高层住宅含钢量控制设计

高层住宅含钢量控制设计

周曰舰

汉嘉设计集团股份有限公司江苏分公司  南京 210000

摘要：本文从结构设计层面来分析高层住宅影响含钢量的因素，探讨减少含钢量的方法，提出一些优化设计的思路和经验，希望给相关工程提供参考。

关键词：含钢量；高层住宅；结构优化设计。

前言

混凝土结构的含钢量控制是控制土建成本的关键所在，也是开发商关注的核心问题。本文从结构设计角度，对含钢量的影响因素及优化设计方法进行一些探讨。

1、高层住宅含钢量的影响因素

1.1自然条件

1）非抗震、抗震设防烈度的高低、场地类别的不同，直接影响结构设计中地震作用的大小和构造措施（如7°0.15g Ⅲ类场地，应按照8°0.2g 来查表确定结构抗震构造等级，往往提高一度）。

2）基本风压的大小、地面粗糙程度的不同，反映了结构承担风荷载作用的大小；气候比较恶劣、温差剧烈变化的地区，往往温度应力的影响较大，需增加抗拉性能十分优良的钢筋配置或局部负筋拉通的办法来解决。

3）处于抗震不利地段的建筑物，比如地震断裂带，山坡等情况，地震作用应放大，会大幅度增大含钢量。如联东U谷镇江新区智能制造产业园项目，因地处边坡，所有楼栋的地震作用放大1.1~1.3倍。

4）若场地土质较差，浅层土承载力较低时，由于持力层埋深较大，需利用桩基础或较厚的筏板，含钢量也会较高。

1.2建筑自身特性

房屋高度越高、高宽比越大、平面及立面规则性越差、层高变化悬殊、底部有转换层，结构承受竖向荷载就会越大，而且结构各部位的受力变化不均匀，尤其突变的部位及构件变形大且内力增大，配筋率（量）自然要增大，反之，除混凝土量指标有变化外，用钢量能处于可控范围内。

1.3结构体系特征

结构体系特征如结构选型、结构布置的合理性、基础类型等因素在计算参数、荷载取值、构造要求等方面控制着结构设计，相当程度上决定了住宅建筑含钢量大小的基本范围。对于住宅建筑，当建筑方案（包括户型大小比例，各户的平面布置）确定后，用户的平面使用功能通常都是固定的（最多是局部灵活变通使用），住宅建筑（包括中、高、超高层）都以剪力墙结构体系为首选，且以一般剪力墙为最佳（有时局部的楼梯电梯间形成小筒体）。在剪力墙住宅中，如以耗用用钢量为衡量标准，竖向构件为短肢剪力墙尽管在平面使用上可能具有一定的优点，但在结构含钢量控制中并不具有优越性。如果局部位置为了使用上的需要布置柱，形成少柱剪力墙结构，往往会大幅度提升住宅的含钢量。

1.4设计参数

1）结构荷载的合理取值，首先尽量选用轻质墙体材料或者卫生间回填材料；其次应结合外立面真实做法，精细化计算门窗等洞口的荷载；最后应据建筑功能不同进行合理的活荷载折减。

2）计算软件中的参数设置，周期折减系数结合砌体布置情况在规范允许范围内取大值并进行周期回带计算。

3）结构计算控制指标对含钢量的影响很大，如周期比，位移比，刚度比，层间受剪承载力，刚重比等，往往对结构控制指标影响较大的构件含钢量很高。

1.5政策和规范

1）国家鼓励绿建和高强钢筋的使用，很多项目采用HRB500的钢筋，满足绿建要求的同时，相比采用HRB400钢材的综合造价还低。

2）部分地方政府文件对当地地震作用加速度的要求比规范要求高，比如，镇江大港新区规范规定的地震烈度为7°0.10g, 而政府文件要求按照7°0.15g执行。

1.6施工图设计

因工程师经验、习惯、对规范的理解深度不同，对同一计算结果实配钢筋可能差异较大，从而影响含钢量。如支座通长筋和下铁习惯采用大直径钢筋，未考虑下铁部分钢筋截断，箍筋部分可按照构造要求放宽加密区间距等。

1.7地下室结构：

1）地下室层数、层高及地下室平面形状会很大程度影响含钢量，一般层数少的含钢量反而高，甚至有的一层地下室比2层的还多，但随着地下室层数的增多，结构外侧构件承受的水土压力增大，层数对用钢量指标的影响幅度逐渐减弱，最终形成正比关系，即层数越多，用钢量指标越高；地下室平面形状主要反映在地下室侧壁的长短，相同的地下室平面面积，平面形状接近正方形用钢量指标较低，而平面形状为长宽比较大的长方形或平面凹凸曲折多的用钢量指标高。

