建筑结构设计含钢量的控制分析

建筑结构设计含钢量的控制分析

摘要：在国家大力提倡建设节约型社会的今天，含钢量已经成为房地产商衡量一个设计院设计质量的重要指标之一，不少结构工程师也越来越重视含钢量的控制。建筑物的含钢量与建筑物的体型有着重要关联，同时直接影响工程的经济收益，本文结合笔者多年工作实践从结构设计的角度，对含钢量的控制措施作出分析和阐述，以期为相关人员提供借鉴。

关键词：建筑结构设计；含钢量；控制措施

中途分类号：TB482.2 文献标识码：A文章编号：

1含钢量控制概述

有些结构工程师往往过于迁就建筑专业，不对某些无必要的不规则情况提出意见，造成结构平面或竖向严重不规则，将一个本来可以不超限的高层做成超限高层，大大增加了结构含钢量，造成了浪费。这就要求结构工程师提前介入建筑方案的讨论，使最终的建筑方案尽可能简单、规则。影响结构含钢量的因素首先是建筑物的体型，包括建筑物的开间、进深、层高，平面形状的凹凸、竖向立面的缩进、悬挑等等。建筑布置的任何平面不规则或竖向不规则都将导致含钢量的增加。

2.建筑结构设计含钢量控制措施

2.1钢材的选择

市场上钢筋种类很多，选择不同的钢筋对含钢量影响很大。新版GB50010-2010混凝土结构设计规范对钢筋种类做出了较大调整，增加了HRB335，HRB500等高强度钢筋，剔除了原HPB235钢筋。总的来说是提高了钢筋的强度等级，并提倡采用高强度钢筋，以达到增加结构构件的安全储备和节省资源的目的。比如HRB400级钢筋强度设计值为HRB335级钢筋的1．2倍，而市场价格HRB400级钢筋是HRB335级钢筋的1．05倍，采用HRB400级钢筋比采用HRB335级钢筋理论上可以节约造价的10%左右。采用高强度钢筋，可以充分利用钢筋的高强度，大大降低用钢量，对钢筋加工、绑扎、施工周期都有很大的益处。

2.2 结构布置

在确定建筑物的体型后，就要进行结构选型和结构布置。我们主要根据建筑物的高度及建筑的空间使用功能确定结构形式。结构布置应均匀、对称，力求刚心和质心重合，尽量避免出现GB50011-2010建筑抗震设计规范(以下简称《新抗规》)第3．4．3条及JGJ3-2002高层建筑混凝土结构技术规程(以下简称《高规》)第4．3．3条等相关不规则情况。这样就给下阶段设计工作中合理控制结构含钢

量打下良好的基础。

2.3结构计算模型荷载取值

荷载取值的大小直接影响结构含钢量是否合理，过小的荷载会导致结构的不安全，过大的荷载则造成浪费。设计工作中应尽量选用轻质墙体材料，根据建筑墙身做法详细计算荷载，门窗荷载应折去。活载应根据具体建筑功能严格按GB50009-2012建筑结构荷载规范(以下简称《荷载规范》)取值。非固定隔墙的荷载应折入楼面活载。对于《荷载规范》4．1．2条可以折减的项目，应予以折减。结构工程师应该对各种结构形式的单位面积质量有一定了解。

2.4结构计算参数的选择

目前结构设计计算软件有很多，每个计算软件都有大量参数需要结构工程师设置，这些参数都会影响结构含钢量，必须了解其意义及对计算结果的影响。

2.4.1计算振型个数。该值若取值太小不能正确反映模型应当考虑的振型数量，使计算结果失真;取值太大，不仅浪费时间，还能使计算结果畸变。振型个数一般取振型参与质量达到总质量的90%所需的振型数即可。

2.4.2结构基本周期。结构基本周期是计算风荷载的重要指标。该参数对于以风荷载起控制作用的高层建筑的含钢量有一定的影响。设计人员可以先保留软件的默认值，待计算后从周期计算结果中提取该值，填入“结构基本周期”选项中，再次计算得出各结果。

