探討建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中控制鋼筋含量的方法

1、探討建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中控制鋼筋含量的方法    摘要：本文分析了建筑工程中影響用鋼量的因素，并針對這些因素，提出了在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中控制用鋼量的方法，有一定參考價值。 關(guān)鍵詞：用鋼量；宏觀控制；微觀入手；建筑規(guī)則性；配筋構(gòu)造 中圖分類號：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： 一、引言：隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，國家各項規(guī)章制度也日臻完善。土地出讓方式的改變，以及土地價格和國家各種規(guī)費(fèi)的大幅度提高，特別是國家這兩年對房地產(chǎn)行業(yè)采取了各種宏觀調(diào)控措施，消費(fèi)者買房時也越來越理智，方方面面都要求開發(fā)商在各個環(huán)節(jié)都不能疏忽。在這種大背景下，項目的成本控制開始前所未有的

2、被重視起來。而首當(dāng)其沖的就是土建成本，結(jié)構(gòu)成本更是從嚴(yán)控制。目前各項工程甲方都不約而同提到結(jié)構(gòu)用鋼量指標(biāo)，各個設(shè)計院經(jīng)營管理部門對這方面體會可能最深。一棟單體鋼筋混凝土建筑物，其單位面積用鋼量的大小不僅反映出設(shè)計人員的技術(shù)水平，更重要的是成為投資方最為關(guān)注的指標(biāo)。它將直接影響房地產(chǎn)開發(fā)項目的經(jīng)濟(jì)效益，對此設(shè)計方應(yīng)給予充分的理解和配合。除了建筑設(shè)計方案之外，房地產(chǎn)公司經(jīng)常以單體建筑的含鋼量作為衡量設(shè)計院水平的標(biāo)準(zhǔn)。房地產(chǎn)公司通過多年的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，積累了含鋼量的一般范圍，在洽商階段會將含鋼量指標(biāo)寫入合同條款，要求設(shè)計人員嚴(yán)格執(zhí)行?？刂坪摿坎粌H是結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計人員的任務(wù)，同時需要建筑、電氣、暖通、給排

3、水等專業(yè)通力合作。房地產(chǎn)公司下達(dá)的設(shè)計時間往往較為緊迫，隨著設(shè)計院市場化發(fā)展，為了提高競爭力，擬定控制含鋼量的措施勢在必行。 二、影響用鋼量的宏觀控制  影響建筑物結(jié)構(gòu)用鋼量的宏觀因素，主要是指結(jié)構(gòu)的規(guī)則性。舉個簡單的例子，我們在教科書上的結(jié)構(gòu)都是我們俗話所說的“火柴盒”其使用功能單一，立面簡單，柱網(wǎng)整齊，結(jié)構(gòu)規(guī)則整齊，傳力途徑明確，很明顯那是為了教學(xué)，簡化的結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)作為規(guī)則的結(jié)構(gòu)，配筋將是最小的；現(xiàn)在建筑功能復(fù)雜，立面變化裝飾變化多樣，所有諸多因素，造成結(jié)構(gòu)變化影響結(jié)構(gòu)的不規(guī)則，各類結(jié)構(gòu)不規(guī)則，在設(shè)計規(guī)范中都有相關(guān)的判別計算方法，并給出了相關(guān)的加強(qiáng)措施，所謂加強(qiáng)措施，即各類

4、結(jié)構(gòu)不規(guī)則性的代價，這些代價或是加強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，或是影響部分建筑功能（如設(shè)縫等）方法較多，不足而一，簡單的概括可以理解為，所有的結(jié)構(gòu)不規(guī)則性都是結(jié)構(gòu)為適應(yīng)建筑而產(chǎn)生，而為解決結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性對建筑產(chǎn)生的不利影響，必然是有代價的，這個代價當(dāng)然也包含用鋼梁的增加，造價的提高。作為設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)建筑的不規(guī)則性，作出判別并采取有針對性的加強(qiáng)，避免薄弱部位過早的破壞，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞而對生命財產(chǎn)造成巨大的損失。  首先是建筑物的體型：（1）平面形狀：若平面較規(guī)則、凹凸少則用鋼量就少，反之則較多，每層面積相同或相近而外墻長度越大的建筑，其用鋼量也就越多，平面形狀是否規(guī)則不僅決定了用鋼量的多少，而且還可衡

5、量結(jié)構(gòu)抗震性能的優(yōu)劣，從這點(diǎn)上分析得知用鋼量節(jié)約的結(jié)構(gòu)其抗震性能未必就低。（2）豎向布置：這是指豎向體型的規(guī)則性和均勻性，即外挑或內(nèi)收程度以及豎向剛度有否突變等。如側(cè)向剛度從下到上逐漸均勻變化，則其用鋼量就較少，否則將增多，較典型的有豎向剛度突變的設(shè)轉(zhuǎn)換層的高層建筑。（3）抗側(cè)力構(gòu)件位置：剛度中心與質(zhì)量中心相重合或靠近，或者抗側(cè)力構(gòu)件所在位置能產(chǎn)生較大的抗扭剛度，結(jié)構(gòu)的抗扭效應(yīng)小，因而結(jié)構(gòu)整體用鋼量就少，反之則多。在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中由于剪力墻的布置不合理，形心與質(zhì)量中心偏離大，造成結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)嚴(yán)重，對于結(jié)構(gòu)的整體抗扭能力一般較難通過材料來解決，必要的時候只能通過調(diào)整結(jié)構(gòu)布置解決；（4）其

