在结构设计中合理减少含钢量的一些体会

黄利有

摘要：结构方案定性主要指结构体系，结构总高度，结构平面、竖向布置，抗震缝、伸缩缝设置，是否超限等基本确定。本人总结了近几年工程设计经验，简单的介绍一下对于上部结构结构专业如何减少含钢量。

关键词：结构方案;节约造价;减少含钢量

前  言

我国随着房屋建筑商品化和市场化，逐步要求设计院进行限额设计，如建筑的总造价，结构单位面积含钢量（以下简称含钢量）等，因此对于结构设计人员来说在设计时不仅要做到安全适用，而且还要做到经济合理，对此。

一、与建筑专业及甲方协调建筑方案 ---结构方案定性阶段

方案设计在项目建设中的作用是首要的，也是决定性的，在与建筑专业及甲方协调方案时主要注意以下几个方面：

1.要详细了解甲方意图，以便确定合理的建筑结构方案

每一个项目甲方都有一定的定位和要求，如之前参与设计的合肥市新站综合开发试验区管委会办公大楼，甲方希望把它建成当地的标致性建筑，有诸多大悬挑、大跨度及装饰性构架等，此时含钢量可适当放宽些;又如去年我们院做的佳大尚都购物广场，底部为大型商场，通常我们可能认为要做大开间，采用转换构件托上部住宅结构剪力墙，但和甲方沟通协商后认为该部分隔成小商铺后对大型商场影响很小，故取消了转换构件，这样就大大节约了造价。故熟悉甲方意图对于制定建筑及结构方案都是至关重要的。

2.结构方案调整

结构方案调整主要针对高层建筑，特别是复杂高层建筑的结构方案调整，调整的目的就是在满足建筑要求前提下尽量减少结构平面及竖向不规则程度。该阶段主要依靠结构概念设计来保障，我们结构设计人员在建筑方案阶段应向建筑专业提出方案调整的建议，避免出现特别不规则或严重不规程结构方案，如应尽量避免极不对称结构、长宽比，高宽比超出规范较多结构、细腰形结构及核心筒偏置较多等结构方案，因为此类结构即使设计时各计算指标均满足规范要求，也是非常浪费结构材料的;另应尽量通过平面布局或竖向构件调整来避免出现转换构件等。另外要了解不同的结构体系经济含钢量的适用高度范围，如对于较高的高层建筑，通常剪力墙结构含钢量优于框剪结构含钢量，反之则框剪结构优于剪力墙结构;当楼层高度接近框架结构高度上限时，通常框剪结构含钢量优于框架结构。

二、结构平面及竖向布置最终确定 ---结构方案定量阶段

结构方案定量主要指结构墙柱布置，梁板布置及其截面尺寸最终确定等。该阶段的目的就是要用最少的材料来达到较好的效果，此效果包括满足建筑相关要求，满足结构相关规范，安全可靠性有保障等。该阶段主要注意以下几个方面：

结构主要计算指标控制，包括周期比，位移比，位移角，轴压比，刚重比，刚度比等指标控制。我们在设计时不仅是要控制其满足规范要求，同时也要使其控制的更加合理。有时结构布置合理不但节约材料，而且还有助于提高结构的安全可靠性。下面以一个工程实例来简单介绍一下结构墙柱布置调整的过程，该工程为阳山某高层住宅，施工图已完成，建设方对含钢量不满意，委托我院在不改变建筑平面布局前提下对结构方案及进行优化，因原结构绝对刚度过大，扭转刚过小，故我院优化的思路是削弱核心筒剪力墙数量，加强周边剪力墙布置，及调整部分墙、柱、梁截面等，优化前后结构布置、结构主要计算指标控制如下：

由以上计算结果可以看出，优化后的结构平面布置不但减少了含钢量，而且结构的扭转周期与第一平动周期拉开距离更远，更难发生扭转破坏，位移比亦比优化前要合理，故优化后的结构方案要更合理。

