高层住宅结构设计中含钢量控制的具体方法

韦家宁

摘 要：我国经济建设的高速发展，国家关于土地出让方式的政策也日益完善。城市化的快速发展，使得城市用地越来越紧张，可供住宅开发的用地逐渐减少，土地价格也大幅度提高。在这样的背景下，控制建筑，特别是高层住宅的项目成本前所未有的被重视起来，建筑项目的投资方不约而同地把控制成本的方法指向了结构用钢量指标。在建筑方案设计的过程中，如何在保證建筑结构安全的前提下，尽可能地减少结构中的含钢量，提高工程项目的经济效益，成为高层住宅结构设计中的一项不可忽视的重要项目。

关键词：高层住宅；结构设计；含钢量控制；具体方法

【引言】在城市可供住宅用地开发减少的背景下，占地面积小的高层住宅成为广受开发商青睐的工程开发方式，也成为城市居民居住建筑的主要形式。土地建设，特别是高层住宅建设是一项很庞大的工程，在工程设计和施工的过程中会牵扯到很多效益方面的问题。高层住宅结构设计中的含钢量是项目总造价的一项非常重要的经济和技术指标，实际中含钢量的控制，不仅需要专业结构设计人员进行有效的设计，也需要建筑、电气、排水等专业的合作。深入研究影响高层住宅耗钢量的因素，具体的设计出控制耗钢量的方法，是一项亟待解决的问题。

一、影响高层住宅含钢量的主要因素

1、建筑方案

高层住宅的建筑方案是影响建筑物含钢量的关键因素。建筑方案的出台决定了建筑物的含钢量，甚至在出台后的建筑方案上做小小的改动，也会对整体建筑物的含钢量产生重大影响。例如，位于建筑物三层以上，转换层所需的含钢量会相对降低，此外，建筑物整体的平整性、建筑物的底部空间的结构、建筑物的总高度等因素都会对建筑物的含钢量有影响。

2、结构方案

高层住宅的结构方案是影响建筑物含钢量的重要因素。建筑中的结构方案决定着建筑物的整体结构，也决定着建筑物的抗震等级，还决定着建筑物的含钢量。在提高建筑物的抗震能力方面，高层住宅既可以选择剪力墙，也可以选择转换层，但是，如果考虑到结构设计中的含钢量，选择剪力墙的设计方案更有利于减少建筑物的含钢量。因此，高层住宅结构设计，既要考虑到建筑物的安全性，又要考虑到建筑物的舒适性，设计出最佳的结构方案。

3、构件设计

高层住宅的构件设计是影响建筑物含钢量的主要因素。从建筑物的整体结构设计来看，构件设计最简单也最有难度的一项内容。说其简单是因为建筑方案和结构方案的出台，已经将建筑物的含钢量控制在了合理的范围，大致的含钢量指标基本确定，而构件设计只需要将各个部分的含钢量指标落实到实处；说其有难度，是因为设计人员需要确定不同构件的具体配筋量，而配筋量的确定需要乘以一定的系数，这个系数不是确定不变的，设计人员难以很好的掌握。

二、控制高层住宅结构设计中的具体方法

1、选取适当的荷载

建筑物的歪曲和位移程度与建筑物的高度成正比例关系，一般而言，建筑物的高度增加，会使水平荷载增大，不仅会明显加大建筑结构的内力，也会加大建筑结构侧向位移的几率。关于建筑物的负荷，既需要抵抗竖直荷载，也需要抵抗水平荷载，而对于高层建筑而言，抗侧力是高层建筑结构设计中的主要问题，因此，建筑物的结构要更多的考虑到水平负荷能力。在地质构造不平稳的地区，或者是地震频发区，底下的岩石运动对高层建筑物的威胁较大，所以必须加强高层建筑的水平负荷能力。结构计算中的负荷输入值，关系到整体建筑物的含钢量。在材料的选择方面，应该尽量选择轻质材料，降低结构的自重。在高层建筑的室内填充墙的选择方面，要尽量选择土建结构造价比传统砖石混凝土体系结构造价低的轻质内隔墙体系，玻璃纤维增强水泥轻质墙板的厚度大大低于黏土砖砌体的厚度，有利于降低建筑结构的荷载，从而降低整个建筑的含钢量。

