钢筋混凝土多高层住宅结构用钢量控制措施

郑建峰

(山西省建筑设计研究院，山西太原 030013)

钢筋混凝土多高层住宅结构用钢量控制措施

郑建峰

(山西省建筑设计研究院，山西太原 030013)

对建筑方案、结构方案、结构构造措施等影响钢筋混凝土高多层住宅用钢量的三个重要因素进行了分析，指出选取合理的结构体系、正确的荷载取值及适当的构造措施，可将用钢量降到最低。

多高层住宅，用钢量，结构体系

0 引言

近年来，随着我国房地产市场的兴盛，高层住宅的设计已成为许多设计院的主要工作任务。由于土地价格的不断上涨而导致了土地成本的不断增加，许多投资方和开发商越来越多的关注起项目的投资成本，其中高层住宅单位面积的用钢量则成为最受关注的指标之一，并常被作为设计合同的内容之一。合理的控制高层住宅的结构含钢量不仅能正确的反映结构工程师的技术水平，同时也是衡量一个设计单位技术水平和竞争力高低的一个重要标志。此外，在保证结构安全合理的前提下，控制结构的用钢量，有效的控制项目的建设成本，对于建设节约型社会有着重大意义。

处于不同自然条件下的高层住宅，其含钢量的差别是显著的。如在不同的抗震设防地区，高层建筑的抗震等级及设计采用的基本地震加速度是不同的，抗震构造措施的采用也是不同的，所以相同建筑布局的高层住宅在不同的抗震设防区所采用的结构形式是不同的，从而含钢量也是有很大差异的。本文在这里并不考虑自然条件对高层建筑用钢量的影响，而是重点从建筑方案和结构体系的选择及合理的结构构造措施等几个方面来阐述如何有效控制高层住宅用钢量。

1 建筑方案

对于高层住宅而言，建筑方案是影响建筑结构用钢量的重要因素之一。《高层建筑混凝土结构技术规程》第四章指出：在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀。高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用平面和竖向布置严重不规则的结构，因为简单合理的建筑方案布置，可以使相应的结构布置更合理，传力途径更加明确，结构的计算模型、内力和位移分析及限制薄弱部位出现都易于把握，对结构整体用钢量也可以很好的控制。但是，如果出现了平面和竖向不规则的现象，例如：底部大空间转换层的存在，平面凹进或突出的尺寸过大，出现细腰型或角部重叠，竖向外挑过大，超过规范限制等。针对这些不规则的现象，结构工程师需要采用相应的结构加强措施，有时甚至需要改变结构体系，从而导致建筑结构用钢量的极大提高。此外，建筑立面及竖向装饰线条的复杂程度也会在一定程度上影响建筑物最终的用钢量。

因此，建筑结构设计一直以来都强调概念设计的重要性，要求结构工程师在建筑方案设计阶段，就凭自身拥有的结构体系功能及其受力、变形的整体概念和判断力，用概念设计去帮助建筑师开拓或实现该建筑物业主想要的，或已初步构思的空间形式及其使用、构造与形象功能，并以此为目标，与建筑师一起构思总结构体系，并能明确结构总体系和主要分体系之间的最佳受力特征要求。这样不仅能提高结构布置的合理性，同时也能提高建筑结构的经济性。

2 结构方案

2．1 结构体系

当建筑方案基本敲定之后，结构工程师就要进行合理的结构体系的选择，并进行结构竖向构件的布置，这一步对于结构用钢量起到决定性的作用。不同结构体系对应不同的结构抗震等级，需采用不同级别的抗震构造措施，因而，结构用钢量会存在较大差异。例如：对于底部要求大空间的混凝土高层商住综合体，可采用框架剪力墙结构或框支剪力墙结构，但从用钢量的角度来讲，通常前者的用钢量更省。对于普通类小高层住宅，可采用剪力墙结构、短肢剪力墙结构和异形柱—剪力墙结构。与剪力墙结构相比较，短柱剪力墙的设计更为严格，计算用到的剪力设计值(对于抗震等级为一、二、三级的剪力墙)及墙体竖向配筋率均大于一般剪力墙结构。而异形柱—剪力墙结构抗扭能力较差，因此规范对其有着更加严格的要求，柱截面配筋率通常较大，经济性较差。所以从控制用钢量的角度出发，应该首选剪力墙结构。

2．2 剪力墙的平面布置

多高层住宅应该有较好的空间工作性能，剪力墙结构应该双向布置，并宜使两个方向刚度接近。剪力墙墙肢截面宜简单规则，布置均匀对称，并尽量布置在建筑周边，中间利用电梯井、楼梯间等竖向通道布置，这样可以保证结构的抗扭刚度，降低建筑的计算配筋。

