剪力墙结构中的含钢量探究

剪力墙结构中的含钢量探究

前言：实际工程设计中，控制含钢量的基本原则为，在满足结构计算结果的前提下仅按规范最低构造要求配置钢筋，从而达到降低含钢量的目的。考虑到规范条文以原则性的规定为主，对于剪力墙结构，即使墙体布置已确定，设计时仍存在一定的优化空间。

一、影响含钢量的几个因素

1、平面体型的规则性和均匀性对含钢量的影响。平面体型的规则性和均匀性对含钢量的影响很大，建筑平面布置外凸与内收程度，以及由此形成的建筑物平面刚度和其是否突变等，均对XY轴双向的动力特性会产生较大影响；两个方向的刚度差异也会导致不均匀性，从而直接影响整体刚度和配筋，这也是为何平面布置较怪的高层住宅比规整的高层住宅造价高的原因之一。

2、竖向高宽比对含钢量的影响。竖向高宽比对含钢量的影响与上一条不相上下，对高宽比大的高层住宅而言，为保证整体稳定性必然要增强其侧向刚度，亦即为满足建筑物抗震、抗风和舒适度的需求，就要保证结构的侧向位移控制在规范要求的范围内，也就是要相应提高抗侧力构件的含钢量。

3、总高度的变化对含钢量的影响。由于设计的高层建筑多为A级，且大部分的结构布置形式为剪力墙结构，以7度设防地区为例，按照规范80米限值，≤80米的抗震等级为三级，大于80米的抗震等级就提高为二级，含钢量随之便有一个明显的上升变化。

4、转换层对含钢量的影响。一般情况下转换层配筋量相当于2～3个标准层的配筋量，而且由于转换层造成竖向抗力构件不连续，转换柱或墙体的配筋也较大，故应以尽量避免或减少转换为基本设计理念。

5、层高的控制对含钢量的影响。设计经验表明层高的控制对含钢量控制也有较大意义，有数据显示，层高每增加10厘米，含钢量增加约1.0KG/M2。

6、抗侧力构件的布置对含钢量的影响。抗侧力构件的布置对含钢量的影响亦不容忽视，构件布置合理容易使刚度中心和质量中心接近，从而充分发挥抗侧力构件的扭转刚度，能够保证扭转位移比在规定限制内，可以避免抗侧力构件数量过多和位置不合理造成的多筋超筋现象。

二、结构计算做到精细化

当建筑物高度增加时，水平荷载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。例如填充墙开窗门洞处，应尽量精确选取线恒载，不得随意加大。之前，在方案选择时应建议建筑专业尽量采用轻质材料，减轻结构自重。高层建筑室内填充墙宜采用各类轻质隔墙。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、合理的结构布置是控制含钢量的有效途径

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。实际经验表明加大剪力墙布置间距，减少剪力墙数量，是减少含钢量的有效措施。当然也要注意由于连体方案平面长宽比较大，只有在低烈度地区才有减少含钢量的优势，是建筑物体型中平面长宽比影响因素的特例。实践中应在规范允许的范围内进行优化设计，适当减少剪力墙数量，加大框架梁跨度；与建筑专业协商，开间布置避免错位，减少由此而增加的竖向构件，一旦结构布置经过优化，钢筋单方含量和混凝土含量即会相应减少。高层建筑地下室底板建议采用带柱帽的普通钢筋混凝土无梁楼盖，地下室其余各层、地下室顶板、裙楼和住宅塔楼的楼盖建议采用普通钢筋混凝土梁板楼盖。对于细部构件布置，当两轴尺寸接近时，采用双向板布置；当两轴尺寸差别较大时，采用单向板布置。

四、结构材料应选用高强度钢筋

一般的办公、住宅建筑，荷载不太大，但因为要满足管线埋设等要求，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，应尽量使构件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（强度提高1.11或1.33倍）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。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。板跨越大，节省的钢筋越多。对剪力墙边缘构件和框架梁纵筋含钢量降低尤为明显。

五、施工图阶段不可忽视的微调

当最后进入结构施工图阶段，除了细化初步设计的成果外，还需要对结构计算结果进行进一步微调，柱、剪力墙、梁、板和节点的配筋需进一步斟酌，结构的薄弱部位不要超过计算书的10%，一般为不小于5%。此外关注点也还要放在竖向构件的含钢量控制上，如果仅需要构造配筋，水平筋可考虑用直径8mm，竖向筋可考虑用直径8mm、10mm间隔布置。

严控墙、板和梁配筋，剪力墙和板配筋符合构造要求的，按规范最小配筋率进行设计。如果加强区为200mm或250mm厚的墙水平筋Φ10@150可改为Φ10@200；对非加强区200mm厚的墙水平筋Φ8@150可改为Φ8@200；若竖向筋Φ10@200 亦可改为Φ1 0/8@200。梁配筋分多个标准层进行设计。

对于剪力墙体系和短肢剪力墙体系的含钢量控制，比如层数在20～30层的住宅，最好采用全现浇剪力墙结构。否则若采用短肢剪力墙，体系就会变得较柔，结构顶点位移和层间位移就不容易满足规范要求，且“高规”对短肢剪力墙的配筋有了更严格的控制，因而含钢量不但不会减小反而会增大，不宜采用。

结语

住宅钢筋混凝土结构设计中的含钢量控制，需要从结构方案阶段入手，重视结构概念设计，选择合理的结构体系。在施工图阶段力争精确选取适用的荷载，采用适当减少剪力墙数量、地下室平板式底板和优先选用高强度钢筋及高强混凝土等一系列结构技术措施。细化设计，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，确定构件的合理截面尺寸及经济配筋，努力做到结构安全适用、技术先进、经济合理、方便施工。