结构设计中含钢量的控制

多建祥

【摘要】近年来，随着我国建筑行业的不断发展，建筑开发商为降低工程的造价，赚取更多的利润，比以前更重视结构的含钢量。开发商一般都会在设计合同内把含钢量的控制进行说明，加以限制，因此，这就对结构设计提出了更高的要求。鉴于此，文中笔者根据多年工作经验对结构设计中影响含钢量的因素进行分析，并提出一些控制含钢量的措施。以供同行参考交流。

【关键词】结构设计；含钢量控制；

一、结构设计方案对含钢量的影响

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（如风车型、工字型、u字型）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。

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，小于80米的抗震等级为三级.大于80米的抗震等级就提高一个级别为二级，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.OKG/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。

7、建筑立面造型及细部处理对含钢量的影响

建筑立面丰富.细部构造复杂对含钢量控制也有一定的影响，据有关统计建筑风格为托斯卡纳风格的建筑立面。以及带有转角窗、凸窗、飘窗等细部构造节点大样并采用钢筋混凝土形式时，含钢量能增加O.5～1.0 KG/M2。

二、常见结构设计中控制含钢量的措施

1、剪力墙配筋控制

首先必须是结构合理布置，那么边缘构件的配筋通常采用构造配筋。其次边缘构件分为加强部位和非加强部位两类，前者必须按约束边缘构件配筋，后者则按构造边缘构件配筋。不管是节点区还是其余墙段，前者的配筋量均远大于后者， 因此在结构设计中严格区分抗震墙的加强部位和非加强部位，对钢筋用量而言是具有很大意义的，而随意扩大抗震墙的加强部位肯定会增加用钢量。抗震墙如能合理地布置、截面合理取值，其配筋多半不是内力控制配筋而是构造配筋，这样其节点区主筋、箍筋以及墙段的水平分布筋的配筋率都可按规范规定的最小配筋率配置。

2、柱配筋控制

设计中应通过混凝土强度等级的合理确定来控制其截面尺寸和轴压比，使绝大部分柱段都是构造配筋而非内力控制配筋，此时柱主筋就可以按规定的最小配筋率或比其略高的配筋率选择主筋规格；至于柱箍筋的体积配筋率，由公式可以看出， 采用高强度钢筋比低强度钢筋更可节省用钢量。

3、梁配筋控制

梁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及梁箍筋配箍率公式中可以看出，要使梁的用钢量不太高，一是混凝土强度等级不宜过高，二是采用高强度钢筋，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。对截面宽度较小的梁，当配筋量较大时往往需要放2～3排钢筋，无疑将减小梁的有效高度，因此当不影响使用或建筑空间观感时，梁宽宜略为放大，尽量布置成单排主筋，尤其是梁截面高度不太大时， 以达到节省钢筋的目的。 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，在通常情况下，仅在梁侧配置加密箍筋已经足够，若再加配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。

4、楼板配筋控制

现浇混凝土楼板的厚度通常在100或以上，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。对于大跨度双向板，由于板底不同位置的内力存在差异，设计中不宜以最大内力处的配筋贯通整跨和整宽。为了节省用钢量，一般应分板带配筋，其次当板底筋间距为100或150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。当板面需要采用贯通面筋时，贯通筋的配筋通常不需也不宜超过规定的最小配筋率，支座不足够时再配以短筋，这样既符合规范规定又可节省用钢量。

5、构造钢筋控制

按照理论来说，当构件的配筋按照规范要求的最少配筋率来配置钢筋是最经济的，然而由于各种条件限制，对于不同类型的构件是难于实现的的。故各构件经济的配筋率如下：板配筋率控制0.25～0.5%；梁构件配筋率控制0.5～1.2%；柱、剪力墙属受压或偏心受压构件，其配筋一般由构造控制，在满足最小配筋率基础上，适当提高配筋率即可；基础等以冲切、抗剪控制的混凝土构件，满足受力及最小配筋率即可。

6、以结构优化设计来减少墙的数量控制钢筋用量

在建筑结构布置时。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.因重叠部分不計人体积配箍率。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（从地面算起）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.开问布置避免错位。减少由于框架梁错位而增加的竖向构件.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。

参考文献：

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