鄭建峰

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西太原 030013)

鋼筋混凝土多高層住宅結(jié)構(gòu)用鋼量控制措施

鄭建峰

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西太原 030013)

對建筑方案、結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施等影響鋼筋混凝土高多層住宅用鋼量的三個重要因素進(jìn)行了分析，指出選取合理的結(jié)構(gòu)體系、正確的荷載取值及適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施，可將用鋼量降到最低。

多高層住宅，用鋼量，結(jié)構(gòu)體系

0 引言

近年來，隨著我國房地產(chǎn)市場的興盛，高層住宅的設(shè)計已成為許多設(shè)計院的主要工作任務(wù)。由于土地價格的不斷上漲而導(dǎo)致了土地成本的不斷增加，許多投資方和開發(fā)商越來越多的關(guān)注起項目的投資成本，其中高層住宅單位面積的用鋼量則成為最受關(guān)注的指標(biāo)之一，并常被作為設(shè)計合同的內(nèi)容之一。合理的控制高層住宅的結(jié)構(gòu)含鋼量不僅能正確的反映結(jié)構(gòu)工程師的技術(shù)水平，同時也是衡量一個設(shè)計單位技術(shù)水平和競爭力高低的一個重要標(biāo)志。此外，在保證結(jié)構(gòu)安全合理的前提下，控制結(jié)構(gòu)的用鋼量，有效的控制項目的建設(shè)成本，對于建設(shè)節(jié)約型社會有著重大意義。

處于不同自然條件下的高層住宅，其含鋼量的差別是顯著的。如在不同的抗震設(shè)防地區(qū)，高層建筑的抗震等級及設(shè)計采用的基本地震加速度是不同的，抗震構(gòu)造措施的采用也是不同的，所以相同建筑布局的高層住宅在不同的抗震設(shè)防區(qū)所采用的結(jié)構(gòu)形式是不同的，從而含鋼量也是有很大差異的。本文在這里并不考慮自然條件對高層建筑用鋼量的影響，而是重點從建筑方案和結(jié)構(gòu)體系的選擇及合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施等幾個方面來闡述如何有效控制高層住宅用鋼量。

1 建筑方案

對于高層住宅而言，建筑方案是影響建筑結(jié)構(gòu)用鋼量的重要因素之一?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第四章指出：在高層建筑的一個獨立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻。高層建筑的豎向體型宜規(guī)則、均勻，避免有過大的外挑和內(nèi)收。結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化，不應(yīng)采用平面和豎向布置嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，因為簡單合理的建筑方案布置，可以使相應(yīng)的結(jié)構(gòu)布置更合理，傳力途徑更加明確，結(jié)構(gòu)的計算模型、內(nèi)力和位移分析及限制薄弱部位出現(xiàn)都易于把握，對結(jié)構(gòu)整體用鋼量也可以很好的控制。但是，如果出現(xiàn)了平面和豎向不規(guī)則的現(xiàn)象，例如：底部大空間轉(zhuǎn)換層的存在，平面凹進(jìn)或突出的尺寸過大，出現(xiàn)細(xì)腰型或角部重疊，豎向外挑過大，超過規(guī)范限制等。針對這些不規(guī)則的現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)工程師需要采用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)加強措施，有時甚至需要改變結(jié)構(gòu)體系，從而導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)用鋼量的極大提高。此外，建筑立面及豎向裝飾線條的復(fù)雜程度也會在一定程度上影響建筑物最終的用鋼量。

因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計一直以來都強調(diào)概念設(shè)計的重要性，要求結(jié)構(gòu)工程師在建筑方案設(shè)計階段，就憑自身擁有的結(jié)構(gòu)體系功能及其受力、變形的整體概念和判斷力，用概念設(shè)計去幫助建筑師開拓或?qū)崿F(xiàn)該建筑物業(yè)主想要的，或已初步構(gòu)思的空間形式及其使用、構(gòu)造與形象功能，并以此為目標(biāo)，與建筑師一起構(gòu)思總結(jié)構(gòu)體系，并能明確結(jié)構(gòu)總體系和主要分體系之間的最佳受力特征要求。這樣不僅能提高結(jié)構(gòu)布置的合理性，同時也能提高建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。

