建筑结构设计中节省含钢量方法浅谈

张嘉荣

（广州市白云建筑设计院有限公司）

1 引言

房地产建筑事业的蓬勃发展加强了对建筑材料合理使用和科学规范要求。建筑结构设计市场的竞争日趋激烈，甲方将含钢量的多少作为选择设计单位的优先条件。现在许多建筑结构设计公司要求一定要做到满足甲方的合同限额要求。从理论上讲，人们应该把避免浪费和优化设计作为最终的目的，而不能一味的追求低的含钢量。从建筑结构设计的全程角度考虑，结构本身与建筑方案都会影响含钢量的大小，只有综合考虑各方面的因素才能设计出更为安全更为经济的建筑。在建筑材料中，结构含钢量的高低控制着工程建设的总成本，它影响着后续工程造价的估算，而结构的主体部分约占总造价的50%。在进行建筑结构设计时，不同的区域、不同的建筑都会影响结构含钢量的大小，追求以最少的成本得到最安全、经济、美观的结构是开发商共同的目标。

2 影响建筑结构中含钢量的主要因素

2.1 复杂的建筑平面形状和地震烈度

复杂的建筑平面设计会影响建筑含钢量大小。复杂的平面形状会增加建筑的施工难度，其中为了增加凹凸结构的稳定性，在设计时应尽量增加含钢量，同时，凹凸面的设计会提高对建筑材料的要求，例如，建筑结构的采光和保温都要考虑到结构的平面形状，这样不但增加了建筑结构的设计成本，还增加了对建筑结构含钢量的控制难度。建筑结构因地震强度的不同而不同。建筑设防烈度范围在Ⅶ度和Ⅷ度时，结构所承受的地震作用会相差约40%，而不同地区的建筑其结构设计也不相同，在地震频繁、震害较大的地区，建筑物的含钢量显著的高。一般来说，地震频发地区的建筑较没有地震的地区考虑的因素比较多，设计和含钢量也相对严格。建筑结构会因不同类别的建筑场地而不同，相应承载力的不同会导致建筑结构含钢量的不同，因此，在结构设计中必须根据地基承载力和建筑场地的类别来确定含钢量的大小。

2.2 建筑结构的高度

合理的控制建筑物的高度关系到结构含钢量的大小。城市化进程的推进、建筑用地的紧缺以及土地价格的上涨决定了高层建筑的类型，建筑物高度的限制决定了承载力强度的大小，也间接的控制了结构含钢量的多少。对于地下室的建造，应该根据其嵌固条件的实际情况来确定含钢量的多少。高层建筑的布置应该尽量均匀、对称以及分散，避免因两个方向刚度不同而引起的扭转问题。另外，应该注意适当减少高层建筑中的剪力墙数量，在水平布置的构件中应尽量使力的传递路径简单明确，从而减少工程的造价。在计算承受荷载的主配筋结构时，要合理考虑其有利影响和不利影响，例如，采用中震弹性和中震不屈原则设计建筑结构，增强重要构件的安全性，这种荷载的计算工程量非常大，一般采用计算机实现，但是实际建筑物的含钢量会大于计算模拟的结果。

2.3 控制使用的材料

在建筑结构设计中，钢筋主要功能是承重，所以在设计时尽量减少其他建筑材料的使用，从而减少结构的含钢量。结构材料的使用应优先考虑高强度的钢筋，比如，HRB400钢筋或者HRB500钢筋。利用三级钢筋替换二级和一级钢筋对降低结构的含钢量是最直接的，另外，三级钢筋还可以解决施工中钢筋过密的问题，缓解梁柱节点过密以致混凝土不密实的质量问题。在科技进步与发展和新型建筑材料不断涌现的情况下，选择污染少和性价比高的建筑材料能够很好的控制建筑的含钢量。建筑设计从始至终遵循强柱弱梁的原则，利用有利因素规避不利因素，通过整体设计完善整个建筑，合理的控制结构的含钢量。