墙肢布置的原则：墙肢数量宜少，墙肢截面宜长。因为结构的抗侧刚度达到一定程度后，再增加抗震墙的数量对减小已有墙肢的配筋并无帮助，反而会造成材料用量的增加。墙肢宜长是指尽量采用一般剪力墙(截面高度/截面厚度＞8)，减少短肢剪力墙(4＜截面高度/截面厚度＜8)的数量。长墙肢的抗侧刚度较短墙肢大，可以用较少数量的墙肢满足结构的抗侧刚度的要求，墙肢数量少，则材料用量小，利于控制用钢量。同短墙肢相比较，长墙肢边缘构件的间距大，在需要抵抗相同的倾覆弯矩的情况下，长墙肢边缘构件的计算配筋较短墙肢要小，也有利于减小结构的计算用钢量。此外，规范对短肢抗震墙的设计要求明显高于一般抗震墙，这势必造成用钢量的增加。采用长墙肢的同时，应注意调整墙肢的长度，以控制底层墙肢的轴压比满足规范可设置构造边缘构件代替约束边缘构件的要求，从而可以大大节约用钢量。

2．3 荷载取值

荷载取值的正确与否，关系到了一个建筑物的用钢量是否合理。建筑附加恒荷载应根据建筑条件图所提做法及建筑平面、立面布置详细进行计算，对于有门窗等大洞口处的荷载应进行合理的折减;而活荷载应该根据建筑功能严格按《建筑结构荷载规范》和《全国民用建筑工程设计技术措施》取值;对于一些有特殊要求的房间，应根据具体情况进行荷载的取值，不应盲目放大，导致用钢量的增加。另外可建议建筑师采用轻质墙体材料或楼面材料，降低竖向荷载和地震效应，从而达到降低用钢量的目的。

3 结构构造措施

采取了前文所述的措施之后，建筑物的整体用钢量得到基本控制，但是仍需要在构造措施方面采取适当的方法，将建筑物的用钢量控制在最合理的范围之内。

3．1 楼板

依据楼面荷载及结构平面布置确定整体建筑中大部分楼板的最小厚度，然后根据《混凝土结构设计规范》中关于板最小配筋率的规定，分析楼板配筋为受力配筋还是构造配筋，从而为楼板钢筋及混凝土标号选择合适的规格，达到节省用钢量的目的。

对一些板跨较大的楼板，可以采用加次梁分割的方式来减小板跨，从而减小板厚，降低板的配筋面积。而针对一些不能加梁的大板，则可采用一些比较新型的楼板体系，例如现浇混凝土空心楼盖。

此外，对双层双向配筋的屋顶楼板或其他需要增加抗裂钢筋的厚板，一般结构工程师习惯将受力钢筋直接拉通布置，极大地增加了楼板的用钢量。其实，可以将楼板支座筋仅在受力范围内设置，其余部位同抗裂钢筋搭接布置成双向的，抗裂钢筋直径远远小于受力支座钢筋的直径，这样可以大大降低楼板的整体用钢量。

3．2 梁

《混凝土结构设计规范》中规定：当梁腹板高度hw≥450时，梁每侧的纵向构造腰筋的截面面积不应小于腹板截面面积的0．1%，且其间距不宜大于200 mm。此项规定是为防止有可能在梁侧面产生垂直于梁轴线的收缩裂缝而制订的，但目前很多设计人员无论梁宽多少均用φ12的钢筋，实际上对于梁宽不大于250的梁，例如腰筋间距取200，φ10的钢筋就足够了。

悬挑长度较大的悬臂梁，不论其承受的是均布荷载还是梁端集中荷载，其弯矩内力都是急剧下降的，因此当面筋较多时，除角筋需伸至梁端外，其余尤其是下排钢筋均可在跨中切断，既节省钢筋又方便施工，是一种确实可行的方法。

4 结语

钢筋混凝土多高层住宅用钢量的控制，需要结构工程师在设计中对建筑方案及结构的整体受力变形有着正确的概念理解，可以从宏观角度确定合理的建筑结构方案，并进行结构的整体计算;在构件的设计过程中，可以严格遵守规范要求，不擅自放大构件配筋，从微观角度控制构件的配筋，从而在保证结构安全合理的前提下，控制建筑结构的用钢量。

［1］中国建筑工业出版社．高层建筑混凝土结构技术规程［M］．北京：中国建筑工业出版社，2012．

［2］中国建筑科学研究院．混凝土结构设计规范［M］．北京：中国建筑工业出版社，2012．

［3］国家标准建筑抗震设计规范管理委员会．建筑抗震设计规范［M］．北京：中国建筑工业出版社，2012．

［4］李国胜．多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例［M］．第2版．北京：中国建筑工业出版社，2012．

［5］彭诗明，王 燕．建筑结构设计中用钢量优化设计的探讨［J］．工业建筑，2008(38)：367-369．

The control measures of steel consumption in reinforced concrete high-rise residential structures

ZHENG Jian-feng

(Shanxi Architectural Design Research Institute，Taiyuan 030013，China)

This paper analyzed three important factors of construction schemes，structure schemes，structure measures influence of steel consumption in reinforced concrete high-rise residential structures，pointed out that the reasonable choice of structural system，correct load sampling and appropriate construction measures，could reduced to the most low of steel consumption．

high-rise residential，steel consumption，structure system

TU375

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.111

1009-6825(2013)10-0033-03

2013-01-27

郑建峰(1978-)，男，工程师