结构设计中含钢量的控制措施

结构设计中含钢量的控制措施

【摘要】在影响建筑工程造价的诸多因素中，建筑结构设计是工程造价控制的关键环节，而结构含钢量的多少则是结构设计环节的重中之重。本文分析影响含钢量的因素，提出了具体的控制方法，以供设计同行们参考。

【关键词】含钢量；造价；结构设计

一、影响含钢量的因素

表1～ 3 中数据说明：即使是同一结构类型的建筑，其含钢量也有多有少，差值可达一两倍。但是，对于一个具体的工程来说，含钢量应该为确定的数值。影响含钢量的因素值得探讨。

1、自然条件处在地震设防烈度等级高或者风压大的地区，含钢量高，反之较低。在气候恶劣、温差变化剧烈的地区，为抵抗温度应力，增加抗拉性能优良的钢筋配置，也是工程师常用的办法。建筑场地土质差，浅层土承载力低，持力层埋深大时，需要采用桩基础或很厚的钢筋混凝土筏板，含钢量自然大。

2、规范与标准

为了增强结构的耐久性而需多用一些钢材应属合理使用，为了增强延性和防倒塌能力，还要合理增大构造用钢量。

新修订的规范对非抗震结构中受弯、偏心受拉和轴心受拉构件中的受拉纵向钢筋最小配筋率改用特征值表达式和下限值相结合的取值方法，使其取值水准适度提高；对抗震框架梁受拉纵向钢筋最小配筋率增加特征值表达式，适度提高了其在混凝土强度等

级偏高情况下的取值；适度提高了非抗震受压构件和抗震框架柱的纵向钢筋最小配筋率取值；新增了基础底板最小配筋率的取值规定。

新规范对建筑结构的含钢量要求，较之上一版的老规范有较大的提高，设计试算表明，提高幅度约为 5%～15% 。

3、设计参数

建筑专业的设计对含钢量影响最大的一个方面，是建筑物的规则性，具体体现在开间、进深、层高、平面形状的凹凸、竖向立面的缩进悬挑等等。如果一个总面积不大的房子，开间、进深、层高各不相同，平面立面多有变化，其含钢量必然很大，这也是一般公共建筑（剧院、体育馆等）比同等面积的住宅办公楼含钢量大一两倍的原因。此外，对于工业厂房，影响含钢量的设计参数则是厂房的跨度、高度、柱距、吊车吨位和楼面荷载（对多层厂房而言）。

二、控制钢筋混凝土结构含钢量有效的措施

在同样的设计条件下，如何有效控制结构含钢量，是结构设计人员最关心的。下面就从具体的几个方面来分析探讨一下。

1、合理的基础形式

地基基础是建筑物的重要组成部分，其造价约占工程总造价的10%～20%，因而，结构设计时选用合适的基础形式对控制工程造价至关重要，基础设计时，结构设计人员要根据建筑上部结构形式的受力特点、建筑场地的工程地质条件、水文地质条件以及当地的

施工经验等因素综合考虑。一般来说，天然基础的造价约为桩基造价的20%～6 0% ，因此，在满足设计要求的前提下，能采用天然基础的尽量不要采用桩基础，采用桩基时求短不求长，灌注桩配筋又有通长和1/2、1/3 桩长的节省办法。

2、上部结构

2.1 竖向构件（墙柱）

一般剪力墙结构标准层墙体厚度取 200mm 的居多，结合高规的相关规定，对 t、l 和一字型墙体，其中某一段墙肢长度大于1.6m 时，可视为一般剪力墙。当底层层高较高时，为满足墙体稳定性的需要，往往需要加厚墙体，墙厚取值一般为 300～500m m，按照高规规定，仅加厚墙体而不增加墙长，墙体会转化为短肢剪力墙。对此情况底层剪力墙的配筋是否应严格遵守高规的规定是值得商榷