2.4 钢筋的加工条件以及造价

在实际的建筑工程中，根据实际的问题和实际情况来选择钢筋，事先了解钢筋的加工条件和造价，在保证质量一致的情况下，选择造价低的钢筋，避免造成不必要的浪费。总之，根据建筑结构设计的实际情况，选择性价比高的钢筋才能合理的控制结构的含钢量。

3 工程实例分析

一个小区的建筑工程，一共有8栋楼，每栋的要求必须有30层，且附带2层地下室。地下2层是车库，地下每层的高度分别为4.8m和3.9m。地上第一层架空，从第二层以上为居民住宅，总建筑面积为12万m2。接下来选择一个标准层来进行分析，如图1所示。

图1 标准层平面图

3.1 在建筑结构体型设计上控制含钢量

从图1中可以看出楼梯和电梯把左右两侧的建筑连接起来，整个结构的布置很不规则，受力比较复杂，在建筑结构设计中，中间部位比较单薄，承载力会不足，通过与建筑方的协调进行了一定的调整，用剪力墙取代短肢剪力墙，并在在中间加上楼板，控制适当数量的墙体和结构的墙体刚度。目前，设计单位主要使用的软件为PKPM，其中有很多参数需要进行设置，参数的合理性直接影响计算结果的真实性。比如，地震信息中周期的折减系数如表1所示。

表1 结构折减系数

3.2 在建筑中紧抠墙柱和梁配筋

此工程的板配筋与剪力墙是通过设计人员实际测量考察，并按照规范最小配筋率进行设计的。非加强区200厚剪力墙水平筋为φ8@200，加强区200厚和250厚剪力墙水平筋为φ10@200，竖向筋为φ8@200，梁配筋将30层分为9段进行设计。合理控制后的含钢量经济指标如表2所示。

表2 含钢量经济指标

从表2中可以看住，在保证建筑质量相同的情况下，可以明显看出优化后的含钢量变少了，节约了资源，减少了成本。

4 控制建筑结构设计中含钢量的方法分析

4.1 与实力高、信誉高的设计单位合作

开发商一般会选用实力高和信誉高的设计单位，这样的单位效率高，容易设计出符合开发商品味的建筑设计图，并且在符合要求的前提下最大限度的控制建筑结构的含钢量。建筑设计形状的不同直接影响结构的强度，外凹和内敛会导致结构两个方向的刚度不均匀，直接影响结构的配筋。

4.2 根据计算结果确定含钢量

对于柱的配筋，设计人员在配筋的时候应该了解掌握混凝土的造价和混凝土的强度，分析科学合理的轴压比，使大部分柱配筋都是依靠构造配筋来支配。对于梁配筋，沿梁全长的底面和顶面配置两根纵向配筋，且不小于梁两端顶面与底面的最大截面的1/4，梁的架力筋应该达到抗震规范设计规定的指标。对于剪力墙配筋，应该按照抗震等级和剪力墙位置确定最小配筋率和配箍率，箍筋的间距不必取50的倍数，应该根据计算和最小配筋率来进行确定。在进行多层砖混住宅设计时，设计砖墙上的梁参考非框架的梁结构，从而减轻相关工作人员的工作量。根据混凝土结构设计规范中的条令，沿梁的腹板高度设置构造钢筋，且每个侧面的钢筋总截面应该大于腹板面积的0.1%。在建筑理论中，弹性理论和塑性理论是计算板配筋的依据，当混凝土表现为弹性性质时，采用弹性理论来计算变形及其内力的大小；当混凝土表现为塑形性质时，根据塑形理论进行计算。

5 结束语

科学合理地对建筑结构进行规划设计，能够最大限度控制结构的含钢量。建筑结构设计中的含钢量会影响工程的总造价，在进行工程建筑时，控制建筑结构的含钢量是一个重要的问题，它使建筑设计更加的科学合理。在建筑结构设计中，钢筋主要功能是承重，所以在设计时尽量减少其他建筑材料的使用，从而减少结构的含钢量。

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