在結(jié)構(gòu)設(shè)計中合理減少含鋼量的一些體會

黃利有

摘要：結(jié)構(gòu)方案定性主要指結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)總高度，結(jié)構(gòu)平面、豎向布置，抗震縫、伸縮縫設(shè)置，是否超限等基本確定。本人總結(jié)了近幾年工程設(shè)計經(jīng)驗，簡單的介紹一下對于上部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)專業(yè)如何減少含鋼量。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)方案;節(jié)約造價;減少含鋼量

前 ?言

我國隨著房屋建筑商品化和市場化，逐步要求設(shè)計院進(jìn)行限額設(shè)計，如建筑的總造價，結(jié)構(gòu)單位面積含鋼量（以下簡稱含鋼量）等，因此對于結(jié)構(gòu)設(shè)計人員來說在設(shè)計時不僅要做到安全適用，而且還要做到經(jīng)濟(jì)合理，對此。

一、與建筑專業(yè)及甲方協(xié)調(diào)建筑方案 ---結(jié)構(gòu)方案定性階段

方案設(shè)計在項目建設(shè)中的作用是首要的，也是決定性的，在與建筑專業(yè)及甲方協(xié)調(diào)方案時主要注意以下幾個方面：

1.要詳細(xì)了解甲方意圖，以便確定合理的建筑結(jié)構(gòu)方案

每一個項目甲方都有一定的定位和要求，如之前參與設(shè)計的合肥市新站綜合開發(fā)試驗區(qū)管委會辦公大樓，甲方希望把它建成當(dāng)?shù)氐臉?biāo)致性建筑，有諸多大懸挑、大跨度及裝飾性構(gòu)架等，此時含鋼量可適當(dāng)放寬些;又如去年我們院做的佳大尚都購物廣場，底部為大型商場，通常我們可能認(rèn)為要做大開間，采用轉(zhuǎn)換構(gòu)件托上部住宅結(jié)構(gòu)剪力墻，但和甲方溝通協(xié)商后認(rèn)為該部分隔成小商鋪后對大型商場影響很小，故取消了轉(zhuǎn)換構(gòu)件，這樣就大大節(jié)約了造價。故熟悉甲方意圖對于制定建筑及結(jié)構(gòu)方案都是至關(guān)重要的。

2.結(jié)構(gòu)方案調(diào)整

結(jié)構(gòu)方案調(diào)整主要針對高層建筑，特別是復(fù)雜高層建筑的結(jié)構(gòu)方案調(diào)整，調(diào)整的目的就是在滿足建筑要求前提下盡量減少結(jié)構(gòu)平面及豎向不規(guī)則程度。該階段主要依靠結(jié)構(gòu)概念設(shè)計來保障，我們結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在建筑方案階段應(yīng)向建筑專業(yè)提出方案調(diào)整的建議，避免出現(xiàn)特別不規(guī)則或嚴(yán)重不規(guī)程結(jié)構(gòu)方案，如應(yīng)盡量避免極不對稱結(jié)構(gòu)、長寬比，高寬比超出規(guī)范較多結(jié)構(gòu)、細(xì)腰形結(jié)構(gòu)及核心筒偏置較多等結(jié)構(gòu)方案，因為此類結(jié)構(gòu)即使設(shè)計時各計算指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，也是非常浪費(fèi)結(jié)構(gòu)材料的;另應(yīng)盡量通過平面布局或豎向構(gòu)件調(diào)整來避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)換構(gòu)件等。另外要了解不同的結(jié)構(gòu)體系經(jīng)濟(jì)含鋼量的適用高度范圍，如對于較高的高層建筑，通常剪力墻結(jié)構(gòu)含鋼量優(yōu)于框剪結(jié)構(gòu)含鋼量，反之則框剪結(jié)構(gòu)優(yōu)于剪力墻結(jié)構(gòu);當(dāng)樓層高度接近框架結(jié)構(gòu)高度上限時，通?？蚣艚Y(jié)構(gòu)含鋼量優(yōu)于框架結(jié)構(gòu)。

二、結(jié)構(gòu)平面及豎向布置最終確定 ---結(jié)構(gòu)方案定量階段

結(jié)構(gòu)方案定量主要指結(jié)構(gòu)墻柱布置，梁板布置及其截面尺寸最終確定等。該階段的目的就是要用最少的材料來達(dá)到較好的效果，此效果包括滿足建筑相關(guān)要求，滿足結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)范，安全可靠性有保障等。該階段主要注意以下幾個方面：

結(jié)構(gòu)主要計算指標(biāo)控制，包括周期比，位移比，位移角，軸壓比，剛重比，剛度比等指標(biāo)控制。我們在設(shè)計時不僅是要控制其滿足規(guī)范要求，同時也要使其控制的更加合理。有時結(jié)構(gòu)布置合理不但節(jié)約材料，而且還有助于提高結(jié)構(gòu)的安全可靠性。下面以一個工程實例來簡單介紹一下結(jié)構(gòu)墻柱布置調(diào)整的過程，該工程為陽山某高層住宅，施工圖已完成，建設(shè)方對含鋼量不滿意，委托我院在不改變建筑平面布局前提下對結(jié)構(gòu)方案及進(jìn)行優(yōu)化，因原結(jié)構(gòu)絕對剛度過大，扭轉(zhuǎn)剛過小，故我院優(yōu)化的思路是削弱核心筒剪力墻數(shù)量，加強(qiáng)周邊剪力墻布置，及調(diào)整部分墻、柱、梁截面等，優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)主要計算指標(biāo)控制如下：

