淺析高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中的含鋼量控制

摘要：在建筑工程施工中，為有效提升項目建設(shè)經(jīng)濟(jì)效益，很多開發(fā)商將含鋼量定為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的限額指標(biāo)。對此，本文首先對含鋼量實際統(tǒng)計分析方法進(jìn)行介紹，然后對高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中含鋼量的影響因素進(jìn)行分析，并對高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中含鋼量控制方法進(jìn)行探究，以期為實際工程結(jié)構(gòu)設(shè)計提供借鑒。

關(guān)鍵詞：高層住宅結(jié)構(gòu);含鋼量;影響因素;控制要點

1 引言

在城市規(guī)劃建設(shè)中，城市開發(fā)土地用地資源日漸緊張，因此，高層建筑建設(shè)數(shù)量不斷增多。在高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中，首先需保證建筑質(zhì)量和安全性，然后通過優(yōu)化設(shè)計，降低住宅結(jié)構(gòu)含鋼量，能夠有效降低施工成本。由此可見，對高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中含鋼量控制要點進(jìn)行研究意義重大。

2 鋼材含量的實際統(tǒng)計分析

在高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中，含鋼量是十分重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。含鋼量指標(biāo)的計算方法為總用鋼量除以建筑面積，單位為kg/m2。在砌體結(jié)構(gòu)中，鋼筋用量比較少;而在混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋用量較多。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋為骨架部分，梁、板、柱是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件。以6度區(qū)為例，不同層數(shù)的住宅標(biāo)準(zhǔn)層含鋼量大致為：多層砌體結(jié)構(gòu)：20kg/m2，多層框架結(jié)構(gòu)：30 kg/m2，小高層剪力墻結(jié)構(gòu)：35kg/m2，高層剪力墻結(jié)構(gòu)：40kg/m2。

3 高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中含鋼量影響因素

3.1 平面體型的規(guī)則性和均勻性

建筑平面體形均勻性以及規(guī)則性會對高層建筑工程含鋼量產(chǎn)生較大影響，在建筑平面體形中，平面剛度以及內(nèi)收程度均會對XY軸動力特性產(chǎn)生較大影響。如果抗側(cè)力構(gòu)件布置比較合理，則結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心以及剛度中心比較接近，有利于將結(jié)構(gòu)位移比控制在允許范圍內(nèi)，有利于結(jié)構(gòu)的抗震性能。

3.2 高寬比控制

在設(shè)計高層尤其是超高層戶型平面時，高寬比控制是建筑師必須予以高度重視的因素，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，如果抗震設(shè)防區(qū)為6度以及7度，則框剪結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)高寬比不宜大于6，在抗震超限審查中，對于高寬比超限沒有明確規(guī)定，但是如果高寬比超限，則應(yīng)采用適宜的結(jié)構(gòu)措施，可能會造成項目建設(shè)成本增加。

3.3 合理判斷轉(zhuǎn)換層

轉(zhuǎn)換層所需配筋量一般為兩到三個標(biāo)準(zhǔn)層配筋量的總和，在高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中需合理判斷轉(zhuǎn)換層。某樓層出現(xiàn)轉(zhuǎn)換構(gòu)件，該樓層是否判定為轉(zhuǎn)換層，主要依據(jù)是否形成薄弱層或者軟弱層，以及框支剪力墻數(shù)量（具體問題具體分析）。如某結(jié)構(gòu)樓層存在個別框支剪力墻，經(jīng)判斷可不作為轉(zhuǎn)換層，則該結(jié)構(gòu)不必執(zhí)行復(fù)雜高層相關(guān)規(guī)定，僅對轉(zhuǎn)換構(gòu)件執(zhí)行規(guī)范相應(yīng)措施，或者抗震等級（按照非復(fù)雜高層確定的抗震等級）提高一級，或?qū)υ摌?gòu)件做中震下的性能設(shè)計。另外，還應(yīng)注意，對于地下轉(zhuǎn)換高層建筑工程結(jié)構(gòu)以及地面轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)，在具體的設(shè)計中應(yīng)做好合理區(qū)分。

3.4 層高控制

在高層建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計時，在滿足建筑立面以及使用凈高設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，通過降低層高，可縮小豎向構(gòu)件長度以及體積，同時還能夠降低基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、樁基施工成本。在地下室施工中，如果層高降低100mm，則 項目總投資能夠減少30～40元/m?。在減少高層建筑層高時，可通過結(jié)構(gòu)專業(yè)對梁高進(jìn)行有效控制，對于部分部位，可采用變截面梁或者梁中預(yù)埋管套的措施，確保符合凈高要求。

4 高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中的含鋼量控制要點

4.1 建筑方案設(shè)計的合理優(yōu)化

在高層住宅結(jié)構(gòu)方案設(shè)計階段，方案設(shè)計師應(yīng)與結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)進(jìn)行多方案的對比分析，在滿足建筑平面規(guī)則、建筑立面簡潔化設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，妥善協(xié)調(diào)建筑結(jié)構(gòu)以及經(jīng)濟(jì)效益之間的關(guān)系。不同結(jié)構(gòu)體系設(shè)計方案對于高層住宅建筑建設(shè)成本的影響比較大，通常情況下，在當(dāng)前的高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中，一般采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系，另外，少部分建筑工程由于功能設(shè)計要求，采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)。框支剪力墻結(jié)構(gòu)的鋼含量比較多，應(yīng)盡量避免采用。

