高层住宅结构设计中的含钢量控制方法探究

邱育春

摘要：随着我国城市化推进速度的加快，高层住宅的兴建规模与数量均呈现上升态势。其中，为降低开发商的施工成本，提升开发商的经济利益，控制高层住宅结构中的含鋼量就显得尤为关键。因此，为了确保高层住宅质量，降低钢材的使用，需要对高层住宅结构中的钢含量进行有效控制。鉴于此，本文对建筑方案设计、结构计算、结构布置以及结构材料为切入点，对含钢量的控制方法进行探究。

关键词：含钢量；高层住宅结构：设计：探究

众所周知，我国可用于住宅建筑的面积极为有限，并且人们的对于住房有着广泛的刚性需求，因此高层住宅的建设就显得尤为关键。与此同时，建筑整体结构中的含钢量对于建筑工程成本有着直接联系，所以高层住宅建筑在设计过程中应注意控制结构中的含钢量，但是切不可忽略高层住宅的安全与可靠性。综上所述，以高层住宅的安全使用为前提，对其结构中的含钢量进行控制，对于提升施工单位的经济效益有着积极的实际意义。

一、建筑方案设计阶段

1、平面体型的规则性和均匀性对含钢量的影响

含钢量与住宅结构中平面体型的均匀性和规则性有直接联系。其中，建筑平面的内收以及外凸程度、平面刚度以及是否有突变等，均会影响房屋结构的动力特性。整体配筋以及刚度会受到刚度差异化的影响，由此可见，工字型、U字形的高层住宅造价明显高于外观规整高层住宅的原因之一。

2、竖向高宽比对含钢量的影响

含钢量也会因高层住宅房屋结构竖向高度不同而有所区别。当高层住宅具有较大高宽比时，侧向刚度的增强可对其整体性能有较大提升，此外还可以增加建筑的抗风和抗震性，从而为住户提升居住的舒适度。与此同时，在标准要求的区间内控制房屋结构的侧向位移，从而含钢量在抗侧力构件中就需要有所增加。

3、总高度的变化对含钢量的影响

剪力墙结构为大部分高层住宅结构主要的结构布置形式。假设高层建筑位于7度设防地区，按相关标准要求以80m为限，抗震等级如不大于80m，其抗震等级为三级，如大于80m，抗震等级在上升至二级的同时相应含钢量也随之有显著提升。

4、转换层对含钢量的影响

通常来讲，2～3个标准层的配筋量约等于转换层的配筋量。此外，竖向抗力构件在转换层中不连续，而且配筋在墙体与转换柱中也比较大。鉴于此，高层建筑设计中应尽量减少后避免使用转换层结构。

5、抗侧力构件的布置对含钢量的影响

含钢量与抗侧力构件的布置有直接影响，合理布置的抗侧力构件可以充分发挥抗侧力构件的扭转刚度。

此外，抗侧力构件可在标准范围内合理控制扭转位移区间，注意避免发生抗侧力构件布置位置不合理以及相关构件数量过多问题的发生，从而降低配筋的使用量。

二、结构计算—应选取适用的荷载

当建筑物高度增加时，水平荷载（风荷载及地震作用）对结构起的作用越来越大，除了结构内力明显加大外，结构侧向位移增加的更快，弯矩和位移与高度成指数曲线上升关系。一般而言多层和高层建筑结构都要抵抗竖向和水平荷载作用，但是在高层建筑中，其结构要更多的抵抗水平力，抗侧力成为高层建筑结构设计的主要问题；在地震区，地震作用对高层建筑的威胁也比多层建筑要大。

因而在结构计算中荷载输入值的选用是否正确，关系到整个工程项目的含钢量是否正常，亦应认真对待。在高层住宅建筑中采用轻质石膏板内隔墙体系，主要的土建结构造价（包括楼板、外墙、内墙、梁、基础结构体系等）比传统砖石混凝土体系的土建结构造价可降低10%左右，而GRC（玻璃纤维增强水泥的简称）轻质墙板容重仅相当于同厚度粘土砖砌体密度的1/3，大大减少了结构荷载，降低了整个建筑的梁、柱及基础的截面积和含钢量。

三、结构布置—优化设计.适当减少剪力墙数量

在高层建筑结构布置时，应注意适当减少剪力墙的布置数量。而对于剪力墙暗柱箍筋形式设计时，应尽量避免重叠，因重叠部分不计入体积配箍率。当约束边缘构件小箍筋采用封闭箍，构造边缘构件在剪力墙高度2/3以上（从地面算起）采用封闭箍和拉筋间隔放置。纵向钢筋可选两种直径，“角部”放置较大直径钢筋。例如连体方案建筑由于连接部位采用大开间剪力墙布置，减少了剪力墙的数量，在满足规范限定指标的情况下，可减少含钢量。

四、水平构件—应该路径简洁、形式合理

水平构件的布置应使传递荷载路径简洁，以最快的方式将楼面上的荷载传递到结构主体上，再由结构主体的框架柱、剪力墙等竖向构件传递到基础和地基。

如果采用的平面构件布置荷载需要经过多级次梁再传递到框架梁，就使得荷载传递路线曲折不明确，造成构件受力复杂，一定会增加工程造价并影响含钢量的控制。同样，构件形式的选择也是这个道理，以地下室梁板式底板与平板式底板的比较为例，带桩基础的地下室底板，采用梁板结构要比采用平板式结构可节省用钢量，但如果柱网中添加了次梁，则不仅使施工更为复杂，而且还会增加用钢量，这一点已在大量工程中得到验证。

五、结构材料—宜采用高强度钢筋

一般的办公、住宅建筑，荷载不太大，但因为要满足电线埋设等要求，板厚不宜小于100mm；而普遍的结构布置原则，板的跨度不宜太小，应使板的配筋由内力控制而不是按构造配置。为此，楼板配筋应尽量采用HRB335或HRB400才能实现上述目的，实际经验表明采用高强度钢筋可以节省用钢量，而混凝土强度等级对减小配筋的作用很小，不管楼板是构造配筋还是计算配筋，采用HRB400钢筋可有效降低含钢量。楼板结构混凝土及钢筋用量一般与建筑层数无关，若采用新型楼盖体系和高强钢筋可以更有效地减少含钢量。采用高强度钢筋，简支边支座钢筋的数量没有减少。

由于住宅板跨度较小，采用高强度钢筋后，板底配筋大部分仍为构造配筋，因此，节省钢筋的数量比理论计算数值减少。板垮越大，节省的钢筋越多。

六、结语

高层住宅结构设计当中，对于含钢量的控制不仅仅要依靠相关的工程设计人员，还需要其他相关方的支持和配合，与此同时，对含钢量的控制除了要在宏观制度方面进行合理的设置，也要在微观方面可以细致考虑，对各个细微的影响因素充分的考虑，以便确保高层住宅可以安全、可靠的使用。