建筑结构设计对含钢量的控制研究.docx

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1、建筑结构设计对含钢量的控制研究建筑结构设计对含钢量的控制研究提要：含钢量是控制结构成本的重要指标，本文通过合理的建筑体型控制和结构布置，正确的荷载取值，慎重的选择计算参数，适度的构造措施，优化结构设计，降低结构用钢量，从而设计出安全适用、经济合理的建筑。1.绪论含钢量指的是一个断面上钢材（一般都是钢筋）面积与结构面积的百分比，体现了一栋房子中钢筋骨架的稠密程度。它是一个动态数据，与建筑物的高度、结构、材料和抗震级别有关系。随着我国住宅商品化发展，建筑设计人员在保证建筑物安全、可靠的同时，还需要充分关注包括用钢量、混凝土用量、土方量、结构造价、工程总造价等建筑经济指标。众所周知，土建工程造价在整

2、个建筑中的造价占有很大比重，而土建工程造价最主要的是材料费，对比砂石、水泥、钢材等土建主要材料的单价，钢材最为昂贵。因此，含钢量的高低直接影响到整个工程造价。含钢量这一术语也成为了建设单位较为关心的新名词，甚至与设计单位签订设计合同时常要求做限额设计。面对这一新常态，设计师们在设计过程中，应合理设计，既要注重建筑方案的合理性，又要构件精细化设计，从而设计出安全适用、经济合理的建筑。2.合理的建筑方案结构设计师在建筑前期方案阶段，提出合理建议。满足建筑功能布局的前提下考虑结构设计的限制：（1）建筑平面布置方正、规则，对于简单对称的平面布置而言，可避免过大的扭转效应，减少抗扭构件的布置来降低钢材的

3、使用量。避免平面长度尺寸超长，超长建筑须考虑混凝土的收缩应力和温度应力，相对于非超长建筑仅是荷载产生的应力，其单位面积用钢量必然更多。同时，控制好平面长宽比，平面长宽比较大的建筑物由于两主轴方向的动力特性差异较大，在水平力（风力或地震）作用下，抗侧刚度较薄弱的窄边方向上构件受力较大，从而造成两向构件受力的不均匀性造成配筋不均。（2）建筑竖向体型规则、均匀，可避免层间刚度比不满足规范而增加抗侧力构件，从而提高钢筋用量。同时，控制竖向规则程度的措施包括减少高宽比、避免薄弱层、避免转换层。（3）柱网尺寸合理布置，柱网绝对尺寸和疏密程度，影响楼盖梁板的结构布置。柱网大则楼盖用钢量较多，而柱网小因柱数增

4、多而使柱构件用钢量增加，需要结构设计师根据建筑的实际情况和经验合理布置柱网，柱网尺寸均匀可使结柱、梁、板受力合理，从而减少构件的钢筋用量。（4）合理设置剪力墙，外围墙体对整个结构的刚度影响大，而内部墙体对刚度贡献小，因此设计时尽量将墙体布置在外围，同时合理设置长墙比例，不设或少设短肢剪力墙。3.结构计算模型荷载优化荷载取值的大小直接影响含钢量是否合理，取值过小会导致结构不安全，取值过大会造成结构不经济，所以荷载取值应严格按照荷载规范，尽量做到精确。（1）对于一些特殊功能的建筑，应会同建设方共同测算荷载的取值。（2）对于荷规4.12条所列可折减项目，应按所列系数折减。（3）地面、楼面、屋面、填充

5、墙、隔墙、构架、线条等恒载取值应按建筑做法和大样详细计算。尤其对于填充墙上开洞面积较大时，应扣除洞口部分重量。4.合理取用结构计算参数设计参数直接影响含钢量的变化，需要结构设计师正确选用，既要在场地土类别、抗震设防烈度、周期折减系数等宏观参数总体把握，又要在中梁刚度放大系数，梁端负弯矩调幅系数、梁扭矩折减系数等微观参数合理取值。重点核对轴压比、刚度比、剪重比、位移比、周期、层间受剪承载力比、刚重比、有效质量比等各个指标满足规范要求。控制结构含钢量的同时保证整个结构体系安全。5.控制构件配筋的方法5.1柱配筋控制（1）控制柱截面尺寸和轴压比，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

6、只需要满足规范最小配筋率要求；（2）柱箍筋的体积配筋率满足规范对此项要求的前提下，分析柱箍筋的体积配筋率计算公式可知，采用高强度钢筋相对低强度钢筋更可节省用钢量；（3）尽量将梁在柱中心布置或改变柱竖向形状，可减少柱偏心受压，从而降低柱纵筋配筋用量；5.2梁配筋控制由梁主筋最小配筋率及梁箍筋配箍率公式中可以看出，降低梁的用钢量，可采用的具体措施有：（1）混凝土强度等级不宜过高；（2）采用高强度钢筋，此外，在不影响使用或建筑空间观感的情况下，梁宽宜略为放大，尽量布置成单排主筋，减小梁的有效高度，以达到节省钢筋的目的。（3）主次梁相交处以配置加密箍筋优先，以计算结果文件的剪力包络图为依据，确定是否配

7、置吊筋。5.3楼板配筋控制（1）采用塑性理论计算，满足正常使用极限状态要求且采取有效措施，有效降低支座配筋。（2）合理控制现浇楼板的厚度，使其配筋为内力控制而非构造配筋，采用高强钢筋达到节省用钢量，对于大跨度双向板，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。（3）合理选择楼板混凝土的强度，注意混凝土强度等级低构造配筋小的特点。5.4剪力墙配筋控制（1）剪力墙按照规范的要求设置约束边缘构件，按约束边缘构件配筋量远大于按构造边缘构件配筋，由建筑抗震设计规范6.4.5条第1款，剪力墙底层墙肢底截面轴压比不大于表6.4.5-1规定，可仅设

8、置构造边缘构件，因此，尽量将轴压比控制在表6.4.5-1规定范围内。（2）对于多、高层建筑，按要求必须设置约束边缘构件时，合理选择墙长和墙厚，控制好轴压比，从而减少Lc区域长度和配箍特征值，宜采用高强钢筋，从而降低了最小体积配箍率的要求。设计师建筑方案阶段，控制建筑物的体型，合理结构布置，施工图阶段，优化荷载取值和参数选择及采用有效构造措施等传统方法，确保节省用钢量。随着科学技术的进步，新材料、新技术、新工艺在建筑中的应用。近年来，提出的“隔震”技术的应用，其主导思想是将建筑物的基础与主体之间用一种特殊的橡胶垫即所谓的“隔震垫”隔开，使基础和主体之间的刚性连接变成柔性连结。一旦发生地震，可大大减轻地震力对上部主体结构的影响。因此，整个结构受力构件的配筋可以减小。设计师们应怀着高度的责任心，认真学习理论知识，平时实践总结，在传统方法的基础上，寻找新思路、新方法优化结构设计，从而建造既安全又经济的建筑。