高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中的含鋼量控制方法探究

邱育春

摘要：隨著我國城市化推進速度的加快，高層住宅的興建規(guī)模與數(shù)量均呈現(xiàn)上升態(tài)勢。其中，為降低開發(fā)商的施工成本，提升開發(fā)商的經(jīng)濟利益，控制高層住宅結(jié)構(gòu)中的含鋼量就顯得尤為關(guān)鍵。因此，為了確保高層住宅質(zhì)量，降低鋼材的使用，需要對高層住宅結(jié)構(gòu)中的鋼含量進行有效控制。鑒于此，本文對建筑方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)計算、結(jié)構(gòu)布置以及結(jié)構(gòu)材料為切入點，對含鋼量的控制方法進行探究。

關(guān)鍵詞：含鋼量；高層住宅結(jié)構(gòu)：設(shè)計：探究

眾所周知，我國可用于住宅建筑的面積極為有限，并且人們的對于住房有著廣泛的剛性需求，因此高層住宅的建設(shè)就顯得尤為關(guān)鍵。與此同時，建筑整體結(jié)構(gòu)中的含鋼量對于建筑工程成本有著直接聯(lián)系，所以高層住宅建筑在設(shè)計過程中應(yīng)注意控制結(jié)構(gòu)中的含鋼量，但是切不可忽略高層住宅的安全與可靠性。綜上所述，以高層住宅的安全使用為前提，對其結(jié)構(gòu)中的含鋼量進行控制，對于提升施工單位的經(jīng)濟效益有著積極的實際意義。

一、建筑方案設(shè)計階段

1、平面體型的規(guī)則性和均勻性對含鋼量的影響

含鋼量與住宅結(jié)構(gòu)中平面體型的均勻性和規(guī)則性有直接聯(lián)系。其中，建筑平面的內(nèi)收以及外凸程度、平面剛度以及是否有突變等，均會影響房屋結(jié)構(gòu)的動力特性。整體配筋以及剛度會受到剛度差異化的影響，由此可見，工字型、U字形的高層住宅造價明顯高于外觀規(guī)整高層住宅的原因之一。

2、豎向高寬比對含鋼量的影響

含鋼量也會因高層住宅房屋結(jié)構(gòu)豎向高度不同而有所區(qū)別。當(dāng)高層住宅具有較大高寬比時，側(cè)向剛度的增強可對其整體性能有較大提升，此外還可以增加建筑的抗風(fēng)和抗震性，從而為住戶提升居住的舒適度。與此同時，在標(biāo)準(zhǔn)要求的區(qū)間內(nèi)控制房屋結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移，從而含鋼量在抗側(cè)力構(gòu)件中就需要有所增加。

3、總高度的變化對含鋼量的影響

剪力墻結(jié)構(gòu)為大部分高層住宅結(jié)構(gòu)主要的結(jié)構(gòu)布置形式。假設(shè)高層建筑位于7度設(shè)防地區(qū)，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求以80m為限，抗震等級如不大于80m，其抗震等級為三級，如大于80m，抗震等級在上升至二級的同時相應(yīng)含鋼量也隨之有顯著提升。

4、轉(zhuǎn)換層對含鋼量的影響

通常來講，2～3個標(biāo)準(zhǔn)層的配筋量約等于轉(zhuǎn)換層的配筋量。此外，豎向抗力構(gòu)件在轉(zhuǎn)換層中不連續(xù)，而且配筋在墻體與轉(zhuǎn)換柱中也比較大。鑒于此，高層建筑設(shè)計中應(yīng)盡量減少后避免使用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。

5、抗側(cè)力構(gòu)件的布置對含鋼量的影響

含鋼量與抗側(cè)力構(gòu)件的布置有直接影響，合理布置的抗側(cè)力構(gòu)件可以充分發(fā)揮抗側(cè)力構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)剛度。

此外，抗側(cè)力構(gòu)件可在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)合理控制扭轉(zhuǎn)位移區(qū)間，注意避免發(fā)生抗側(cè)力構(gòu)件布置位置不合理以及相關(guān)構(gòu)件數(shù)量過多問題的發(fā)生，從而降低配筋的使用量。