6、他由于建筑要求而出現(xiàn)的豎向構(gòu)件的轉(zhuǎn)換，大的錯層、躍層等結(jié)構(gòu)，由于其受力的復(fù)雜性以及截面較大，用鋼量一般比正常結(jié)構(gòu)要多。（5）豎向高寬比、平面長寬比、平面長度尺寸、 柱網(wǎng)尺寸、 層高等因素也會對用鋼量產(chǎn)生影響，但這些往往是由于建筑本身的要求決定，建筑師一般都會注意這些問題。  在設(shè)計中許多年輕的設(shè)計人員一看到結(jié)構(gòu)超筋信息，就認(rèn)為是構(gòu)件斷面小，不能滿足強(qiáng)度要求，想只要通過增加構(gòu)件斷面就能解決超筋的問題，結(jié)果是經(jīng)過調(diào)整，解決了這邊超筋的問題，那邊又超筋了，有的是越調(diào)整結(jié)果越差，這時候最能看的出設(shè)計人員的設(shè)計概念，首先我們應(yīng)當(dāng)仔細(xì)分析超筋信息究竟是什么指標(biāo)超限，現(xiàn)在進(jìn)入計算機(jī)輔助設(shè)計的時代，

7、結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)設(shè)計更加注重概念設(shè)計，許多時候計算超限并不一定是構(gòu)件強(qiáng)度不足，而是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)平面或豎向不規(guī)則，所引起的應(yīng)力集中，導(dǎo)致的產(chǎn)生薄弱部位，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本概念需要仔細(xì)分析，采取有針對性的措施，能夠得到比較理想的結(jié)果。  三、影響用鋼量的微觀因素  影響建筑物結(jié)構(gòu)用鋼量的微觀因素主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)工程師對結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體操作上，主要是構(gòu)件的配筋構(gòu)造。（1）構(gòu)件的配筋構(gòu)造：由于設(shè)計規(guī)范中有明確具體的規(guī)定，在設(shè)計中通常都不應(yīng)違反，但在符合規(guī)范規(guī)定的前提下，仍有不少設(shè)計技巧能達(dá)到節(jié)省用鋼量的目的。歸納起來主要是滿足構(gòu)件的承載力要求，同時也需要滿足各類構(gòu)件最小配筋率要求。充

8、分利用混凝土構(gòu)件剛度大，抗壓性好的特點(diǎn)，鋼筋則是抗拉強(qiáng)度高，抗剪性能較好，但對剛度的影響較小。對于受彎、抗剪等構(gòu)件，對于梁，承受較大荷載的樓板等構(gòu)件，優(yōu)先使用高強(qiáng)度的鋼筋，可使用HRB335、HRB400級，甚至HRB500級，對于柱、墻等構(gòu)件，對于主要按照軸壓比控制的構(gòu)件，應(yīng)充分利用混凝土的抗壓強(qiáng)度，可選用滿足設(shè)計要求的混凝土，對鋼筋而言強(qiáng)度不一定要很高，只需要滿足最小配筋率的要求，選用HRB335級、HRB400級即可，規(guī)范中允許HRB400級以上鋼筋最小配筋率適當(dāng)減小。（2）各類零星構(gòu)件：許多零星構(gòu)件如飄窗、坡頂、建筑裝飾線條、裝飾構(gòu)件等，許多設(shè)計人員在設(shè)計過程中往忽略其做法，殊不知部分

9、零星構(gòu)件在部分建筑中由于量大，施工困難對建筑造價的影響不容忽視。部分設(shè)計人員按照混泥土整體澆筑簡單的布置一下鋼筋，直接后果就是設(shè)計及不合理不但施工極為困難，加大不必要的結(jié)構(gòu)自重，成品質(zhì)量難以保證，部分由于受力不合理還有安全隱患。（3）選擇合理的材料，減輕非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如填充墻、裝飾構(gòu)件）的重量，結(jié)構(gòu)地震作用的大小與結(jié)構(gòu)自重成正比。  四、影響用鋼量的其它因素  結(jié)構(gòu)用鋼量的多少還與建筑物抗震等級有關(guān)，相同的建筑物，設(shè)計8度抗震的肯定比7度抗震的用鋼量多，這是不言而喻的，因此比較用鋼量時應(yīng)在相等或相近的條件下進(jìn)行，否則將無法得出準(zhǔn)確答案。即使抗震烈度相同，相同類型的建筑物所處的

10、場地情況和基礎(chǔ)型式不同，其用鋼量也有相當(dāng)大的差別。當(dāng)場地地質(zhì)條件較好時，其基礎(chǔ)用鋼量就很少。因此，在比較建筑物單位面積用鋼量時，必須將地下結(jié)構(gòu)與地上結(jié)構(gòu)分別計算，否則將得不出實(shí)質(zhì)性的結(jié)論。通過筆者統(tǒng)計普通的民用建筑的上部結(jié)構(gòu)含鋼量會在一個相對穩(wěn)定的范圍，當(dāng)含鋼梁偏離正常范圍的1.3倍以上應(yīng)仔細(xì)分析含鋼量偏離較大的原因。  參考文獻(xiàn)：  1 杜明干,鄧莎莎.上海地區(qū)住宅含鋼量“偏高”原因淺析J.工程建設(shè)與設(shè)計,2009,(4):36-38 2 李育楷,王全鳳.不需要計算機(jī)的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化概念設(shè)計J.工業(yè)建筑,2001,31(10):21-23+65 3 楊毅.淺談結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計J.廣東科技,2007,(12