鋼筋混凝土多高層住宅結構用鋼量控制措施

鄭建峰

(山西省建筑設計研究院，山西太原 030013)

鋼筋混凝土多高層住宅結構用鋼量控制措施

鄭建峰

(山西省建筑設計研究院，山西太原 030013)

對建筑方案、結構方案、結構構造措施等影響鋼筋混凝土高多層住宅用鋼量的三個重要因素進行了分析，指出選取合理的結構體系、正確的荷載取值及適當?shù)臉嬙齑胧蓪⒂娩摿拷档阶畹汀?/p>

多高層住宅，用鋼量，結構體系

0 引言

近年來，隨著我國房地產市場的興盛，高層住宅的設計已成為許多設計院的主要工作任務。由于土地價格的不斷上漲而導致了土地成本的不斷增加，許多投資方和開發(fā)商越來越多的關注起項目的投資成本，其中高層住宅單位面積的用鋼量則成為最受關注的指標之一，并常被作為設計合同的內容之一。合理的控制高層住宅的結構含鋼量不僅能正確的反映結構工程師的技術水平，同時也是衡量一個設計單位技術水平和競爭力高低的一個重要標志。此外，在保證結構安全合理的前提下，控制結構的用鋼量，有效的控制項目的建設成本，對于建設節(jié)約型社會有著重大意義。

處于不同自然條件下的高層住宅，其含鋼量的差別是顯著的。如在不同的抗震設防地區(qū)，高層建筑的抗震等級及設計采用的基本地震加速度是不同的，抗震構造措施的采用也是不同的，所以相同建筑布局的高層住宅在不同的抗震設防區(qū)所采用的結構形式是不同的，從而含鋼量也是有很大差異的。本文在這里并不考慮自然條件對高層建筑用鋼量的影響，而是重點從建筑方案和結構體系的選擇及合理的結構構造措施等幾個方面來闡述如何有效控制高層住宅用鋼量。

1 建筑方案

對于高層住宅而言，建筑方案是影響建筑結構用鋼量的重要因素之一。《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》第四章指出：在高層建筑的一個獨立結構單元內，宜使結構平面形狀簡單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻。高層建筑的豎向體型宜規(guī)則、均勻，避免有過大的外挑和內收。結構的側向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化，不應采用平面和豎向布置嚴重不規(guī)則的結構，因為簡單合理的建筑方案布置，可以使相應的結構布置更合理，傳力途徑更加明確，結構的計算模型、內力和位移分析及限制薄弱部位出現(xiàn)都易于把握，對結構整體用鋼量也可以很好的控制。但是，如果出現(xiàn)了平面和豎向不規(guī)則的現(xiàn)象，例如：底部大空間轉換層的存在，平面凹進或突出的尺寸過大，出現(xiàn)細腰型或角部重疊，豎向外挑過大，超過規(guī)范限制等。針對這些不規(guī)則的現(xiàn)象，結構工程師需要采用相應的結構加強措施，有時甚至需要改變結構體系，從而導致建筑結構用鋼量的極大提高。此外，建筑立面及豎向裝飾線條的復雜程度也會在一定程度上影響建筑物最終的用鋼量。

因此，建筑結構設計一直以來都強調概念設計的重要性，要求結構工程師在建筑方案設計階段，就憑自身擁有的結構體系功能及其受力、變形的整體概念和判斷力，用概念設計去幫助建筑師開拓或實現(xiàn)該建筑物業(yè)主想要的，或已初步構思的空間形式及其使用、構造與形象功能，并以此為目標，與建筑師一起構思總結構體系，并能明確結構總體系和主要分體系之間的最佳受力特征要求。這樣不僅能提高結構布置的合理性，同時也能提高建筑結構的經(jīng)濟性。

2 結構方案

2．1 結構體系

當建筑方案基本敲定之后，結構工程師就要進行合理的結構體系的選擇，并進行結構豎向構件的布置，這一步對于結構用鋼量起到?jīng)Q定性的作用。不同結構體系對應不同的結構抗震等級，需采用不同級別的抗震構造措施，因而，結構用鋼量會存在較大差異。例如：對于底部要求大空間的混凝土高層商住綜合體，可采用框架剪力墻結構或框支剪力墻結構，但從用鋼量的角度來講，通常前者的用鋼量更省。對于普通類小高層住宅，可采用剪力墻結構、短肢剪力墻結構和異形柱—剪力墻結構。與剪力墻結構相比較，短柱剪力墻的設計更為嚴格，計算用到的剪力設計值(對于抗震等級為一、二、三級的剪力墻)及墻體豎向配筋率均大于一般剪力墻結構。而異形柱—剪力墻結構抗扭能力較差，因此規(guī)范對其有著更加嚴格的要求，柱截面配筋率通常較大，經(jīng)濟性較差。所以從控制用鋼量的角度出發(fā)，應該首選剪力墻結構。

2．2 剪力墻的平面布置

多高層住宅應該有較好的空間工作性能，剪力墻結構應該雙向布置，并宜使兩個方向剛度接近。剪力墻墻肢截面宜簡單規(guī)則，布置均勻對稱，并盡量布置在建筑周邊，中間利用電梯井、樓梯間等豎向通道布置，這樣可以保證結構的抗扭剛度，降低建筑的計算配筋。