由以上計算結(jié)果可以看出，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)平面布置不但減少了含鋼量，而且結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)周期與第一平動周期拉開距離更遠(yuǎn)，更難發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞，位移比亦比優(yōu)化前要合理，故優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)方案要更合理。

1.構(gòu)件截面尺寸控制

控制的目的主要是實現(xiàn)各構(gòu)件配筋率達(dá)到比較經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)，如墻柱類構(gòu)件，應(yīng)盡量使其縱筋處于構(gòu)造配筋狀態(tài)，盡量避免出現(xiàn)短肢剪力墻等，梁類構(gòu)件經(jīng)濟(jì)配筋率范圍約為0.4%～1.5%，板類構(gòu)件盡量避免大板，厚板，異形板板塊等。

2.結(jié)構(gòu)材料選用

在當(dāng)?shù)貤l件許可的前提下，對于受彎類構(gòu)件即梁板類構(gòu)件盡量采用高強(qiáng)鋼筋，因為我們最終利用的是鋼筋的強(qiáng)度，理論上來說，如單位價錢所能買得到的鋼筋的強(qiáng)度越高就越能減少造價及含鋼量。如HRB400級鋼筋雖比HRB330級鋼筋貴8%左右，但強(qiáng)度卻提高了20%，故采用HRB400級鋼筋就比采用HRB330級鋼筋更能減少工程造價。

三、施工圖繪制及部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計 ---含鋼量最終確定階段

以往的經(jīng)驗是結(jié)構(gòu)方案確定后，在施工圖繪制階段對結(jié)構(gòu)造價影響很小，其實不然， 如在施工圖階段能做到熟悉規(guī)范，精心設(shè)計，避免不合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)造等，對結(jié)構(gòu)含鋼量影響還是較大的，以下簡單總結(jié)了一下減少含鋼量的一些做法：

1.次梁可用架立筋搭接，框架梁一、二級可用Φ14搭接（同時滿足1/4面積要求）;三級可用Φ12搭接。對跨度較小，或支座鋼筋不大時，考慮到搭接處鋼筋重疊且箍筋需加密，則并不經(jīng)濟(jì)，經(jīng)試算，一般要同時滿足跨度不小于3.0m且支座筋不小于2Φ18時搭接才經(jīng)濟(jì)。

2.除對裂縫控制較嚴(yán)格及直接承受動力荷載外，雙向板可采用塑性算法計算配筋。因按彈性理論計算時板的安全儲備過大，沒有考慮鋼筋混凝土的彈塑性性能，采用塑性算法更接近于實際受力狀態(tài)。采用塑性算法計算配筋較彈性算法配筋能減少15%～30%。

2.1 按簡支板計算的板支座，可以不受0.2%等最小受力鋼筋配筋率控制。

2.2 一般的樓面主次梁布置，單向梁布置比雙向梁經(jīng)濟(jì)。

2.3 樓層砼強(qiáng)度等級盡量用C25。

2.4 剪力墻邊緣構(gòu)件縱筋可以用Φ12和Φ10搭配;三、四級框架柱箍筋加密區(qū)可用到@150（除柱根外）。

2.5 用于裝飾的挑耳、反邊，掛板等，大多為構(gòu)造配筋，板厚不宜太厚，當(dāng)僅承受靜載時可按素砼構(gòu)件考慮或僅配置抗裂鋼筋即可，不受受力構(gòu)件最小配筋率限制。

2.6 室內(nèi)盡量少布置小次梁，對于跨度小于2 m板跨，其磚墻下一般不必布置次梁;對于小陽臺小挑板，當(dāng)其挑出長度小于1.2m時采用挑板比采用梁板式結(jié)構(gòu)更經(jīng)濟(jì)。

2.7 對于標(biāo)準(zhǔn)層梁配筋應(yīng)分段配置。

2.8 對于多層建筑，水平荷載較小，樓板傳遞水平力功能減弱，故屋面板最小厚度不受《高規(guī)》所規(guī)定的120mm限制，最小厚度取100mm即可。

四、結(jié)束語

綜上所述，減少結(jié)構(gòu)含鋼量也是一項系統(tǒng)工程，其中最主要的是要處理好各種關(guān)系，如梁板布置時，對于某一典型板塊，當(dāng)改變梁布置時，板厚可由120改為100，那么通常板厚為100厚時，總含鋼量會少些，因為板可以看作是一個面，梁可以看作是一條線，同樣我們可以把柱當(dāng)做點來考慮，墻當(dāng)作面來考慮，減少面的含鋼量比減少線的含鋼量來的有效，減少線的含鋼量又比減少點的含鋼量來的有效。另外還有局部與整體的關(guān)系，如對于框剪結(jié)構(gòu)，如當(dāng)增加一片剪力墻或改變部分剪力墻長度時，就能使框架柱傾覆彎矩少于總傾覆彎矩的50%，從而降低所有框架柱的抗震等級，此時增加少量剪力墻后的總含鋼量又會減少，因此我們認(rèn)為局部少量構(gòu)件的調(diào)整應(yīng)為結(jié)構(gòu)的整體效應(yīng)服務(wù)。因此我們在設(shè)計中只要能做到主次分明，既注重宏觀控制，又注意細(xì)部調(diào)整，那么結(jié)構(gòu)的含鋼量總能控制在一個較為理想的水平，既節(jié)約了土建造價，間接為社會創(chuàng)造了財富，同時又能提升自己的設(shè)計水平。

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