結(jié)構(gòu)設(shè)計中含鋼量的控制

多建祥

【摘要】近年來，隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，建筑開發(fā)商為降低工程的造價，賺取更多的利潤，比以前更重視結(jié)構(gòu)的含鋼量。開發(fā)商一般都會在設(shè)計合同內(nèi)把含鋼量的控制進(jìn)行說明，加以限制，因此，這就對結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高的要求。鑒于此，文中筆者根據(jù)多年工作經(jīng)驗對結(jié)構(gòu)設(shè)計中影響含鋼量的因素進(jìn)行分析，并提出一些控制含鋼量的措施。以供同行參考交流。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計；含鋼量控制；

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計方案對含鋼量的影響

1、平面體型的規(guī)則性和均勻性對含鋼量的影響

平面體型的規(guī)則性和均勻性對含鋼量的影響很大.建筑平面布置外凸與內(nèi)收程度.以及由此形成的建筑物平面剛度和其是否突變等.均對XY軸雙向的動力特性會產(chǎn)生較大影響：兩個方向的剛度差異也會導(dǎo)致不均勻性.從而直接影響整體剛度和配筋.這也是為何平面布置較怪（如風(fēng)車型、工字型、u字型）的高層住宅比規(guī)整的高層住宅造價高的原因之一。

2、豎向高寬比對含鋼量的影響

豎向高寬比對含鋼量的影響與上一條不相上下.對高寬比大的高層住宅而言.為保證整體穩(wěn)定性必然要增強(qiáng)其側(cè)向剛度.亦即為滿足建筑物抗震、抗風(fēng)和舒適度的需求。

3、總高度的變化對含鋼量的影響

由于設(shè)計的高層建筑多為A級.且大部分的結(jié)構(gòu)布置形式為剪力墻結(jié)構(gòu).以7度設(shè)防地區(qū)為例，按照規(guī)范80米限值，小于80米的抗震等級為三級.大于80米的抗震等級就提高一個級別為二級，含鋼量隨之便有一個明顯的上升變化。

4、轉(zhuǎn)換層對含鋼量的影響

一般情況下轉(zhuǎn)換層配筋量相當(dāng)于2～3個標(biāo)準(zhǔn)層的配筋量，而且由于轉(zhuǎn)換層造成豎向抗力構(gòu)件不連續(xù)，轉(zhuǎn)換柱或墻體的配筋也較大，故應(yīng)以盡量避免或減少轉(zhuǎn)換為基本設(shè)計理念。

5、層高的控制對含鋼量的影響

設(shè)計經(jīng)驗表明層高的控制對含鋼量控制也有較大意義.有數(shù)據(jù)顯示。層高每增加10厘米，含鋼量增加約1.OKG/M2。

6、抗側(cè)力構(gòu)件的布置對含鋼量的影響抗側(cè)力構(gòu)件的布置對含鋼量的影響亦不容忽視.構(gòu)件布置合理容易使剛度中心和質(zhì)量中心接近.從而充分發(fā)揮抗側(cè)力構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)剛度.能夠保證扭轉(zhuǎn)位移比在規(guī)定限制內(nèi)，可以避免抗側(cè)力構(gòu)件數(shù)量過多和位置不合理造成的多筋超筋現(xiàn)象。

7、建筑立面造型及細(xì)部處理對含鋼量的影響

建筑立面豐富.細(xì)部構(gòu)造復(fù)雜對含鋼量控制也有一定的影響，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計建筑風(fēng)格為托斯卡納風(fēng)格的建筑立面。以及帶有轉(zhuǎn)角窗、凸窗、飄窗等細(xì)部構(gòu)造節(jié)點大樣并采用鋼筋混凝土形式時，含鋼量能增加O.5～1.0 KG/M2。

二、常見結(jié)構(gòu)設(shè)計中控制含鋼量的措施

1、剪力墻配筋控制

首先必須是結(jié)構(gòu)合理布置，那么邊緣構(gòu)件的配筋通常采用構(gòu)造配筋。其次邊緣構(gòu)件分為加強(qiáng)部位和非加強(qiáng)部位兩類，前者必須按約束邊緣構(gòu)件配筋，后者則按構(gòu)造邊緣構(gòu)件配筋。不管是節(jié)點區(qū)還是其余墻段，前者的配筋量均遠(yuǎn)大于后者， 因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計中嚴(yán)格區(qū)分抗震墻的加強(qiáng)部位和非加強(qiáng)部位，對鋼筋用量而言是具有很大意義的，而隨意擴(kuò)大抗震墻的加強(qiáng)部位肯定會增加用鋼量?？拐饓θ缒芎侠淼夭贾谩⒔孛婧侠砣≈?，其配筋多半不是內(nèi)力控制配筋而是構(gòu)造配筋，這樣其節(jié)點區(qū)主筋、箍筋以及墻段的水平分布筋的配筋率都可按規(guī)范規(guī)定的最小配筋率配置。

2、柱配筋控制

設(shè)計中應(yīng)通過混凝土強(qiáng)度等級的合理確定來控制其截面尺寸和軸壓比，使絕大部分柱段都是構(gòu)造配筋而非內(nèi)力控制配筋，此時柱主筋就可以按規(guī)定的最小配筋率或比其略高的配筋率選擇主筋規(guī)格；至于柱箍筋的體積配筋率，由公式可以看出， 采用高強(qiáng)度鋼筋比低強(qiáng)度鋼筋更可節(jié)省用鋼量。

