建筑结构设计中含钢量控制

　　一、合理的建筑方案设计
　　设计阶段是决定建设项目投资控制效果的关键阶段。在方案设计阶段,结构设计工程师应尽早参与到方案设计中去,实际上就是从结构专业的角度与建筑设计人员和甲方进行沟通、交流。从方案设计开始就要在平面布置、立面造型、柱网尺寸等方面提出结构设计工程师的建议和要求,以求在后期的施工图设计中为降低结构用钢量掌握主动权。方案设计应该控制以下要点:
　　(一)建筑平面布置上力求方正规则。尽量避免出现平面不规则，,这就可以少布置或不需要布置抗扭构件来降低钢筋的使用量;控制平面长宽比。平面长宽比较大的建筑物,由于两主轴方向的整体刚度相差甚远,在水平力作用下,两向构件受力的不均匀性造成配筋不均,增加钢筋用量。
　　(二)建筑物的体型简单规整。结构的侧向刚度和水平承载力沿高度宜均匀变化,层高相差不要太大,避免因为层间刚度比不满足规范要求而增加抗侧力构件,从而提高钢筋用量。
　　(三)立面上尽量少作一些通过钢筋累积起来的复杂构架、外凸较大的线条大样等对抗震及提高承载力没有任何帮助而只会提高钢筋用量的构件，建议建筑通过配色或者简约的线条来实现建筑物的美观。
　　二、结构布置合理
　　(一)结构选型。应根据建筑平面布置、竖向布置和使用功能要求合理选择结构体系。笔者比较过某工程采用一托一的框架托层结构的用钢量比采用二层的框架结构要大,这是因为针对框架托层结构的底框部分《建筑抗震设计规范》规定有许多的构造要求及计算要求,而上面只是托一层的砖混结构,相对来说做框架托层的经济性就不如做两层框架。由此可见,合理的结构体系对后期的施工图设计减少
　　钢筋的用钢量有很大的帮助。
　　(二)柱网尺寸布置要合理。柱网大则楼盖用钢量增多,柱网小则柱子构件的用钢量增加,这需要结构工程师根据建筑的实际情况和经验合理布置柱网。柱网尺寸要均匀,可以使柱、梁、板构件的受力合理,从而降低构件的用钢量。
　　(三)抗侧力构件的位置要合理。抗侧力构件应布置在结构的周边位置,并尽量使结构的刚度中心与质量中心相靠近。这样可以减少抗侧力构件的数量和结构的抗扭效应,可以使整体结构的用钢量降下来。
　　(四)梁布置时不必每条墙下都布置梁。有时一些小板块上的隔墙即使把隔墙荷载
　　等效为板面荷载,其计算结果也是构造配筋。当板跨小、布梁多时使用钢量肯定会增多,而且可能使楼面荷载多次传递,造成受力不合理。
　　三、控制板梁柱设计
　　钢筋材料的选择对含钢量的影响,钢筋材料的选择目前常用有三种:HPB235、HRB335和HRB400,采用高强度HRB500级钢筋也是一种趋势。在设计中尽量采用较高强度等级的钢筋,能够减少钢筋用量,节约能源,例如采用HRB400
　　级钢筋可比HRB335级节约8%~10%左右。
　　(一)板。1.按《混凝土结构设计规范》5.3.1与5.3.2条规定,板块可以使用塑性理论来计算,同时应满足正常使用极限状态的要求或采取有效措施。根据笔者运用PKPM软件对板配筋结果对比显示,双向板用塑性理论计算得到的配筋结果比用弹性理论计算得到的配筋结果少25%左右。其计算方法,主要有弹性方法及塑性方法两种。2.现浇板宜做成双向板,双向板相对单向板要经济。3.合理控制现浇板的厚度。在满足最小板厚的前提下,现浇板厚度的取值应使板的配筋由内力控制而非构造配筋,对于由于板厚小而板中穿管线可能会出现现浇板裂缝的问题,可以通过构造措施和水电专业的配合来减少其负面影响。4.合理选择楼板的混凝土强度等级,强度等级低则构造配筋就小,反之则大。
　　(二)梁。1.梁计算参数的取值上弯矩放大系数及配筋放大系数取1.0,楼面本身荷载和梁荷均已经乘以大于1的分项系数,梁计算中即使不放大也已经存在安全储备,没有必要再对弯矩放大系数及配筋放大系数进行放大;在后期施工图设计时再针对薄弱的部分比如悬挑梁等进行适当的放大,提高其安全储备。2.梁的归并系数要取小,否则通过归并后虽然减少了结构的工作量,但梁配筋就会增加。
　　3.依据《高层建筑混凝土结构技术规程》5.3.4条计算时考虑梁柱节点刚域作用,可以降低梁的配筋1～2。4.砖混结构的悬挑梁锚固段箍筋不加密也可以节省悬挑梁近1/3的箍筋。悬挑梁的负筋没有必要通长设置,只要伸入墙内的锚固段满足规范要求的锚固长度即可,里面就可以采用构造配置顶面钢筋。5.合理设计梁截面。尽量避免梁宽≥350,否则箍筋按构造须采用4肢箍,造成箍筋用量增加。增加梁高可以降低梁面及梁底的配筋量,但箍筋量也有所增加。依据《建筑抗震设计规范》6.3.3条规定,尽量避免梁端纵向受拉钢筋配筋率>2%从而造成箍筋用量增加。
　　(三)柱、墙。1.柱墙部分要减小柱子和墙的刚度,可以降低吸收的地震力,减少配筋。结构设计的具体操作就是合理地确定墙柱截面:可以通过合理选择混凝土强度等级从严控制柱子的轴压比,在满足上下刚度比与位移比的前提下缩小柱截面。2.尽量使梁对柱中布置,这样可以减少柱子的偏心,也就减少了柱子的纵筋量。
　　(四)基础。基础是结构中最重要的部分,基础造价占整个工程造价很大一部分,基础的节省将对整个工程造价的多少起到决定性的作用。
　　四、结语
　　综合以上看法,通过建筑结构设计人员的细致工作是可以降低结构工程的钢筋用钢量。在设计过程中,多方面进行控制结构构造,降低结构钢筋含量,控制好建筑成本。文中虽然提出了一些降低含钢量的措施,但并不提倡含钢量越少越好。
　　
　　
　　[参考文献]
　　民用建筑设计通则GB50352-2005
　　建筑抗震设计规范GB50011-2001
　　混凝土结构设计规范GB50010-2002
　　高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002
　　建筑地基基础设计规范GB50007-2002
　　建筑结构荷载规范GB50009-2001
　　砌体结构设计规范GB50003-2001

《建筑结构设计中含钢量控制》

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