2 結(jié)構(gòu)方案

2．1 結(jié)構(gòu)體系

當(dāng)建筑方案基本敲定之后，結(jié)構(gòu)工程師就要進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)體系的選擇，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的布置，這一步對于結(jié)構(gòu)用鋼量起到?jīng)Q定性的作用。不同結(jié)構(gòu)體系對應(yīng)不同的結(jié)構(gòu)抗震等級，需采用不同級別的抗震構(gòu)造措施，因而，結(jié)構(gòu)用鋼量會存在較大差異。例如：對于底部要求大空間的混凝土高層商住綜合體，可采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)或框支剪力墻結(jié)構(gòu)，但從用鋼量的角度來講，通常前者的用鋼量更省。對于普通類小高層住宅，可采用剪力墻結(jié)構(gòu)、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)和異形柱—剪力墻結(jié)構(gòu)。與剪力墻結(jié)構(gòu)相比較，短柱剪力墻的設(shè)計更為嚴(yán)格，計算用到的剪力設(shè)計值(對于抗震等級為一、二、三級的剪力墻)及墻體豎向配筋率均大于一般剪力墻結(jié)構(gòu)。而異形柱—剪力墻結(jié)構(gòu)抗扭能力較差，因此規(guī)范對其有著更加嚴(yán)格的要求，柱截面配筋率通常較大，經(jīng)濟(jì)性較差。所以從控制用鋼量的角度出發(fā)，應(yīng)該首選剪力墻結(jié)構(gòu)。

2．2 剪力墻的平面布置

多高層住宅應(yīng)該有較好的空間工作性能，剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)該雙向布置，并宜使兩個方向剛度接近。剪力墻墻肢截面宜簡單規(guī)則，布置均勻?qū)ΨQ，并盡量布置在建筑周邊，中間利用電梯井、樓梯間等豎向通道布置，這樣可以保證結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，降低建筑的計算配筋。

墻肢布置的原則：墻肢數(shù)量宜少，墻肢截面宜長。因為結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度達(dá)到一定程度后，再增加抗震墻的數(shù)量對減小已有墻肢的配筋并無幫助，反而會造成材料用量的增加。墻肢宜長是指盡量采用一般剪力墻(截面高度/截面厚度＞8)，減少短肢剪力墻(4＜截面高度/截面厚度＜8)的數(shù)量。長墻肢的抗側(cè)剛度較短墻肢大，可以用較少數(shù)量的墻肢滿足結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度的要求，墻肢數(shù)量少，則材料用量小，利于控制用鋼量。同短墻肢相比較，長墻肢邊緣構(gòu)件的間距大，在需要抵抗相同的傾覆彎矩的情況下，長墻肢邊緣構(gòu)件的計算配筋較短墻肢要小，也有利于減小結(jié)構(gòu)的計算用鋼量。此外，規(guī)范對短肢抗震墻的設(shè)計要求明顯高于一般抗震墻，這勢必造成用鋼量的增加。采用長墻肢的同時，應(yīng)注意調(diào)整墻肢的長度，以控制底層墻肢的軸壓比滿足規(guī)范可設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件代替約束邊緣構(gòu)件的要求，從而可以大大節(jié)約用鋼量。

2．3 荷載取值

荷載取值的正確與否，關(guān)系到了一個建筑物的用鋼量是否合理。建筑附加恒荷載應(yīng)根據(jù)建筑條件圖所提做法及建筑平面、立面布置詳細(xì)進(jìn)行計算，對于有門窗等大洞口處的荷載應(yīng)進(jìn)行合理的折減;而活荷載應(yīng)該根據(jù)建筑功能嚴(yán)格按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》和《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施》取值;對于一些有特殊要求的房間，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行荷載的取值，不應(yīng)盲目放大，導(dǎo)致用鋼量的增加。另外可建議建筑師采用輕質(zhì)墻體材料或樓面材料，降低豎向荷載和地震效應(yīng)，從而達(dá)到降低用鋼量的目的。

