建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中節(jié)省含鋼量方法淺談

張嘉榮

（廣州市白云建筑設(shè)計(jì)院有限公司）

1 引言

房地產(chǎn)建筑事業(yè)的蓬勃發(fā)展加強(qiáng)了對建筑材料合理使用和科學(xué)規(guī)范要求。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)市場的競爭日趨激烈，甲方將含鋼量的多少作為選擇設(shè)計(jì)單位的優(yōu)先條件?，F(xiàn)在許多建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)公司要求一定要做到滿足甲方的合同限額要求。從理論上講，人們應(yīng)該把避免浪費(fèi)和優(yōu)化設(shè)計(jì)作為最終的目的，而不能一味的追求低的含鋼量。從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全程角度考慮，結(jié)構(gòu)本身與建筑方案都會影響含鋼量的大小，只有綜合考慮各方面的因素才能設(shè)計(jì)出更為安全更為經(jīng)濟(jì)的建筑。在建筑材料中，結(jié)構(gòu)含鋼量的高低控制著工程建設(shè)的總成本，它影響著后續(xù)工程造價(jià)的估算，而結(jié)構(gòu)的主體部分約占總造價(jià)的50%。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不同的區(qū)域、不同的建筑都會影響結(jié)構(gòu)含鋼量的大小，追求以最少的成本得到最安全、經(jīng)濟(jì)、美觀的結(jié)構(gòu)是開發(fā)商共同的目標(biāo)。

2 影響建筑結(jié)構(gòu)中含鋼量的主要因素

2.1 復(fù)雜的建筑平面形狀和地震烈度

復(fù)雜的建筑平面設(shè)計(jì)會影響建筑含鋼量大小。復(fù)雜的平面形狀會增加建筑的施工難度，其中為了增加凹凸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量增加含鋼量，同時(shí)，凹凸面的設(shè)計(jì)會提高對建筑材料的要求，例如，建筑結(jié)構(gòu)的采光和保溫都要考慮到結(jié)構(gòu)的平面形狀，這樣不但增加了建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)成本，還增加了對建筑結(jié)構(gòu)含鋼量的控制難度。建筑結(jié)構(gòu)因地震強(qiáng)度的不同而不同。建筑設(shè)防烈度范圍在Ⅶ度和Ⅷ度時(shí)，結(jié)構(gòu)所承受的地震作用會相差約40%，而不同地區(qū)的建筑其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也不相同，在地震頻繁、震害較大的地區(qū)，建筑物的含鋼量顯著的高。一般來說，地震頻發(fā)地區(qū)的建筑較沒有地震的地區(qū)考慮的因素比較多，設(shè)計(jì)和含鋼量也相對嚴(yán)格。建筑結(jié)構(gòu)會因不同類別的建筑場地而不同，相應(yīng)承載力的不同會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)含鋼量的不同，因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須根據(jù)地基承載力和建筑場地的類別來確定含鋼量的大小。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)的高度

合理的控制建筑物的高度關(guān)系到結(jié)構(gòu)含鋼量的大小。城市化進(jìn)程的推進(jìn)、建筑用地的緊缺以及土地價(jià)格的上漲決定了高層建筑的類型，建筑物高度的限制決定了承載力強(qiáng)度的大小，也間接的控制了結(jié)構(gòu)含鋼量的多少。對于地下室的建造，應(yīng)該根據(jù)其嵌固條件的實(shí)際情況來確定含鋼量的多少。高層建筑的布置應(yīng)該盡量均勻、對稱以及分散，避免因兩個(gè)方向剛度不同而引起的扭轉(zhuǎn)問題。另外，應(yīng)該注意適當(dāng)減少高層建筑中的剪力墻數(shù)量，在水平布置的構(gòu)件中應(yīng)盡量使力的傳遞路徑簡單明確，從而減少工程的造價(jià)。在計(jì)算承受荷載的主配筋結(jié)構(gòu)時(shí)，要合理考慮其有利影響和不利影響，例如，采用中震彈性和中震不屈原則設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)重要構(gòu)件的安全性，這種荷載的計(jì)算工程量非常大，一般采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，但是實(shí)際建筑物的含鋼量會大于計(jì)算模擬的結(jié)果。

2.3 控制使用的材料

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，鋼筋主要功能是承重，所以在設(shè)計(jì)時(shí)盡量減少其他建筑材料的使用，從而減少結(jié)構(gòu)的含鋼量。結(jié)構(gòu)材料的使用應(yīng)優(yōu)先考慮高強(qiáng)度的鋼筋，比如，HRB400鋼筋或者HRB500鋼筋。利用三級鋼筋替換二級和一級鋼筋對降低結(jié)構(gòu)的含鋼量是最直接的，另外，三級鋼筋還可以解決施工中鋼筋過密的問題，緩解梁柱節(jié)點(diǎn)過密以致混凝土不密實(shí)的質(zhì)量問題。在科技進(jìn)步與發(fā)展和新型建筑材料不斷涌現(xiàn)的情況下，選擇污染少和性價(jià)比高的建筑材料能夠很好的控制建筑的含鋼量。建筑設(shè)計(jì)從始至終遵循強(qiáng)柱弱梁的原則，利用有利因素規(guī)避不利因素，通過整體設(shè)計(jì)完善整個(gè)建筑，合理的控制結(jié)構(gòu)的含鋼量。

2.4 鋼筋的加工條件以及造價(jià)

