得下的合理情况下，尽量采用较小直径的钢筋，以减少锚固长度和搭接长度的损耗。通过对三级框架梁不同跨度和不同直径的支座负筋比较，认为当梁跨度4m，且支座负筋6d20 时，梁的架立筋满足规范要求即可。反之，宜将支座负筋拉通，这样既省略了钢筋裁剪也节约了钢筋的搭接长度。 板 对于大跨度双向板，由于板底不同位置的内力存在差异，设计中不宜以最大内力处的配筋贯通整跨和整宽，为了节省钢筋，应该分板带配筋。当钢筋较密时，不需将每根钢筋都
11、伸入支座，其中约半数钢筋可在支座前切断。如果需要双层双向拉通配筋时，拉通钢筋的直径尽量小（含钢量 0.15%） ，另附加钢筋的直径尽量大（钢筋直径相差不得大于 2 级） 。对于平面凹凸较大，局部楼板平面刚度削弱严重应加厚楼板，应采用有限元程序对楼板进行应力分析，作为板配筋依据，采用双层双向配筋，并采用延性好的钢筋。 墙柱 采用高强混凝土控制柱子轴压比，从而控制柱子的截面尺寸，提高使用面积。 合理控制剪力墙折算厚度。剪力墙折算厚度即该楼层的剪力墙混凝土体积与楼层的结构面积之比值。12 层左右小高层结构的标准层剪力墙折算厚度控制在 90100mm 左右；当为 18 层左右时，控制在 120130m
12、m左右；当为 25 层左右时，控制在 140150mm 左右。剪力墙边缘构件大部分为构造配筋，主筋采用 HRB400 钢筋。纵向钢筋可选两种直径， “角部”放置较大直径钢筋。纯人防混凝土墙不设置约束暗柱或构造暗柱（除边框构件外） 。 楼梯 7工程中常将二跑楼梯一律设计成板式楼梯。实际上，当梯板长度大于 3m 或活荷载较大时，就应设计为梁式楼梯。 4.结语 建筑物的体型是决定含钢量的基本因素，这需要建筑师在建筑设计方案构思阶段权衡考虑；结构体系的选择是影响含钢量的关键步骤，荷载取值的确定，方法的选取，都需要结构设计人员根据对结构和构件受力基本原理的掌握程度，结合建筑功能及地质资料，通过概念设计和方案优化比选确定。结构师在建筑方案阶段介入配合建筑师选型，施工图阶段合理优化钢筋配置，是建筑物结构获得合理经济指标的有效途径。 参考文献： 1 GB50011-2010，建筑抗震设计规范M北京：中国建筑工业出版社，2010 2 GB50010-2010，混凝土结构设计规范M北京：中国建筑工业出版社，2010 3 谭泽先，建筑结构含钢量研究J，建筑科学，2007 年 9 月，第23 卷第 9 期
