结构含钢量控制的探讨

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摘要：众所周知，结构含钢量与所采用的结构形式、建筑物高度、抗震设防烈度、荷载等有关，如何在保证结构安全并满足设计规范构造要求的前提下，尽量减小用钢量是现阶段结构设计需要面对的问题。

关键词：建筑、结构、控制含钢量

Abstract: as we all know, such as the steel structure and the quantity of the structure form, building height, seismic fortification intensity, the load and other relevant, and how to guarantee the safety of the structure and meet the design requirement in construction standard, under the precondition of steel quantity to reduce at present stage is to face the problem of structure design.

Key words: construction, structure, control including steel quantity

中图分类号： TU3 文献标识码： A 文章编号：

1建筑方案与结构方案

重视结构概念设计、结构选型和平立面布置的规则性，选用抗震性能好且经济合理的结构体系。控制结构长宽比、高宽比、平面凹凸尺寸、楼板开洞面积、层高和结构抗侧力构件布置等。在满足建筑功能的前提下，适当降低层高，会使工程造价降低（有资料表明：层高每下降10厘米，工程造价降低1%左右,墙体材料可节约10%左右）；合理控制柱网和竖向布置（如下图共优化了八片剪力墙，调整对齐两片剪力墙，方案优化前后详图1.1、1.2）。有资料表明竖向构件占结构含钢量约40%~50%左右，可见，重视建筑结构方案前期是至关重要的。

2设计参数、荷载、计算指标

采用合理的计算模型、计算参数、设计荷载、构造措施及合理的计算指标是达到经济合理含钢量的重要途径，应认真结合规范和具体工程情况进行选择，并依据规范和结构概念合理使用计算结果进行设计，必要时采用手算复核。现以某工程4#楼(7度0.1g第三组)两种状态下结构计算结果加以比较说明。结构技术指标表2.1

从上表可以看出同等情况下的结构，精细化设计砼用量节省26.4%、钢筋含量比重最大的竖向构件砼用量少用37.8%、结构质量减轻12.5%、周期变长22%(在满足变形的条件下，尽量采用长周期结构刚度越小，地震力就越小)、地震剪力减小20%、含钢量节省约18%。因此只要设计人员能够合理布置结构设计方案，把工作做得更精细化，可节省不少用钢量和砼用量。有关资料表明，合理的设计可以降低工程总造价的5 %～10 %，甚至15%。

3采用高强度材料

采用高强度材料有助于钢材节省，如HRB400与HRB335级钢筋强度设计值之比为360/300 =1.2。HRB400钢筋目前市场价格比HRB335级钢筋略高，综合价格比约为1.05。若将强度低的HRB335级钢筋改为强度较高的HRB400级钢筋用于建筑,则可节约钢材约1.2/1.05-1= 14 %；同理，若将强度低的HPB235级钢筋改为强度高的HRB335级钢筋强度比为1.43，价格相差不大，可节约钢材约43 %。如果用HRB400级钢筋代替HPB235级钢筋，节约钢材更多，约为63 %。可见，设计时应充分理解规范，尽量采用较高强度的砼和钢筋材。当然，上述节约率的计算仅对主筋而言。实际配筋还要考虑构造要求，而构造钢筋并不因为强度高而少配，因此节约率将会比上述计算小一些。

4结构构件设计

结构构件的设计和配筋由于设计规范中有明确具体的规定，故设计中通常都不应违反，但在符合规范规定的前提下，仍有不少设计技巧能达到节省用钢量的目的，现以本工程为例分别对墙柱、梁板分别说明如下：

4.1墙柱

①柱：合理确定其截面尺寸和轴压比，使绝大部分柱都是构造配筋而非内力控制配筋，柱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。至于柱箍筋体积配筋率，由公式ρv≥λvfc/fyv中可以看出，采用高强度钢筋比低强度钢筋更可节省用钢量。