2.4.3中梁刚度放大系数。一般结构计算中，中梁刚度放大系数取1．5～2之间的某一数值，为的是考虑楼板对结构的刚度贡献，此时计算出来的梁的内力和配筋都会有所提高。故该数值应该按实际情况取值，人为的增加刚度而引起含钢量增加是不必要的。

2.5结构计算指标的控制

2.5.1周期比。周期比是控制结构扭转效应的重要指标。它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不致出现过大的扭转已减少配筋。

2.5.2位移比。位移比是控制结构平面不规则性的重要指标。《高规》第4．3．5条给出了相应的规定。该值如果超过了1．2，说明结构竖向构件布置的不均匀，刚心和质心不重合，结构扭转产生内力，导致竖向构件和框架梁的配筋都增大。此时，需调整竖向构件布置使其刚心和质心相重合，以减小结构平面的扭转。此外，根据《新抗规》第3．4．1～3．4．3条及其条文说明的内容，位移比1．2～1．4时，为一般不规则情况;位移比大于1．4时，为特别不规则情况。位移比是判别该建筑是否为超限高层的重要指标，对含钢量影响很大。

2.5.3刚度比。刚度比是控制竖向不规则的重要指标，同时也是判别该建筑

是否为超限高层的重要指标。结构工程师应根据实际情况，对上下层结构构件的刚度进行调整，以达到减少内力、控制含钢量的目的。

2.5.4层间受剪承载力之比。层间受剪承载力之比也是控制结构竖向不规则的重要指标。

2.5.5配筋率。配筋率影响结构含钢量的大小。结构计算结果不超筋，并不表示结构构件现的截面合理，结构工程师应根据配筋率进行构件优化设计。梁纵向受拉钢筋的经济、合理的配筋率宜在0．6%～1．5%范围内，若超过这一范围，宜加大或减小梁截面。

2.6设计方法

因为不同结构工程师的经验、习惯、对规范的理解和计算程序结果的理解程度不同，导致同样的计算结果，最后绘制出来的施工图的钢筋含量差异很大。

2.6.1每个设计人员在绘制梁图中都会采取同类归并，用较大的配筋构件去包络较小的配筋同截面构件，但有时候因为受力不同，两根跨度、截面相同的梁，配筋差异会很大，这时候归并为同一种配筋就显得很不经济了。再如，部分设计人员习惯将非框架梁的上部钢筋设置为Φ22或Φ25的通长筋，这种做法对非框架梁和三级或四级框架梁来说没有必要。按《新抗规》第6．3．4条，可以将梁的上部钢筋在跨度中间1/3区段采用较小直径钢筋搭接，这种方法也可降低含钢量。

2.6.2设计人员在绘制施工图中或多或少都会增大结构计算配筋的结果。有的设计人员加大梁上部支座钢筋，认为钢筋加大，结构就更安全。其实这样增加钢筋，反而起到了相反的作用，增加了梁端的刚度，而没有增加柱端刚度，是结构在遭遇地震作用时，柱端先于梁端出现破坏，违背了“强柱弱梁”的设计原则。

2.6.3关于框架柱、剪力墙边缘构件的最小配箍率计算，规范没有明确对于复合箍是否要扣除重叠部分的箍筋。一般设计人员就按最保守的考虑，即按扣除重叠部分箍筋计算配箍率，这样箍筋用量就会增加，还会造成因箍筋太密而影响混凝土的施工质量。有经验的设计人员会适当考虑一些重叠部分的箍筋，这样既节省了工程造价，又方便了施工。

3.结语

含钢量并不是越小越好，节省含钢量也绝不能以牺牲工程质量为代价。结构工程师应在理解规范及条文的基础上对设计工作不断优化，力争作出安全、适用、经济的结构。

参考文献:

1.GB50010-2010，混凝土结构设计规范［S］．