试析降低高层住宅结构含钢量的措施和方法

马强

【摘要】高层住宅钢筋混凝土结构设计中要控制含钢量，需要从方案阶段开始到初步设计，注重结构概念设计，选择合理的结构体系，通过多方案比选，确定经济的结构布置，在施工图阶段细化设计，选取适用的荷载，从地基基础、地下室、上部结构的墙柱梁板等全方位构件着手，在满足规范构造要求的前提下，确定构件的截面尺寸及配筋，做到结构安全适用、技术先进、经济合理、方便施工。本文就如何降低高层住宅结构含钢量在结合工程实例的情况下进行了阐述。

【关键词】高层住宅；结构设计；含钢量；混凝土含量

一、工程概况

郑州某住宅小区，总建筑面积483300m2，由17栋高层住宅组成。高层住宅主体结构为地上三十四层，层高2.8m，总高度102m，地下室一层，层高3.6m。

二、降低百米高层住宅结构含钢量的一些措施和方法

（一）百米高层住宅结构选型

百米高层住宅结构设计时，科学、合理、正确的结构选型是降低含钢量的大方向，大措施，大方法。笔者对以下两个方案进行了认真细致的比较，并从中优选出了最优方案。

方案一：采用框架-剪力墙结构

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第3.2.4条和附录A，抗震设防烈度为6度。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.3.1条：抗震设防烈度为6度时，框架-剪力墙结构的最大适用高度为130米>102米，满足设计要求。

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第6.1.2条，本百米高层住宅框架柱的抗震等级为三级，剪力墙的抗震等级为三级。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第6.4.2条表6.4.2，柱轴压比限值为0.9。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第7.2.13条，剪力墙墙肢轴压比限值为0.6。综上所述，如果用矩形柱代替剪力墙，轴压比限值可由0.6增大到0.9，因此，能提高竖向受力构件的使用效率，大大降低上部结构的含钢量和混凝土含量。

经公司成本部测算，本百米高层住宅按框架-剪力墙结构设计，主体结构用钢量为45kg/m2左右。

方案二：采用剪力墙结构

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.3.1条：抗震设防烈度为6度时，剪力墙结构的最大适用高度为140米>102米，满足设计要求。本方案由于剪力墙较多，可以构成整体抗侧力很强的体系，对高层建筑抗震特别有利。但是，如果刚度过大反而会吸收较大的地震作用，而且造价也会增大。经公司成本部测算，本高层住宅按剪力墙结构设计，主体结构用钢量为50kg/m2左右，不是最理想的方案。

（二）适当降低层高

层高的控制对高层住宅含钢量的控制也有较大意义。根据笔者的工作经验，层高每降低100mm，含钢量降低1kg/m2。由于本项目周边楼盘的大部分层高均为2.9m，因此，公司领导原来把层高定为2.9m。后来，笔者向公司领导提出了将层高改为2.8m的建议，并说明了降低层高的原因。经公司领导研究，最终决定将层高由2.9m改为2.8m，有效降低了高层住宅的含钢量，取得了较好的经济效益和社会效益。

（三）正确科学合理的荷载取值

荷载取值决定了PKPM所有的计算结果，同时，荷载取值过小，会给结构安全带来隐患，荷载取值过大，会造成不必要的浪费，因此，荷载取值必须正确科学合理。笔者认为，百米高层住宅结构设计中最重要的荷载取值是混凝土容重的取值。《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006年版）钢筋混凝土的容重为24～25KN/m3。考虑到梁、板、柱的抹灰以及本百米高层住宅的结构型式——框架-剪力墙结构，PKPM计算时混凝土容重取26KN/m3进行计算。

（四）百米高层住宅基础精细化设计

拿到《超前钻探报告》后，要根据《超前钻探报告》上的数据，认真分析和研究复杂多变的地质情况，对百米高层住宅基础进行精细化设计。本百米高层住宅的基础型式有以下三种：1、柱下独立基础；2、墙下条形基础；3、冲孔灌注桩。冲孔灌注桩的成本远远高于柱下独立基础和墙下条形基础。再加上基础下面有极其复杂的溶洞，冲孔灌注桩混凝土超灌很严重。因此，能不做桩的地方都不做桩，均设计为柱下独立基础或墙下条形基础。

（五）百米高层住宅上部结构构件精细化设计

1、梁高尺寸最优——梁高一般按梁跨度的1/12控制。本百米高层住宅梁高大部分为400mm，为最优梁高尺寸。统一外墙梁高度400mm，梁底位于窗顶，这样就不用做过梁，投资成本有效降低。2、梁宽尺寸最优——本百米高层住宅梁宽大部分为200mm，为最优梁宽尺寸。3、梁的数量最优——能取消的梁全部取消，传力路径简捷清晰，科学合理，整个结构布置图清清爽爽，完美漂亮。4、柱的截面尺寸最优——逐渐减小柱的截面尺寸，用PKPM软件反复试算直到最优为止。本百米高层住宅柱的轴压比均小于且接近0.9。既满足国家最新规范的要求，柱的使用效率又達到了极限。5、柱的布置最优，位置最优——本工程为百米高层住宅，柱的布置和位置既要考虑结构的安全和传力的需要，又要保证柱子不影响房间的使用。柱的巧妙布置是一门技术，更是一门艺术。6、柱的数量最优——能取消的柱全部取消，传力路径简捷清晰，科学合理。柱取消后，相应的基础也可以取消，投资成本可以大大降低。7、板的厚度最优——在板的挠度和裂缝均满足国家最新规范要求的前提下，板的厚度能做薄的尽量做薄。板的厚度布置梁的时候，尽量将板做成矩形板，尽量避免做成异形板，因为矩形板的厚度会比异形板薄。由于大部分板都是构造配筋，板的厚度变薄以后，板的配筋减少，含钢量可以有效降低，板的体积减小，混凝土含量可以有效降低。

三、降低百米高层住宅结构混凝土含量的措施和方法

（一）地下室底板结构找坡

地下室底板结构找坡能有效降低百米高层住宅结构的混凝土含量。地下室底板结构找坡有两大优点：1、使用功能优。与有面层的地下室结构比较，直接找坡使空间更加开阔美观，使用更加方便。2、综合造价低。本百米高层住宅地下室面积为66000m2，地下室底板结构找坡可以减少300mm厚的混凝土找坡层，可以节省混凝土19800m3，可以降低工程造价700万元。

（二）百米高层住宅基础和上部结构构件精细化设计

百米高层住宅基础和上部结构构件精细化设计前面已经说过一些，这里再补充两点。1、剪力墙厚度随着楼层高度增大而逐渐减小。本百米高层住宅主体结构为地上三十四层，一～十层剪力墙厚度300mm， 十一～二十层剪力墙厚度250mm，二十一～三十四层剪力墙厚度200mm，有效降低了百米高层住宅结构的混凝土含量。2、柱的混凝土采用高标号混凝土。在满足国家最新规范柱轴压比0.9要求的前提下，柱的截面尺寸能有效减小，有效降低了百米高层住宅结构的混凝土含量。

结语

总之，科学的结构选型是降低含钢量和混凝土含量的大方向，合理的结构布置是降低含钢量和混凝土含量的前提，正确的荷载取值是降低含钢量和混凝土含量的基础，慎重选择计算参数是降低含钢量和混凝土含量的有力措施。

参考文献：

[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）北京 中国建筑工业出版社2010

[2]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）北京 中国建筑工业出版社 2010

[3]《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）北京 中国建筑工业出版社 2010

[4]《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006年版）北京 中国建筑工业出版社 2006