墻肢布置的原則：墻肢數(shù)量宜少，墻肢截面宜長。因為結構的抗側剛度達到一定程度后，再增加抗震墻的數(shù)量對減小已有墻肢的配筋并無幫助，反而會造成材料用量的增加。墻肢宜長是指盡量采用一般剪力墻(截面高度/截面厚度＞8)，減少短肢剪力墻(4＜截面高度/截面厚度＜8)的數(shù)量。長墻肢的抗側剛度較短墻肢大，可以用較少數(shù)量的墻肢滿足結構的抗側剛度的要求，墻肢數(shù)量少，則材料用量小，利于控制用鋼量。同短墻肢相比較，長墻肢邊緣構件的間距大，在需要抵抗相同的傾覆彎矩的情況下，長墻肢邊緣構件的計算配筋較短墻肢要小，也有利于減小結構的計算用鋼量。此外，規(guī)范對短肢抗震墻的設計要求明顯高于一般抗震墻，這勢必造成用鋼量的增加。采用長墻肢的同時，應注意調整墻肢的長度，以控制底層墻肢的軸壓比滿足規(guī)范可設置構造邊緣構件代替約束邊緣構件的要求，從而可以大大節(jié)約用鋼量。

2．3 荷載取值

荷載取值的正確與否，關系到了一個建筑物的用鋼量是否合理。建筑附加恒荷載應根據(jù)建筑條件圖所提做法及建筑平面、立面布置詳細進行計算，對于有門窗等大洞口處的荷載應進行合理的折減;而活荷載應該根據(jù)建筑功能嚴格按《建筑結構荷載規(guī)范》和《全國民用建筑工程設計技術措施》取值;對于一些有特殊要求的房間，應根據(jù)具體情況進行荷載的取值，不應盲目放大，導致用鋼量的增加。另外可建議建筑師采用輕質墻體材料或樓面材料，降低豎向荷載和地震效應，從而達到降低用鋼量的目的。

3 結構構造措施

采取了前文所述的措施之后，建筑物的整體用鋼量得到基本控制，但是仍需要在構造措施方面采取適當?shù)姆椒?，將建筑物的用鋼量控制在最合理的范圍之內?/p>

3．1 樓板

依據(jù)樓面荷載及結構平面布置確定整體建筑中大部分樓板的最小厚度，然后根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》中關于板最小配筋率的規(guī)定，分析樓板配筋為受力配筋還是構造配筋，從而為樓板鋼筋及混凝土標號選擇合適的規(guī)格，達到節(jié)省用鋼量的目的。

對一些板跨較大的樓板，可以采用加次梁分割的方式來減小板跨，從而減小板厚，降低板的配筋面積。而針對一些不能加梁的大板，則可采用一些比較新型的樓板體系，例如現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋。

此外，對雙層雙向配筋的屋頂樓板或其他需要增加抗裂鋼筋的厚板，一般結構工程師習慣將受力鋼筋直接拉通布置，極大地增加了樓板的用鋼量。其實，可以將樓板支座筋僅在受力范圍內設置，其余部位同抗裂鋼筋搭接布置成雙向的，抗裂鋼筋直徑遠遠小于受力支座鋼筋的直徑，這樣可以大大降低樓板的整體用鋼量。

3．2 梁

《混凝土結構設計規(guī)范》中規(guī)定：當梁腹板高度hw≥450時，梁每側的縱向構造腰筋的截面面積不應小于腹板截面面積的0．1%，且其間距不宜大于200 mm。此項規(guī)定是為防止有可能在梁側面產生垂直于梁軸線的收縮裂縫而制訂的，但目前很多設計人員無論梁寬多少均用φ12的鋼筋，實際上對于梁寬不大于250的梁，例如腰筋間距取200，φ10的鋼筋就足夠了。

懸挑長度較大的懸臂梁，不論其承受的是均布荷載還是梁端集中荷載，其彎矩內力都是急劇下降的，因此當面筋較多時，除角筋需伸至梁端外，其余尤其是下排鋼筋均可在跨中切斷，既節(jié)省鋼筋又方便施工，是一種確實可行的方法。

4 結語

鋼筋混凝土多高層住宅用鋼量的控制，需要結構工程師在設計中對建筑方案及結構的整體受力變形有著正確的概念理解，可以從宏觀角度確定合理的建筑結構方案，并進行結構的整體計算;在構件的設計過程中，可以嚴格遵守規(guī)范要求，不擅自放大構件配筋，從微觀角度控制構件的配筋，從而在保證結構安全合理的前提下，控制建筑結構的用鋼量。

［1］中國建筑工業(yè)出版社．高層建筑混凝土結構技術規(guī)程［M］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012．

［2］中國建筑科學研究院．混凝土結構設計規(guī)范［M］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012．

［3］國家標準建筑抗震設計規(guī)范管理委員會．建筑抗震設計規(guī)范［M］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012．

［4］李國勝．多高層鋼筋混凝土結構設計中疑難問題的處理及算例［M］．第2版．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012．

［5］彭詩明，王 燕．建筑結構設計中用鋼量優(yōu)化設計的探討［J］．工業(yè)建筑，2008(38)：367-369．

The control measures of steel consumption in reinforced concrete high-rise residential structures

ZHENG Jian-feng

(Shanxi Architectural Design Research Institute，Taiyuan 030013，China)

This paper analyzed three important factors of construction schemes，structure schemes，structure measures influence of steel consumption in reinforced concrete high-rise residential structures，pointed out that the reasonable choice of structural system，correct load sampling and appropriate construction measures，could reduced to the most low of steel consumption．

high-rise residential，steel consumption，structure system

TU375

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.111

1009-6825(2013)10-0033-03

2013-01-27

鄭建峰(1978-)，男，工程師