二、結(jié)構(gòu)計算—應(yīng)選取適用的荷載

當(dāng)建筑物高度增加時，水平荷載（風(fēng)荷載及地震作用）對結(jié)構(gòu)起的作用越來越大，除了結(jié)構(gòu)內(nèi)力明顯加大外，結(jié)構(gòu)側(cè)向位移增加的更快，彎矩和位移與高度成指數(shù)曲線上升關(guān)系。一般而言多層和高層建筑結(jié)構(gòu)都要抵抗豎向和水平荷載作用，但是在高層建筑中，其結(jié)構(gòu)要更多的抵抗水平力，抗側(cè)力成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要問題；在地震區(qū)，地震作用對高層建筑的威脅也比多層建筑要大。

因而在結(jié)構(gòu)計算中荷載輸入值的選用是否正確，關(guān)系到整個工程項目的含鋼量是否正常，亦應(yīng)認(rèn)真對待。在高層住宅建筑中采用輕質(zhì)石膏板內(nèi)隔墻體系，主要的土建結(jié)構(gòu)造價（包括樓板、外墻、內(nèi)墻、梁、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系等）比傳統(tǒng)磚石混凝土體系的土建結(jié)構(gòu)造價可降低10%左右，而GRC（玻璃纖維增強水泥的簡稱）輕質(zhì)墻板容重僅相當(dāng)于同厚度粘土磚砌體密度的1/3，大大減少了結(jié)構(gòu)荷載，降低了整個建筑的梁、柱及基礎(chǔ)的截面積和含鋼量。

三、結(jié)構(gòu)布置—優(yōu)化設(shè)計.適當(dāng)減少剪力墻數(shù)量

在高層建筑結(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，因重疊部分不計入體積配箍率。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。

四、水平構(gòu)件—應(yīng)該路徑簡潔、形式合理

水平構(gòu)件的布置應(yīng)使傳遞荷載路徑簡潔，以最快的方式將樓面上的荷載傳遞到結(jié)構(gòu)主體上，再由結(jié)構(gòu)主體的框架柱、剪力墻等豎向構(gòu)件傳遞到基礎(chǔ)和地基。

如果采用的平面構(gòu)件布置荷載需要經(jīng)過多級次梁再傳遞到框架梁，就使得荷載傳遞路線曲折不明確，造成構(gòu)件受力復(fù)雜，一定會增加工程造價并影響含鋼量的控制。同樣，構(gòu)件形式的選擇也是這個道理，以地下室梁板式底板與平板式底板的比較為例，帶樁基礎(chǔ)的地下室底板，采用梁板結(jié)構(gòu)要比采用平板式結(jié)構(gòu)可節(jié)省用鋼量，但如果柱網(wǎng)中添加了次梁，則不僅使施工更為復(fù)雜，而且還會增加用鋼量，這一點已在大量工程中得到驗證。

五、結(jié)構(gòu)材料—宜采用高強度鋼筋

一般的辦公、住宅建筑，荷載不太大，但因為要滿足電線埋設(shè)等要求，板厚不宜小于100mm；而普遍的結(jié)構(gòu)布置原則，板的跨度不宜太小，應(yīng)使板的配筋由內(nèi)力控制而不是按構(gòu)造配置。為此，樓板配筋應(yīng)盡量采用HRB335或HRB400才能實現(xiàn)上述目的，實際經(jīng)驗表明采用高強度鋼筋可以節(jié)省用鋼量，而混凝土強度等級對減小配筋的作用很小，不管樓板是構(gòu)造配筋還是計算配筋，采用HRB400鋼筋可有效降低含鋼量。樓板結(jié)構(gòu)混凝土及鋼筋用量一般與建筑層數(shù)無關(guān)，若采用新型樓蓋體系和高強鋼筋可以更有效地減少含鋼量。采用高強度鋼筋，簡支邊支座鋼筋的數(shù)量沒有減少。

由于住宅板跨度較小，采用高強度鋼筋后，板底配筋大部分仍為構(gòu)造配筋，因此，節(jié)省鋼筋的數(shù)量比理論計算數(shù)值減少。板垮越大，節(jié)省的鋼筋越多。

六、結(jié)語

高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，對于含鋼量的控制不僅僅要依靠相關(guān)的工程設(shè)計人員，還需要其他相關(guān)方的支持和配合，與此同時，對含鋼量的控制除了要在宏觀制度方面進行合理的設(shè)置，也要在微觀方面可以細(xì)致考慮，對各個細(xì)微的影響因素充分的考慮，以便確保高層住宅可以安全、可靠的使用。