3 結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施

采取了前文所述的措施之后，建筑物的整體用鋼量得到基本控制，但是仍需要在構(gòu)造措施方面采取適當(dāng)?shù)姆椒?，將建筑物的用鋼量控制在最合理的范圍之?nèi)。

3．1 樓板

依據(jù)樓面荷載及結(jié)構(gòu)平面布置確定整體建筑中大部分樓板的最小厚度，然后根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中關(guān)于板最小配筋率的規(guī)定，分析樓板配筋為受力配筋還是構(gòu)造配筋，從而為樓板鋼筋及混凝土標(biāo)號選擇合適的規(guī)格，達(dá)到節(jié)省用鋼量的目的。

對一些板跨較大的樓板，可以采用加次梁分割的方式來減小板跨，從而減小板厚，降低板的配筋面積。而針對一些不能加梁的大板，則可采用一些比較新型的樓板體系，例如現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋。

此外，對雙層雙向配筋的屋頂樓板或其他需要增加抗裂鋼筋的厚板，一般結(jié)構(gòu)工程師習(xí)慣將受力鋼筋直接拉通布置，極大地增加了樓板的用鋼量。其實，可以將樓板支座筋僅在受力范圍內(nèi)設(shè)置，其余部位同抗裂鋼筋搭接布置成雙向的，抗裂鋼筋直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于受力支座鋼筋的直徑，這樣可以大大降低樓板的整體用鋼量。

3．2 梁

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定：當(dāng)梁腹板高度hw≥450時，梁每側(cè)的縱向構(gòu)造腰筋的截面面積不應(yīng)小于腹板截面面積的0．1%，且其間距不宜大于200 mm。此項規(guī)定是為防止有可能在梁側(cè)面產(chǎn)生垂直于梁軸線的收縮裂縫而制訂的，但目前很多設(shè)計人員無論梁寬多少均用φ12的鋼筋，實際上對于梁寬不大于250的梁，例如腰筋間距取200，φ10的鋼筋就足夠了。

懸挑長度較大的懸臂梁，不論其承受的是均布荷載還是梁端集中荷載，其彎矩內(nèi)力都是急劇下降的，因此當(dāng)面筋較多時，除角筋需伸至梁端外，其余尤其是下排鋼筋均可在跨中切斷，既節(jié)省鋼筋又方便施工，是一種確實可行的方法。

4 結(jié)語

鋼筋混凝土多高層住宅用鋼量的控制，需要結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計中對建筑方案及結(jié)構(gòu)的整體受力變形有著正確的概念理解，可以從宏觀角度確定合理的建筑結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)的整體計算;在構(gòu)件的設(shè)計過程中，可以嚴(yán)格遵守規(guī)范要求，不擅自放大構(gòu)件配筋，從微觀角度控制構(gòu)件的配筋，從而在保證結(jié)構(gòu)安全合理的前提下，控制建筑結(jié)構(gòu)的用鋼量。

［1］中國建筑工業(yè)出版社．高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［M］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012．

［2］中國建筑科學(xué)研究院．混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［M］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012．

［3］國家標(biāo)準(zhǔn)建筑抗震設(shè)計規(guī)范管理委員會．建筑抗震設(shè)計規(guī)范［M］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012．

［4］李國勝．多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中疑難問題的處理及算例［M］．第2版．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012．

［5］彭詩明，王 燕．建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中用鋼量優(yōu)化設(shè)計的探討［J］．工業(yè)建筑，2008(38)：367-369．

The control measures of steel consumption in reinforced concrete high-rise residential structures

ZHENG Jian-feng

(Shanxi Architectural Design Research Institute，Taiyuan 030013，China)

This paper analyzed three important factors of construction schemes，structure schemes，structure measures influence of steel consumption in reinforced concrete high-rise residential structures，pointed out that the reasonable choice of structural system，correct load sampling and appropriate construction measures，could reduced to the most low of steel consumption．

high-rise residential，steel consumption，structure system

TU375

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.111

1009-6825(2013)10-0033-03

2013-01-27

鄭建峰(1978-)，男，工程師