在實(shí)際的建筑工程中，根據(jù)實(shí)際的問題和實(shí)際情況來選擇鋼筋，事先了解鋼筋的加工條件和造價(jià)，在保證質(zhì)量一致的情況下，選擇造價(jià)低的鋼筋，避免造成不必要的浪費(fèi)?？傊鶕?jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，選擇性價(jià)比高的鋼筋才能合理的控制結(jié)構(gòu)的含鋼量。

3 工程實(shí)例分析

一個(gè)小區(qū)的建筑工程，一共有8棟樓，每棟的要求必須有30層，且附帶2層地下室。地下2層是車庫，地下每層的高度分別為4.8m和3.9m。地上第一層架空，從第二層以上為居民住宅，總建筑面積為12萬m2。接下來選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層來進(jìn)行分析，如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

3.1 在建筑結(jié)構(gòu)體型設(shè)計(jì)上控制含鋼量

從圖1中可以看出樓梯和電梯把左右兩側(cè)的建筑連接起來，整個(gè)結(jié)構(gòu)的布置很不規(guī)則，受力比較復(fù)雜，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，中間部位比較單薄，承載力會不足，通過與建筑方的協(xié)調(diào)進(jìn)行了一定的調(diào)整，用剪力墻取代短肢剪力墻，并在在中間加上樓板，控制適當(dāng)數(shù)量的墻體和結(jié)構(gòu)的墻體剛度。目前，設(shè)計(jì)單位主要使用的軟件為PKPM，其中有很多參數(shù)需要進(jìn)行設(shè)置，參數(shù)的合理性直接影響計(jì)算結(jié)果的真實(shí)性。比如，地震信息中周期的折減系數(shù)如表1所示。

表1 結(jié)構(gòu)折減系數(shù)

3.2 在建筑中緊摳墻柱和梁配筋

此工程的板配筋與剪力墻是通過設(shè)計(jì)人員實(shí)際測量考察，并按照規(guī)范最小配筋率進(jìn)行設(shè)計(jì)的。非加強(qiáng)區(qū)200厚剪力墻水平筋為φ8@200，加強(qiáng)區(qū)200厚和250厚剪力墻水平筋為φ10@200，豎向筋為φ8@200，梁配筋將30層分為9段進(jìn)行設(shè)計(jì)。合理控制后的含鋼量經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表2所示。

表2 含鋼量經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

從表2中可以看住，在保證建筑質(zhì)量相同的情況下，可以明顯看出優(yōu)化后的含鋼量變少了，節(jié)約了資源，減少了成本。

4 控制建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中含鋼量的方法分析

4.1 與實(shí)力高、信譽(yù)高的設(shè)計(jì)單位合作

開發(fā)商一般會選用實(shí)力高和信譽(yù)高的設(shè)計(jì)單位，這樣的單位效率高，容易設(shè)計(jì)出符合開發(fā)商品味的建筑設(shè)計(jì)圖，并且在符合要求的前提下最大限度的控制建筑結(jié)構(gòu)的含鋼量。建筑設(shè)計(jì)形狀的不同直接影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，外凹和內(nèi)斂會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)兩個(gè)方向的剛度不均勻，直接影響結(jié)構(gòu)的配筋。

4.2 根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定含鋼量

對于柱的配筋，設(shè)計(jì)人員在配筋的時(shí)候應(yīng)該了解掌握混凝土的造價(jià)和混凝土的強(qiáng)度，分析科學(xué)合理的軸壓比，使大部分柱配筋都是依靠構(gòu)造配筋來支配。對于梁配筋，沿梁全長的底面和頂面配置兩根縱向配筋，且不小于梁兩端頂面與底面的最大截面的1/4，梁的架力筋應(yīng)該達(dá)到抗震規(guī)范設(shè)計(jì)規(guī)定的指標(biāo)。對于剪力墻配筋，應(yīng)該按照抗震等級和剪力墻位置確定最小配筋率和配箍率，箍筋的間距不必取50的倍數(shù)，應(yīng)該根據(jù)計(jì)算和最小配筋率來進(jìn)行確定。在進(jìn)行多層磚混住宅設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)磚墻上的梁參考非框架的梁結(jié)構(gòu)，從而減輕相關(guān)工作人員的工作量。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的條令，沿梁的腹板高度設(shè)置構(gòu)造鋼筋，且每個(gè)側(cè)面的鋼筋總截面應(yīng)該大于腹板面積的0.1%。在建筑理論中，彈性理論和塑性理論是計(jì)算板配筋的依據(jù)，當(dāng)混凝土表現(xiàn)為彈性性質(zhì)時(shí)，采用彈性理論來計(jì)算變形及其內(nèi)力的大??；當(dāng)混凝土表現(xiàn)為塑形性質(zhì)時(shí)，根據(jù)塑形理論進(jìn)行計(jì)算。

5 結(jié)束語

科學(xué)合理地對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，能夠最大限度控制結(jié)構(gòu)的含鋼量。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的含鋼量會影響工程的總造價(jià)，在進(jìn)行工程建筑時(shí)，控制建筑結(jié)構(gòu)的含鋼量是一個(gè)重要的問題，它使建筑設(shè)計(jì)更加的科學(xué)合理。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，鋼筋主要功能是承重，所以在設(shè)計(jì)時(shí)盡量減少其他建筑材料的使用，從而減少結(jié)構(gòu)的含鋼量。

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