高层剪力墙住宅结构用钢量分析

向青松 刘思林

【摘要】随着我国经济快速发展、城市化进程加快、住宅建设用地日趋紧张，高层住宅建筑应势而生。剪力墙结构因其自身抗剪抗剪能力强、能形成理想的居住空间等优势，常在高层住宅建筑结构中应用。在高层剪力墙住宅建筑建造过程中，如何合理节约建造成本、控制结构整体用钢量，是建设投资方最为关心的问题之一。本文主要针对剪力墙住宅主体结构构件布置对建筑物用钢量的影响及常见高层住宅剪力墙结构体型的用钢量分析，提出控制用钢量的基本思路及设计中应注意的问题、并对常见体型剪力墙住宅的用钢量进行了对比分析，供建筑行业的相关人员参考。

【关键词】高层住宅建筑;剪力墙结构;构件布置;用钢量

在城市住宅用地日趋紧张的大背景下，建设单位土地成本不断增加，合理控制建筑的建造成本显得尤为重要，在所有能减少建造成本的方法中，控制结构用钢量是提高项目经济效益最直观、最重要的举措之一。项目实施过程中建筑实际用钢量的有效控制，不仅需要结构工程师的深度参与，也需要其他专业的鼎力合作。在对常用建筑体型剪力墙住宅结构用钢量统计分析的基础上，深入分析影响住宅上部结构用钢量的各种因素，以求安全、经济、合理的结构设计方案，控制项目整体用钢量。

1、高层住宅建筑物用钢量的主要影响因素

高层住宅结构设计应在满足建筑使用要求、结构安全及耐久性要求前提下，按照经济性最优的原则进行结构设计，主体结构的经济性控制指标一般是以单位面积用钢量控制为主，单位面积混凝土折算厚度控制为辅。

1.1建筑选型

建筑方案选型，是影响高层建筑用钢量的最主要因素，不同的体型会导致剪力墙的数量、地震力、风荷载等主要因素变化较大。从结构概念上而言，对控制用钢量有利的建筑方案一般具有下述特征：结构平面形状宜简单、规则，质量、刚度和承载分布宜均匀;竖向体型宜规则、简单，避免过大的外挑和收进;结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化。

1.2结构方案

结构方案的选择是用钢量实际控制方法的灵魂。不同的结构体型，决定了建筑结构构件的抗震等级、抗震能力、能否最大程度满足建筑设计的需求。剪力墙结构具有良好的抗剪抗剪能力强、能形成理想的居住空间、布置灵活等优势，常是高层住宅建筑结构的首选方案。

1.3构件设计

在结构方案确定之后，结构工程师往往需要对整体结构的各个构件进行配筋设计，配筋的主要依据是根据预先搭模电算完的配筋计算结果和规范对于结构构件配筋设计的基本构造要求，也就是说设计出来的结构构件既要满足规范对于最小配筋率的要求同时也要满足结构受力计算的要求。

2、高层住宅建筑物用钢量控制的操作方法

2.1合理的计算荷载及作用取值

所有的构件配筋都是根据构件的受力状态计算而来，高层住宅建筑层数较多、户型分隔墙体多，在制定结构设计统一技术措施时应明确风荷载、地震作用、楼板恒载、活载的取值标准、活荷载折减方案、隔墙及外墙的荷载取值、屋面荷载如何考虑等。例如，填充墙自重计算时按实际情况准确计算，精确的结构设计允许考虑减去门窗洞口位置的填充墙体积，但应把装饰面、造型、门窗自重考虑全面;卫生间的回填材料及屋面建筑找坡材料，应明确采用轻质材料，从而减少建筑重量节约基础建造成本、减少构件钢筋用量。