3、梁配筋控制

梁配筋大多由內(nèi)力控制，但仍有小部分由最小配筋（箍）率控制。從梁主筋最小配筋率及梁箍筋配箍率公式中可以看出，要使梁的用鋼量不太高，一是混凝土強(qiáng)度等級不宜過高，二是采用高強(qiáng)度鋼筋，前者不僅可降低最小配筋（箍）率，更重要的是有利于作為受彎構(gòu)件的梁的抗裂性能。對截面寬度較小的梁，當(dāng)配筋量較大時往往需要放2～3排鋼筋，無疑將減小梁的有效高度，因此當(dāng)不影響使用或建筑空間觀感時，梁寬宜略為放大，盡量布置成單排主筋，尤其是梁截面高度不太大時， 以達(dá)到節(jié)省鋼筋的目的。 梁承受集中荷載處要配置附加橫向鋼筋（加密箍筋及吊筋）。正常結(jié)構(gòu)布置的樓層梁，每一處集中荷載一般都不太大，在通常情況下，僅在梁側(cè)配置加密箍筋已經(jīng)足夠，若再加配吊筋則已能承受更大的集中荷載。但設(shè)計中盲目加大吊筋直徑，既沒必要又會造成鋼材的浪費。

4、樓板配筋控制

現(xiàn)澆混凝土樓板的厚度通常在100或以上，在此條件下宜將板跨增大，使其配筋為內(nèi)力控制而非構(gòu)造配筋，按此結(jié)果樓板配筋只有采用高強(qiáng)鋼筋才能達(dá)到節(jié)省用鋼量的目的。對于大跨度雙向板，由于板底不同位置的內(nèi)力存在差異，設(shè)計中不宜以最大內(nèi)力處的配筋貫通整跨和整寬。為了節(jié)省用鋼量，一般應(yīng)分板帶配筋，其次當(dāng)板底筋間距為100或150時，不需將每根鋼筋都伸入支座，其中約半數(shù)鋼筋可在支座前切斷。當(dāng)板面需要采用貫通面筋時，貫通筋的配筋通常不需也不宜超過規(guī)定的最小配筋率，支座不足夠時再配以短筋，這樣既符合規(guī)范規(guī)定又可節(jié)省用鋼量。

5、構(gòu)造鋼筋控制

按照理論來說，當(dāng)構(gòu)件的配筋按照規(guī)范要求的最少配筋率來配置鋼筋是最經(jīng)濟(jì)的，然而由于各種條件限制，對于不同類型的構(gòu)件是難于實現(xiàn)的的。故各構(gòu)件經(jīng)濟(jì)的配筋率如下：板配筋率控制0.25～0.5%；梁構(gòu)件配筋率控制0.5～1.2%；柱、剪力墻屬受壓或偏心受壓構(gòu)件，其配筋一般由構(gòu)造控制，在滿足最小配筋率基礎(chǔ)上，適當(dāng)提高配筋率即可；基礎(chǔ)等以沖切、抗剪控制的混凝土構(gòu)件，滿足受力及最小配筋率即可。

6、以結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計來減少墻的數(shù)量控制鋼筋用量

在建筑結(jié)構(gòu)布置時。應(yīng)注意適當(dāng)減少剪力墻的布置數(shù)量。而對于剪力墻暗柱箍筋形式設(shè)計時.應(yīng)盡量避免重疊.因重疊部分不計人體積配箍率。當(dāng)約束邊緣構(gòu)件小箍筋采用封閉箍。構(gòu)造邊緣構(gòu)件在剪力墻高度2，3以上（從地面算起）采用封閉箍和拉筋間隔放置?？v向鋼筋可選兩種直徑.“角部”放置較大直徑鋼筋。例如連體方案建筑由于連接部位采用大開間剪力墻布置.減少了剪力墻的數(shù)量.在滿足規(guī)范限定指標(biāo)的情況下.可減少含鋼量。實際經(jīng)驗表明加大剪力墻布置間距。減少剪力墻數(shù)量，是減少含鋼量的有效措施。當(dāng)然也要注意由于連體方案平面長寬比較大.只有在低烈度地區(qū)才有減少含鋼量的優(yōu)勢.是建筑物體型中平面長寬比影響因素的特例。實踐中應(yīng)在規(guī)范允許的范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，適當(dāng)減少剪力墻數(shù)量。加大框架梁跨度；與建筑專業(yè)協(xié)商.開問布置避免錯位。減少由于框架梁錯位而增加的豎向構(gòu)件.一旦結(jié)構(gòu)布置經(jīng)過優(yōu)化，鋼筋單方含量和混凝土含量即會相應(yīng)減少。高層建筑地下室底板建議采用帶柱帽的普通鋼筋混凝土無梁樓蓋.地下室其余各層、地下室頂板、裙樓和住宅塔樓的樓蓋建議采用普通鋼筋混凝土梁板樓蓋。對于細(xì)部構(gòu)件布置.當(dāng)兩軸尺寸接近時，采用雙向板布置：當(dāng)兩軸尺寸差別較大時，采用單向板布置。

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