②剪力墙：一般住宅剪力墙部分的含钢量可控制在20kg左右，边缘构件几乎决定剪力墙含钢量。因此，剪力墙布置应对建筑隔墙进行取舍，除了符合通常的结构概念，应尽可能使边缘构件数目减小，种类繁多的边缘构件是剪力墙含钢量的关键。剪力墙如能合理地布置、截面合理取值，其配筋通常不是内力控制配筋而是构造配筋，这样其边缘构件主筋、箍筋以及墙的水平筋配筋率均可按规范规定的最小配筋率配置。

③墙柱箍筋：从柱墙箍筋加密区的最小体积配箍率公式ρv≥λvfc/fyv可以看出采用高强度钢筋比低强度钢筋节省用钢量。柱和边约束边缘构件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箍筋增加对内部砼的约束，而且容易实现配箍率要求。

④剪力墙和边缘构件全截面大样：采用剪力墙水平筋(水平箍筋)作为边缘构件的箍筋，不足部分再附加箍筋，可避免边缘构件钢筋的重叠和剪力墙水平筋在节点区域内的锚固，这样可节省边缘构件内箍筋用量约为20%左右，甚至达到45%。

4.2梁板

据有关资料表明，楼面梁含钢量通常在6~10kg/㎡左右；而楼板通常在9~12kg/㎡左右，楼板造价约占结构总造价的9 %～13 % ，其重量占整个房屋重量的30 %左右。降低梁板钢筋含量的措施可采取以下几种方法：

板：对高层住宅的结构设计来说，楼板钢筋用量基本恒定，大约在9~12kg/㎡之间，差别不大。一是设计时可以在满足规范和计算要求的前提下，在上部需设通长筋的楼板内通长筋不宜超过规定的最小配筋率，支座不足时再配以短筋，这样既符合规范规定又可节省用钢量；二是板一般以配筋率起控制作用，当楼板的厚度通常在100mm或100mm以上，在此条件下宜将板跨增大，使其配筋为内力控制而非构造配筋，按此结果楼板配筋只有采用高强钢筋才能达到节省用钢量的目的；三是当板底筋间距为100mm或150mm时，不需将每根钢筋都伸入支座，其中约半数钢筋可在支座前切断。

梁：①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，因此满足计算要求即可，没有必要超配。

②从节约的角度，架立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)，根据砼规范和抗震规范规定，可在非框架梁（框架梁需根据跨度采用）内采用直径为8～12mm 的架立钢筋，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。

③配筋大多由内力控制，但仍有小部分由最小配筋（箍）率控制。从梁主筋最小配筋率ft/fy及梁箍筋配箍率ft/fyv中可以看出要使梁的用钢量不高，一是砼强度等级不宜过高，二是采用高强度钢筋，所以除构造配筋外，梁箍筋应尽可能采用HRB335和HRB400级钢筋，尽量减少HPB235级钢筋。前者不仅可降低最小配筋（箍）率，更重要的是有利于作为受弯构件的梁的抗裂性能。

④梁承受集中荷载处要配置附加横向钢筋（加密箍筋及吊筋）。正常结构布置的楼层梁，每一处集中荷载一般都不太大，较大者也仅为200~300kN。根据砼规公式Asv≥F/fyvsinα，在通常情况下，仅在梁侧配置加密箍筋已经足够，但若再加配2 12或2 14吊筋则已能承受更大的集中荷载。但设计中盲目加大吊筋直径，既没必要又会造成钢材的浪费。

⑤没必要也不应凡遇隔墙就设梁。当板跨小、布梁多时肯定用钢量会增多，而且可能使楼面荷载多次传递，造成受力不合理。

5结束语

文中虽然提出了一些降低含钢量的方法，但并不提倡含钢量越少越好。只是希望有助于设计人员树立重视技术经济指标意识并提高设计技术水平，从而增强其在设计市场上的竞争力。

参考文献

[1] 高层建筑砼结构技术规程 (JGJ3-2010).中国建筑工业出版社，2010.

[2] 建筑抗震设计规范（GB50011-2010）.中国建筑工业出版社，2010.

[3] 混凝土结构设计规范（GB50010-2010）.中国建筑工业出版社，2010.

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