的问题。参照《建筑结构施工图设计文件审查常见问题分析》（姜学诗著）2009：第一，墙厚不小于层高的 1/15，且不小于 300mm，高厚比大于4时仍属于一般剪力墙。以上规定相当于对墙厚不小于300mm 的剪力墙，放松了要求。第二，短肢剪力墙中底部加强部位墙肢约束边缘构件纵筋配筋率不应小于1.2%，其他部位不应小于1.0%。该条文实质是将高规规定的适用于全截面的配筋率范围缩小到位于短肢墙两端的约束边缘构件范围内。通过以上两点细化，可适当减小剪力墙含钢量。

框架柱设计第一要素是柱截面尺寸不要抠太紧，即轴压比不宜太接近限值，这不仅可减少配筋，而且还能较易实现强柱弱梁的要

求。纵筋配置也应有适当余量，角筋可选择较大直径，其他纵筋根据计算要求设计即可。箍筋在满足最小配箍率和计算要求前提下，宜ⅰ和ⅱ（ⅲ）级钢混用，即外围箍筋选用ⅱ、ⅲ级钢，内部箍筋仍采用ⅰ级钢。这样可利用强度较高的外围箍筋增加对内部混凝土的约束，而且容易实现配箍率要求。若全部采用ⅰ级钢，为满足配箍率，有可能箍筋数量会太多或者直径过大。若全部采用ⅱ、ⅲ级钢筋，又可能不经济。剪力墙边缘构件的配箍可采用类似方法。

2.2 梁、板

汶川地震震害调查发现，现有的框架结构以柱端出塑性铰较多，而梁端很少发现，很难实现强柱弱梁的设计理念。其中一个主要原因是设计很少考虑楼板对梁的刚度贡献。基于现行规范和计算程序，较为可行的方法为梁配筋满足计算要求即可，没有必要超配，若有充分依据，并考虑板内与梁平行钢筋的贡献，可适当减少梁配筋。从节约的角度，架力筋即顶部通长钢筋可以选择直径较小的钢筋与支座钢筋搭接（受力需要设置通长钢筋例外），梁的架力筋要求，抗震规范第 6.3.4 条有明确规定，按此执行即可。设置架力筋有一个好处，就是由于梁端每个支座均通过架力筋搭接，每个梁支座配筋可根据计算需要设计不同钢筋直径和根数，而不必要兼顾通长钢筋的配置。以往梁顶部通长钢筋的做法是为了减少钢筋规格，便于施工，但无论是实际受力还是震害调查结果显示，梁上部设计较大规格的通长钢筋大部分是没有必要的。该项措施的实施可大大节约含钢量。

楼板的配筋应以ⅱ、ⅲ钢筋为主。由于地区差异，一些地区仍旧采用ⅰ级钢筋作为楼板钢筋，由于强度较低，往往由配筋率起控制作用，不经济。另外，尚需注意一些地方规范的特殊要求，例如：江苏省规定：对住宅类建筑，为防止出现混凝土结构裂缝，建筑物两端开间及变形缝两侧的现浇板应设置双层双向钢筋，钢筋直径不应小于8mm，间距不应大于100mm。

楼板的配筋与板跨、梁的平面布置形式和荷载等因素密切相关，针对具体的需要，设计合理的梁平面布置，使得楼板厚度和配筋处于一个合理的范围是设计应做的。

3 、建议采用hrb400级钢筋

ⅱ级钢筋（hrb335）强度设计值为 f y = 300n/mm2，ⅲ级筋（hrb400）强度设计值为 f y = 360n/mm2，二者强度之比为0.83，而市场上价格之比约为0.95，改为强度较高的hrb400级钢筋用于建筑，则可节约钢材约14% （0.95/0.83=0.14），这是降低含钢量最直接的措施。同理，若将强度低的ⅰ级钢筋改为强度较高的ⅱ级钢筋用于建筑，强度比为1.43，价格相差不大，可节约钢材约40% 。

4、结论

在确保结构方案尽可能合理的前提下，再对各结构构件进行精细化设计，结构用钢量应该可以控制在一个较为合理的范围内。