建筑結(jié)構(gòu)含鋼量的探討

謝俊蔣滌非凌琳

（中南大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院湖南長沙　410075）

建筑結(jié)構(gòu)含鋼量的探討

謝俊蔣滌非凌琳

（中南大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院湖南長沙410075）

簡要的介紹了各種不同結(jié)構(gòu)類型的含鋼量范圍，并根據(jù)作者多年工程經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)的分析了影響含鋼量的各種因素及應(yīng)采取的對(duì)策。

含鋼量；設(shè)計(jì)參數(shù)；結(jié)構(gòu)體系；次梁布置

1　引言

在土建工程造價(jià)中，材料費(fèi)占到70～80%，在所需的材料中，砂石價(jià)格為幾十元/噸，水泥價(jià)格為幾百元/噸，鋼材價(jià)格卻為幾千元/噸。由于鋼材的價(jià)格最貴，且不同材料的價(jià)格倍數(shù)相差很大，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，控制含鋼量是很有必要的。因此，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)含鋼量進(jìn)行探討與研究是很有必要的。

2　控制含鋼量的必要性

控制含鋼量，除了是經(jīng)濟(jì)上的要求外，與安全性也有關(guān)，所以應(yīng)更加注重概念設(shè)計(jì)，用鋼量大結(jié)構(gòu)反而不安全。比如抗彎鋼筋配的比非加強(qiáng)區(qū)多很多，造成地震時(shí)底部沒有按希望出現(xiàn)塑性鉸，薄弱部位轉(zhuǎn)移到非加強(qiáng)區(qū)，或抗剪能力低于抗彎能力，使結(jié)構(gòu)喪失耗能能力，可能提前破壞；底層柱的實(shí)際配筋比嵌固層的還大，造成嵌固端先壞，違背了延性設(shè)計(jì)的初衷。

3　含鋼量的實(shí)際統(tǒng)計(jì)值

根據(jù)文獻(xiàn)[1]可知，常規(guī)的砌體結(jié)構(gòu)含鋼量如表1所示，住宅類混凝土結(jié)構(gòu)的含鋼量如表2所示，辦公商業(yè)類混凝土結(jié)構(gòu)的含鋼量如表3所示，單層排架廠房混凝土結(jié)構(gòu)的含鋼量如表4所示，鋼結(jié)構(gòu)的含鋼量如表5所示。根據(jù)文獻(xiàn)[2]可知，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)材料限額指標(biāo)可如表6所示。

表1　砌體結(jié)構(gòu)的含鋼量（單位：kg/m2）

表2　住宅類混凝土結(jié)構(gòu)的含鋼（單位：kg/m2）

表3　辦公商業(yè)類混凝土結(jié)構(gòu)的含鋼量（單位：kg/m2）

表4　單層排架廠房混凝土結(jié)構(gòu)的含鋼量（單位：kg/m2）

表5　鋼結(jié)構(gòu)的含鋼量（單位：kg/m2）

4　影響含鋼量的因素及對(duì)策

4.1結(jié)構(gòu)所受外力

表6　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)材料限額指標(biāo)

作用在建筑結(jié)構(gòu)上的外力，主要有地震作用和風(fēng)荷載。處在抗震設(shè)防烈度高或者風(fēng)壓大的地區(qū)，含鋼量高，反之較低。在氣候惡劣、溫差變化劇烈的地區(qū)，為抵抗溫度應(yīng)力，增加抗拉性能優(yōu)良的鋼筋的配置，是工程師常用的辦法。建筑場地土質(zhì)差，淺層土承載力低，持力層埋深大時(shí)，需要采用樁基礎(chǔ)或很厚的鋼筋混凝土筏板，含鋼量較大。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，地面以下5m以內(nèi)（無地下室）或底板板底土的地基承載力特征值（可考慮深度修正）fa與結(jié)構(gòu)總平均重度p= np0（p0為樓層平均重度，n為樓層數(shù)）之間關(guān)系對(duì)基礎(chǔ)選型影響很大，一般規(guī)律如下：

若p￡0.3fa，則采用獨(dú)立基礎(chǔ)；

若0.3fa

若0.5fa

若p>0.8fa，應(yīng)采用樁基礎(chǔ)或進(jìn)行地基處理后采用筏板基礎(chǔ)。

4.2設(shè)計(jì)參數(shù)

建筑專業(yè)的設(shè)計(jì)，對(duì)含鋼量影響最大的一個(gè)方面，是建筑物的規(guī)則性，具體體現(xiàn)在開間、進(jìn)深、層高、平面形狀的凹凸、豎向立面的縮進(jìn)、懸挑等等。如果一座總面積不大的房子，開間、進(jìn)深、層高各不相同，平面立面多有變化，其含鋼量必然很大，這也是一般公共建筑比同等面積的住宅辦公樓含鋼量大一兩倍的原因。此外，對(duì)于工業(yè)廠房，影響含鋼量的設(shè)計(jì)參數(shù)，則是廠房的跨度、高度、柱距、吊車噸位和樓面荷載（對(duì)多層廠房而言）。吊車噸位200t的重型廠房，采用全鋼結(jié)構(gòu)，含鋼量300kg/m2并不算多。