2、适当减少剪力墙的数量

在设计剪力墙暗柱时，要尽量避免重复，适当减少剪力墙的数量。在高层建筑的连体部位，在满足限定指标的前提下，采用大开间剪力墙布置的方法，可以减少剪力墙的数量，从而减少建筑物的含钢量。根据实际经验，加大剪力墙之间的间距减少剪力墙的总数量，能够有效减少含钢量。所以，在设计高层住宅结构时，应该在条件允许的范围内选择优化设计的方案，适当减少剪力墙的数量，增加架构框架的横跨度，尽量避免开间布局的错位。优化的结构布置，既有利于减少钢筋单方的含量，也有利于减少混凝土的含量。对于高层建筑的地下室楼板而言，要尽量采用带柱帽的普通钢筋混凝土无梁楼盖；对于地下室顶板和住宅塔楼而言，则适合采用普通钢筋混凝土梁板楼盖；对于细部构件的布置而言，双向板布置适合于两轴尺寸接近的情况，单向板布置适合于两轴尺寸偏差较大的情况。

3、设计路径简洁形式合理的水平构件

路径简洁、形式合理的水平构件能够以较快的方式将楼面的负荷传递到整个建筑的结构主体上，，进而有利于结构主体的剪力墙、框架柱等竖向构件将负荷传递到地基处。如果采用的水平构件需要经过多条路径才能将负荷传递到建筑物结构主体上，那么负荷传递的路线容易混乱，使得竖直构件受力复杂，影响到建筑物整体的设计，从而增加含钢量和工程的总体造价。

4、采用高强度钢筋材料

虽然一般住宅的负荷不大，但是，考虑到电线埋设的因素，钢筋板的厚度不宜太小，跨度不宜太大，钢筋板的配筋尽量由建筑结构的内力来控制，而不应该按照建筑物的构造来配置。对于结构材料的选择而言，从节省用钢量的角度考虑，更适合采用高强度钢筋，不适合采用对减少配筋作用较小的混凝土。由于采用高强度钢筋材料，建筑物的底板配筋大部分为整体的构造配筋，所以，住宅板跨度越小，实际的钢筋用量比理论计算的钢筋用量较少，住宅板跨度越大，实际的钢筋用量比理论计算的钢筋用量较多。

5、根据实际情况微调设计图

当制定出高层住宅结构设计方案后，就进入了最后具体结构施工图的设计阶段。在设计结构施工图时，不仅需要细化之前初步结构设计方案，还需要进一步分析建筑物结构含钢量是否合理，从而便于及时调整建筑物的剪力墙、梁和板等的设计。对于整体建筑若干结构的薄弱部位的调整，应尽量不超过之前设计书的10%，因为对设计图的大幅度调整是一项耗时较多的工作，会影响到整体建筑工程的进度。在符合建构结构要求的前提下，要严格控制剪力墙、梁和板的配筋，按照设计规范的最小配筋率进行配筋。实际上目前房地产项目顾问公司的要求都是计算多少配多少，几乎连10%都不允许多配，从节省钢筋的角度上也是可行的。

三、结束语

高层住宅结构设计中含钢量的控制不是一件简单的事，而是一项系统全面的工程。它不仅需要依靠结构工程师的专业设计，也需要依靠与建筑体系相关的设计人员，同时，还需要得到业主的支持，否则，钢含量的控制就会变成无稽之谈。在项目方案设计时，既要在宏观上做到规划科学、布局合理，也要在微观上做到一丝不苟、周密慎重。既保证建筑物的安全性，又提高建筑物的经济实效性。随着科学技术的不断发展进步，新优质的建筑材料将不断涌现，高层住宅结构体系中的含钢量也将得到进一步的控制。

参考文献：

[1] 韩葆铨. 影响高层住宅含钢量的“非主要”因素分析[J]. 江苏建筑. 2011（01）

[2] 郭剑飞，庄程宇，张委峰. 影响含钢量的若干因素分析及设计建议[J]. 建筑科学. 2010（05）

[3] 陈光寰，陈旭东. 建筑网格结构不同条件下设计最小含钢量分析[J]. 科技与企业. 2013（07）