2.2选用合适的建筑材料强度

不同强度的建筑材料（钢筋、混凝土）市场价格相差较大，而剪力墙高层住宅结构设计对材料需求较大，因为选用合适的建筑材料强度显得尤为重要。同时，很多结构构件配筋大多属于计算控制，设计者应针对大跨度梁的挠度和配筋、底部楼层竖向构件的轴压比控制、转换层剪力墙抗剪设计等部位的钢筋设置、混凝土强度选用等问题。一般而言，剪力墙水平、竖向分布筋可以根据具体要求选用不同强度等级，边缘构件纵筋应采用HRB400或HRB500，边缘构件箍筋可以按照配箍率的要求采用HPB300;楼板板面支座钢筋应选用HRB400或HRB500，板底钢筋可以按构造要求采用HPB300;梁上部、下部受力钢筋应采用HRB400或HRB500，梁侧构造钢筋、梁侧抗扭钢筋、箍筋可以根据实际要求选用;底部楼层应选用高强度混凝土，但混凝土标号不宜超过C55，整体结构混凝土强度不宜低于C30。

2.3优化剪力墙的设计

从本文开头的经济型分析可知，剪力墙钢筋用量站高层住宅剪力墙结构整体用钢量的很大比例，在满足结构整体侧向刚度的前提下，尽量优化剪力墙的布置、配筋设计。布置上，剪力墙的宜分散、均匀、对称，沿周边较多布置以利于增强整体抗弯刚度，宜将局部剪力墙布置合围成筒形以利于增强整体刚度，避免出现过长、过短墙肢，宜避免出现短肢剪力墙，剪力墙开洞宜上下对齐、成列布置。配筋设计上，首先要选用合适的嵌固端，减少约束边缘构件的布置楼层数;其次，在不影响建筑使用功能的前提下合理的减少剪力墙厚度，减小墙体构造配筋;此外，保证边缘构件的尺寸、合理布置洞口对减少剪力墙用钢量尤为重要;最后，严格依据规范要求对剪力墙边缘构件进行配筋设计。

2.4结构梁配筋设计

首先，结构梁配筋设计时，纵筋应按计算值、实配比例不宜大于1.1，在保证配筋量满足要求前提下纵筋尽量避免采用两种直径以便现场机械连接;其次，框架梁应按照抗震等级确定最小箍筋直径与最大箍筋间距，次梁与主梁交接触是否设置吊筋应严格按照计算要求而不应统一要求设置;此外，梁跨度超过5m时建议采用小直径架立筋的配筋或小直径通常筋，同时在满足配筋构造要求的前提下次梁箍筋尽量用小直径钢筋。

2.5楼板及非结构构件

控制楼板和非结构构件的钢筋、混凝土用量，也是减少建造成本较为关键的因素。电梯核心筒与房间之间的公共走廊、楼梯间与电梯间之间的电梯厅，楼板按弹性板计算时有利于水平力的传递以减小梁、墙柱的计算配筋，板厚可取不小于120mm，配筋双层双向拉通，配筋率不小于0.25%; 飘窗、空调板、造型等构件可根据情况考虑按非抗震设计，现浇女儿墙、现浇支墩等按最小配筋率或构造配筋既可。

结语：

用钢量的控制是节约建造成本最直接、有效的方法之一，但是在设计过程中不能刻意规避规范要求节省钢筋，而因遵循关键构件、重要部位加强构造和配筋、次要构件合理节省钢筋的基本原则。本文通過分析高层住宅建筑用钢量的构成、不同建筑类型合理钢筋用量的范围、影响高层住宅钢筋用量的主要因素以及控制用钢量的基本方法，目的也在于给结构设计人员在住宅建设结构设计上一定的参考。

参考文献：

[1]《高层建筑混凝土结构设计技术规程》JGJ3-2010.

[2]江淼，谈丽华 浅析剪力墙住宅结构设计应注意的问题 tu241.8 2095-2014（2012）.

[3]广东省建筑设计研究院《结构设计统一技术措施》.

[4]苗寅.《剪力墙结构住宅经济指标控制实施细则》.

作者简介：

向青松（1986-），男，研究生，工程师，主要从事结构设计工作。