4.2 經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)形式

高層住宅基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型對于整個建筑工程用鋼量的影響比較大，在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，首先需對建筑工程施工現(xiàn)場地質(zhì)勘察報告進(jìn)行分析。如果采用灌注樁基礎(chǔ)，則應(yīng)采用大直徑少樁數(shù)布置原則;如果采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，則對于塔樓部分，可優(yōu)先采用樁徑為500mm的管樁;對于地下室結(jié)構(gòu)可采用樁徑為400mm的管樁;如果高層住宅建筑工程施工區(qū)域地層中含有溶洞、土洞等，則可采用復(fù)合地基筏板基礎(chǔ)。根據(jù)高層住宅建設(shè)區(qū)域地質(zhì)條件選擇適宜的基礎(chǔ)形式，能夠有效減少鋼材使用量。

4.3 優(yōu)化構(gòu)件設(shè)計

4.3.1 優(yōu)化剪力墻布置

在高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在保證結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上可加長剪力墻長度，減小剪力墻數(shù)量，通過減少剪力墻結(jié)構(gòu)數(shù)量，能夠有效降低含鋼量。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，短肢剪力墻配筋率遠(yuǎn)高于一般剪力墻，因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)注意盡量避免采用短肢剪力墻，減少配筋率。

4.3.2 優(yōu)化梁的布置及配筋

在整個高層住宅建筑工程建設(shè)成本中，樓蓋占9%～13%，同時樓板重量為整個工程項目的22%左右，而梁是樓蓋中十分重要的組成部分，梁的布置形式會對板實際受力情況以及配筋產(chǎn)生較大影響，只有優(yōu)化梁布置形式，才能夠?qū)こ添椖拷ㄔO(shè)造價進(jìn)行有效控制。在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，可取消小跨度樓板下部為支撐上部較短填充墻而設(shè)置的小梁，通過減少梁數(shù)量，能夠有效節(jié)約施工成本。

4.3.3 混凝土標(biāo)號的合理采用

在工程項目施工中，如果混凝土標(biāo)號增加一級，則單價可提高5%～8%之間，混凝土標(biāo)高對于柱及剪力墻軸壓比的影響比較大，而對于梁承載力的影響比較小，因此，在柱以及剪力墻施工中，可采用高標(biāo)號混凝土，而在梁施工中，可采用低標(biāo)號混凝土。在板設(shè)計中，通過提高混凝土標(biāo)號，能夠有效提高結(jié)構(gòu)承載力，但是也會造成最小配筋率增大，因此，可采用低標(biāo)號混凝土。

4.3.4 控制樓板的厚度

樓板結(jié)構(gòu)厚度會對結(jié)構(gòu)荷載產(chǎn)生較大影響，比如20mm厚樓板的自重為標(biāo)準(zhǔn)層總荷載的3.3%左右，如果樓板厚度增加，則荷載加大，同時梁，墻，基礎(chǔ)均會增加，導(dǎo)致施工成本增加。另外，如果樓板標(biāo)準(zhǔn)層比較小，則對于配筋，可根據(jù)最小配筋率進(jìn)行計算，如果樓板厚度增加，則會造成施工成本增加。因此，為降低配筋率，應(yīng)根據(jù)實際情況適當(dāng)調(diào)整樓板厚度。

4.3.5 地下室頂板結(jié)構(gòu)形式的合理選擇

對于地庫頂板，無梁樓蓋造價成本低于大板結(jié)構(gòu)，其抗垮塌冗余度沒有普通梁板結(jié)構(gòu)大，延性稍差，破壞經(jīng)常是突發(fā)性的?！靶≈W(wǎng)”的造價成本低于“大小柱網(wǎng)”，不僅僅是頂板，柱跨小減小底板基礎(chǔ)厚度。小柱網(wǎng)地下室梁高低可減小層高，進(jìn)一步可節(jié)約基坑圍護(hù)費用，并縮短施工周期。小柱網(wǎng)施工成本比較低，對于占工程支出大頭的鋼筋、混凝土用量基本都可節(jié)約10%。小柱網(wǎng)在車位數(shù)量上不遜于大柱網(wǎng)，但在工程造價方面有著突出的優(yōu)勢。

5 結(jié)語

綜上所述，本文主要對高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中含鋼量控制方法進(jìn)行了探究。在高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)工程師、業(yè)主需加強(qiáng)配合，應(yīng)注意在整個項目設(shè)計全過程中加強(qiáng)含鋼量控制，選擇適宜的結(jié)構(gòu)體系，選擇經(jīng)濟(jì)效益最高的結(jié)構(gòu)布置方案。另外，還應(yīng)注意減小構(gòu)件截面以及板厚度，降低梁高，適當(dāng)增加樓層凈高，可在保證結(jié)構(gòu)承載力的基礎(chǔ)上降低施工成本。

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作者簡介：王小兵（1985.08.24）男，碩士，工程師，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。