浅谈结构设计中的含钢量控制

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1、浅谈结构设计中的含钢量控制【前言】 在市场经济下，房地产开发商为降低房屋造价往往比较注重结构的含钢量，并在设计合同中对含钢量加以限制，这就对结构设计师提出了更高的要求。结构设计师如何在满足国家规范、做到结构安全可靠的前提下使设计的结构更加经济合理，这是一个非常值得关注问题。下面结合平时设计中的一些经验和体会来谈一谈在实际工程中控制含钢量的一些有效措施。一．影响用钢量的宏观因素：影响建筑物结构用钢量的宏观因素，首先是建筑物的体型（平面长度尺寸及长宽比、竖向高宽比、立面形状、平面形状等），其次是柱网尺寸、层高以及主要抗侧力构件所在位置等。1.平面长度尺寸：即结构单元是否超长，当建筑

2、物较长，而结构又不设伸缩缝时就成为超长建筑。超长建筑由于必须考虑混凝土的收缩应力和温度应力，它相对于非超长建筑主要对待的仅是荷载产生的应力，其单位面积用钢量显然要多些。2.平面长宽比：平面长宽比较大的建筑物，不论其是否超长，由于两主轴方向的动力特性（也即整体刚度）相差甚远，在水平力（风力或地震）作用下，两向构件受力的不均匀性造成配筋不均。3.竖向高宽比：这主要针对高层建筑而言，高宽比大的建筑其结构整体稳定性肯定不如高宽比小的建筑，为了保证结构的整体稳定并控制结构的侧向位移，势必要设置较刚强的抗侧力构件来提高结构的侧向刚度，这类构件的增多自然使得用钢量增多匀，使得其单位面积用钢量

3、相对于平面长宽比接近的建筑物要多。4.立面形状：这是指竖向体型的规则性和均匀性，即外挑或内收程度以及竖向刚度有否突变等。如侧向刚度从下到上逐渐均匀变化，则其用钢量就较少，否则将增多，较典型的有竖向刚度突变的设转换层的高层建筑。  5.平面形状：若平面较规则、凹凸少则用钢量就少，反之则较多，每层面积相同或相近而外墙长度越大的建筑，其用钢量也就越多，平面形状是否规则不仅决定了用钢量的多少，而且还可衡量结构抗震性能的优劣，从这点上分析得知用钢量节约的结构其抗震性能未必就低。  6.柱网尺寸：包括柱网绝对尺寸及其疏密程度，它直接影响到楼盖梁板的结构布置。一般而言，柱网大的楼盖用钢量较多

4、，反之虽则较少，但同时因柱数增多而使柱构件用钢量增加，其中柱端及梁柱节点区内加密箍筋的增加量几乎占全部增加量的50％。柱网尺寸较均匀一致不仅使结构（包括柱和梁）受力合理，而且其用钢量要比柱网疏密不一的要节省，这点似乎不难理解。  7.层高：对于高层建筑而言，层高与用钢量之间很难确定某种关系，换言之不能肯定层高对用钢量的影响究竟有多大。就柱的箍筋而言，总高度相同的建筑物，层高较小即层数较多，其配筋量反而较多，但按单位面积摊销后其用钢量可能反而更少。至于跨层柱，由于其受力的复杂性以及截面较大，用钢量一般比正常层高的柱要多。8.抗侧力构件位置：刚度中心与质量中心相重合或靠近，或者抗侧

5、力构件所在位置能产生较大的抗扭刚度，结构的抗扭效应小，因而结构整体用钢量就少，反之则多。二．影响用钢量的微观因素：影响建筑物结构用钢量的微观因素主要体现在结构工程师对结构设计的具体操作上，首先是结构布置，包括竖向构件布置和水平构件布置；其次是构件的配筋构造，包括柱、梁、楼板、剪力墙、基础等。1.竖向构件布置1）有关柱网大小和疏密，基本上在建筑方案阶段已经确定，抗震墙的合理数量及合适位置一般也在结构工种介入方案设计过程中得到确定。结构设计的具体操作就是合理地确定墙柱截面，墙柱一般是压弯构件，其配筋量在多数情况下至少是多数部位都采用构造配筋，因此在其混凝土强度等级合理取值且满足轴压

6、比要求的前提下，墙柱截面不宜过大，否则用钢量将随其截面增大而增加。住宅建筑的框架或框架—剪力墙结构，有时为了在室内不露柱角而将柱外露，且为了立面的需要又使柱截面上下一致，这种设计方法对于小高层（+-层以下）住宅是可以接受的，倘若层数再多些，则采用该法肯定会增加用钢量。即使从结构受力角度看，这种设计方法也是不宜提倡的，因楼层荷载在柱位处会产生较大偏心，尤其是角柱。柱截面种类不宜太多是设计中的一个原则，在柱网疏密不均的建筑中，某根柱或为数不多的若干根柱由于轴力大而需较大截面，而建筑考虑便于装修则希望柱截面相同，此时如将所有柱截面放大以求其统一，势必增加用钢量。合理经济的做法应是对个

7、别柱位的配筋采用加芯柱，加大配箍率甚至加大主筋配筋率或配以劲性钢筋以提高其轴压比，从而达到控制其截面尺寸的目的。这里运用的是个别处理总比大面积增加用钢量更科学经济的道理和做法2）利用竖向交通井道而形成的剪力墙筒体，其外围墙体对结构刚度的贡献最大，而内部墙体则贡献甚微。在满足结构整体刚度的前提下，筒体内部的剪力墙不宜过多过厚和过于零碎，否则会增加该部位墙体用钢量且对结构无大作用。3）如果是高层建筑，墙柱截面还有一个收级问题。从节省用钢量的角度出发，墙柱截面应尽量小，只要符合50MM模数，几乎可