4.3合理的結(jié)構(gòu)體系

結(jié)構(gòu)體系對(duì)整個(gè)建筑的造價(jià)有很大的影響，我們應(yīng)該對(duì)每個(gè)結(jié)構(gòu)體系的適用條件有比較清晰的了解和認(rèn)識(shí)，在不同的條件下，采用不同的結(jié)構(gòu)體系。在八度區(qū)，當(dāng)房屋層數(shù)大于5層，七度區(qū)，層數(shù)大于6層時(shí)，可適當(dāng)布置些剪力墻，不應(yīng)用純框架結(jié)構(gòu)。還有些地方經(jīng)驗(yàn)，比如在長沙和東莞，60m以下可考慮框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。

4.4合理的樓蓋體系及次梁布置方式

在地下車庫和商業(yè)建筑大跨度空間樓（屋）蓋布置時(shí)，比如8.5×8.5的柱網(wǎng)，大多數(shù)情況下，標(biāo)準(zhǔn)層采用十字梁比井字梁經(jīng)濟(jì)，但對(duì)于覆土厚度超過700mm的屋頂花園及地下室頂板或荷載較大時(shí)則采用井字梁比較經(jīng)濟(jì)，荷載越大，井字梁越便宜。對(duì)于上部結(jié)構(gòu)，當(dāng)柱網(wǎng)長寬比小于1.2時(shí)，次梁沿著跨數(shù)多的方向布置是比較經(jīng)濟(jì)的，當(dāng)柱網(wǎng)長寬比大于1.5時(shí)，宜采用加強(qiáng)邊梁的單向次梁方案。

4.5合理使用鋼筋

鋼筋混凝土構(gòu)件中的梁柱箍筋的作用一是承擔(dān)剪（扭）力，二是形成鋼筋骨架，在某些情況下，加密區(qū)的梁柱箍筋直徑可能比較大、肢數(shù)可能比較多，但非加密區(qū)有可能不需要這么大直徑的箍筋，肢數(shù)也不要多，于是要合理的設(shè)計(jì)，減少浪費(fèi)。

除非內(nèi)力控制計(jì)算梁的截面要求比較高，否則不要輕易取大于580mm梁高，這樣避免配一些腰筋?？缍却蟮膽冶哿海?dāng)面筋較多時(shí)，出角筋需伸至梁端外，其余尤其是第二排鋼筋均可在跨中某個(gè)部位切斷。

對(duì)于單樁承臺(tái)，最小配筋可不必按最小配筋率0.15%進(jìn)行控制，由于單柱單樁承臺(tái)一般叫樁帽，其受力狀態(tài)與承臺(tái)是完全不同的，一般配12@150即可。

對(duì)于次梁（非抗震梁），縱筋可以采用搭接的方式，可以減小含鋼量。

4.6鋼筋級(jí)別，混凝土強(qiáng)度等級(jí)

對(duì)于梁、柱、墻縱筋，鋼筋（HRB 335）強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為fy= 300N/mm2，鋼筋（HRB 400）鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為fy=360N/mm2，HRB 400與HRB 335的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值之360/300=1.2，而價(jià)格之比為1.05，因此采用HRB 400可以降低含鋼量。對(duì)于梁、柱箍筋，由于非計(jì)算控制，可以采用一級(jí)鋼；對(duì)于結(jié)構(gòu)大樣中的分布筋，由于非計(jì)算控制，一般可以采用直徑為6的一級(jí)鋼；對(duì)于剪力墻構(gòu)造邊緣構(gòu)件中的箍筋，由于非計(jì)算控制，可以采用一級(jí)鋼。

[1]譚澤先.建筑結(jié)構(gòu)含鋼量的研究[J].建筑科學(xué)，2007，23：44～47.

[2]李卓東.房地產(chǎn)公司住宅開發(fā)類項(xiàng)目鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)限額設(shè)計(jì)指標(biāo)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2023，8：44～47.

[3]劉廣民.談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含鋼量控制[J]，中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2013，06：192.

TU31

A

1673-0038（2015）40-0098-02

2015-9-18

謝俊（1982-），男，中南大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院博士研究生，主要研究方向?yàn)檠b配式建筑設(shè)計(jì)。

蔣滌非（1966-），男，研究員級(jí)高級(jí)建筑師，國家一級(jí)注冊建筑師，中南大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。

凌琳（1991-），女，中南大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院碩士研究生。