1.构件截面尺寸控制

控制的目的主要是实现各构件配筋率达到比较经济的状态，如墙柱类构件，应尽量使其纵筋处于构造配筋状态，尽量避免出现短肢剪力墙等，梁类构件经济配筋率范围约为0.4%～1.5%，板类构件尽量避免大板，厚板，异形板板块等。

2.结构材料选用

在当地条件许可的前提下，对于受弯类构件即梁板类构件尽量采用高强钢筋，因为我们最终利用的是钢筋的强度，理论上来说，如单位价钱所能买得到的钢筋的强度越高就越能减少造价及含钢量。如HRB400级钢筋虽比HRB330级钢筋贵8%左右，但强度却提高了20%，故采用HRB400级钢筋就比采用HRB330级钢筋更能减少工程造价。

三、施工图绘制及部分结构构件设计 ---含钢量最终确定阶段

以往的经验是结构方案确定后，在施工图绘制阶段对结构造价影响很小，其实不然， 如在施工图阶段能做到熟悉规范，精心设计，避免不合理的结构构造等，对结构含钢量影响还是较大的，以下简单总结了一下减少含钢量的一些做法：

1.次梁可用架立筋搭接，框架梁一、二级可用Φ14搭接（同时满足1/4面积要求）;三级可用Φ12搭接。对跨度较小，或支座钢筋不大时，考虑到搭接处钢筋重叠且箍筋需加密，则并不经济，經试算，一般要同时满足跨度不小于3.0m且支座筋不小于2Φ18时搭接才经济。

2.除对裂缝控制较严格及直接承受动力荷载外，双向板可采用塑性算法计算配筋。因按弹性理论计算时板的安全储备过大，没有考虑钢筋混凝土的弹塑性性能，采用塑性算法更接近于实际受力状态。采用塑性算法计算配筋较弹性算法配筋能减少15%～30%。

2.1 按简支板计算的板支座，可以不受0.2%等最小受力钢筋配筋率控制。

2.2 一般的楼面主次梁布置，单向梁布置比双向梁经济。

2.3 楼层砼强度等级尽量用C25。

2.4 剪力墙边缘构件纵筋可以用Φ12和Φ10搭配;三、四级框架柱箍筋加密区可用到@150（除柱根外）。

2.5 用于装饰的挑耳、反边，挂板等，大多为构造配筋，板厚不宜太厚，当仅承受静载时可按素砼构件考虑或仅配置抗裂钢筋即可，不受受力构件最小配筋率限制。

2.6 室内尽量少布置小次梁，对于跨度小于2 m板跨，其砖墙下一般不必布置次梁;对于小阳台小挑板，当其挑出长度小于1.2m时采用挑板比采用梁板式结构更经济。

2.7 对于标准层梁配筋应分段配置。

2.8 对于多层建筑，水平荷载较小，楼板传递水平力功能减弱，故屋面板最小厚度不受《高规》所规定的120mm限制，最小厚度取100mm即可。

四、结束语

综上所述，减少结构含钢量也是一项系统工程，其中最主要的是要处理好各种关系，如梁板布置时，对于某一典型板块，当改变梁布置时，板厚可由120改为100，那么通常板厚为100厚时，总含钢量会少些，因为板可以看作是一个面，梁可以看作是一条线，同样我们可以把柱当做点来考虑，墙当作面来考虑，减少面的含钢量比减少线的含钢量来的有效，减少线的含钢量又比减少点的含钢量来的有效。另外还有局部与整体的关系，如对于框剪结构，如当增加一片剪力墙或改变部分剪力墙长度时，就能使框架柱倾覆弯矩少于总倾覆弯矩的50%，从而降低所有框架柱的抗震等级，此时增加少量剪力墙后的总含钢量又会减少，因此我们认为局部少量构件的调整应为结构的整体效应服务。因此我们在设计中只要能做到主次分明，既注重宏观控制，又注意细部调整，那么结构的含钢量总能控制在一个较为理想的水平，既节约了土建造价，间接为社会创造了财富，同时又能提升自己的设计水平。

参考文献：

[1]混凝土结构设计规范（GB50010-2010）.

[2]建筑抗震设计规范（GB50011-2010）.

[3]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）.

[4]建筑抗震疑难释义 （第二版） .