2）是否设人防地下室及负1 层是否为非停车库的地下商场？室外露天顶板的覆土厚度以及作为消防车通道所占面积大小均为影响含钢量的重要因素。

2、高层住宅含钢量的控制措施探讨

2.1 合理的优化建筑物外形和柱网尺寸，正确摆放抗侧力构件

1）优化结构设计方案，设计者可控制结构单元的平面尺寸，制定合理的平面长宽比、竖向高宽比、平面形状和柱网。当抗侧力构件的刚心和质心靠近或者重合时，建筑物含钢量就少。同时应避免“头重脚轻”的设计，如养老等重点设防的功能房间应布置在住宅楼底部而非顶层，避免因设防类别提高导致全楼抗震等级提高。选用新型楼盖以及轻质隔墙减轻结构自重。

2）合理把控结构高度并选择经济的结构体系，如50m高层，用剪力墙或框-剪结构，其经济合理性会远高于框架结构；应尽量避免转换层的出现，尤其是高位转换；短肢剪力墙的暗柱构造配筋和计算值往往远大于长墙肢，应尽量少用；加强对外围墙体的利用，减少外围单向少墙的剪力墙结构体系。如安泰翡翠城项目，南侧T型剪力墙经和建筑沟通后，每侧仅比原方案增长100~200mm，构造边缘构件的纵筋和水平筋计算值下降很多，全为构造配筋，大幅降成本。

2.2优化结构计算模型

建模严格按照建筑功能和材料做法确定恒活荷载的取值，并正确按规范进行活荷载折减。同时，在结构模型调试的阶段，对周期折减系数、梁弯矩放大系数、梁刚度放大系数、地震信息的相关参数等予以适当选择、正确定义，合理控制结构刚度、避免因过度吸收地震力而造成的配筋增大。

2.3合理布置结构构件，正确配置构件配筋

1）水平构件的布置应使荷载传递路径简洁，避免因复杂受力而导致含钢量增加；同时，截面设计时控梁宽300mm范围内往往可避免3或4肢箍的问题。

2）竖向构件的设计可依据轴压比和配筋率优化。如剪力墙的底部加强部位，轴压比较小的也可采用构造边缘构件；约束边缘构件的lc范围以及箍筋配筋率特征值应根据轴压比区别设计。例如，某工程中剪力墙抗震等级二级，其中一200mm厚L 形剪力墙中一墙肢长5 m，其轴压比为0.27。因轴压比小于0.3，在该墙肢端头可设构造边缘构件（暗柱200mm×400mm），纵筋6Φ14 即可满足要求。若设置约束边缘构件设计，其最小纵筋配筋为6Φ16（暗柱200mm×400mm），纵筋用钢量提高约30%。

2.4优化施工图设计

1）评判计算结果合理性，控制经济配筋率，对墙体非底部加强部位，通过调整墙长和布置来实现构构造配筋。

2）对同一计算结果，一排筋能满足的前提下尽量用小直径钢筋，尤其是框架梁的上部通长筋，有条件可搭接或采用架立筋。

3）剪力墙边缘构件利用墙身筋水平筋，箍筋满足间距要求时设置隔一拉一；水平筋和竖向筋并不一定采用相同直径，满足构造和最小配筋率即可，如200厚的剪力墙竖向筋可采用Φ10@300，水平筋采用Φ8@200等。

2.5优化地下室顶板布置方式

合理布置地下室顶板可以大幅度降低含钢量。因板的含钢量较高，故次梁的设置往往起到降低含钢量的关键作用。比如，大柱网（8.4m x 8.4m,8.1m x 8.1m等）,覆土普遍在1.5`2m，往往单向双次梁方案含钢量最低，其次为单次梁方案，再次是十字梁方案，最后才是大板方案，因为双次梁方案板厚180mm即可，而大板方案往往板厚需要做到400mm才经济，仅构造配筋就相差较大；部分项目要求顶板厚度不低于250mm时，单次梁方案往往最优。小柱网（5.4m x 5.4m）,覆土较浅如1.1m~1.5m时，一般250-300mm厚的板足够，大板方案含钢量或许比单次梁更低。据经验，地库顶板的下部钢筋为构造配筋时，往往含钢量最低。

结束语

高层住宅含钢量受诸多因素影响，工程师应结合理论和对规范的深入理解，科学合理确定结构选项与布置，优化设计配筋，保障结构安全的前提下，达到降低含钢量，节约项目成本的目标。

参考文献

[1] 张晔. 谈结构设计中的含钢量问题［J］. 山西建筑，2012  (3) 50-51.