議建筑結(jié)構(gòu)含鋼量的控制措施

張 鑫

(晉城市建筑設(shè)計(jì)院，山西晉城 048000)

0 引言

現(xiàn)如今建設(shè)單位出于對(duì)成本控制的考慮，往往對(duì)設(shè)計(jì)單位都有“限額設(shè)計(jì)”的要求。所謂限額設(shè)計(jì)［1］，通俗而言，就是不超出預(yù)期的投資額，完成對(duì)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)任務(wù)。在建筑結(jié)構(gòu)的整體造價(jià)中(不含工藝設(shè)備)，土建工程造價(jià)占據(jù)絕大部分，而在各類工程材料中，尤以鋼材價(jià)格為最貴，所以建筑結(jié)構(gòu)用鋼量是控制成本的一個(gè)重要方面。如何在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有效地控制用鋼量，需要我們首先研究影響用鋼量的各種因素。

1 影響用鋼量的因素

1.1 自然條件

建筑物所處的地區(qū)不同，作用在建筑物上的外力也不同，這些外力包括地震作用、風(fēng)荷載等。處于抗震設(shè)防烈度高或風(fēng)荷載較大的地區(qū)，建筑結(jié)構(gòu)的含鋼量必然就高，反之相反。處于氣候環(huán)境惡劣，晝夜溫差極大的地區(qū)，為抵抗溫度應(yīng)力而配置抗拉性能優(yōu)良的鋼筋［2］，必會(huì)造成結(jié)構(gòu)含鋼量的上升。對(duì)各類建筑場(chǎng)地類別，如場(chǎng)地土質(zhì)差，淺層土承載力低，不得不選用樁基礎(chǔ)或較厚的鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，含鋼量也會(huì)隨之上升;如地基承載力較高時(shí)，基礎(chǔ)可以采用淺基礎(chǔ)或基礎(chǔ)所需底面積小時(shí)，鋼筋用量必然會(huì)少一些。

1.2 結(jié)構(gòu)體系和方案的選擇

針對(duì)各類不同的結(jié)構(gòu)體系和方案，設(shè)計(jì)師根據(jù)其不同的工作機(jī)理，在滿足結(jié)構(gòu)安全的情況下，采用經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系和方案。

1.3 建筑平面、立面布置及造型

方案設(shè)計(jì)師過(guò)于追求造型復(fù)雜、標(biāo)新立異的建筑，造成建筑結(jié)構(gòu)的平面、立面的不規(guī)則。這類建筑進(jìn)行地震作用和內(nèi)力計(jì)算時(shí)，針對(duì)其薄弱部位，需采取有效構(gòu)造措施來(lái)保證安全，這必會(huì)造成用鋼量的增加。此外，整個(gè)建筑的立面造型過(guò)于復(fù)雜，這不僅對(duì)結(jié)構(gòu)安全及抗震性沒(méi)有益處，反而會(huì)造成鋼筋用量的增加。

1.4 荷載取值

設(shè)計(jì)師在建模過(guò)程中，荷載取值應(yīng)和實(shí)際情況相吻合，不能隨意更改。荷載數(shù)值與用鋼量為倍數(shù)關(guān)系，故荷載取值偏大，勢(shì)必會(huì)造成用鋼量增大。

1.5 混凝土強(qiáng)度等級(jí)和鋼筋強(qiáng)度等級(jí)

規(guī)范規(guī)定，對(duì)梁板其最小配筋率，由公式可得出，在最小配筋率大于0.2%時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)與最小配筋率呈線性關(guān)系，故混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高，配筋率越大，耗費(fèi)鋼筋越多［3］。所以，在滿足該規(guī)范前提下，混凝土強(qiáng)度不宜選得過(guò)高。

目前鋼筋材料常選HPB235，HRB335及HRB400這三種。設(shè)計(jì)中選用較高等級(jí)的鋼筋，能有效的降低結(jié)構(gòu)的含鋼量，同時(shí)節(jié)省造價(jià)。現(xiàn)在使用較高等級(jí)的鋼筋是一種趨勢(shì)。

1.6 結(jié)構(gòu)構(gòu)造

具有豐富經(jīng)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)把握整體概念設(shè)計(jì)，在保證結(jié)構(gòu)安全的情況下，能合理控制結(jié)構(gòu)構(gòu)造，從而降低結(jié)構(gòu)含鋼量。

1.7 建筑外圍裝飾材料

建筑外圍裝飾材料盡量選用輕型材料。目前市場(chǎng)上建筑裝飾材料種類繁多，設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡量選用重量輕的材料，重量輕，意味著結(jié)構(gòu)整體受力小，地震作用減小，結(jié)構(gòu)總重量也輕，基礎(chǔ)所受壓力相應(yīng)也減小，從而可降低基礎(chǔ)的配筋。

2 控制用鋼量的措施

2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

過(guò)去以往經(jīng)驗(yàn)表明，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師參與方案設(shè)計(jì)的時(shí)間往往偏后，通常是在建筑方案已經(jīng)基本敲定，很多大的方向已經(jīng)確定的情況下才參與進(jìn)來(lái)，這導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師處于極為被動(dòng)的地位。受控于設(shè)計(jì)周期的限制，對(duì)方案中不合理的布置進(jìn)行調(diào)整往往來(lái)不及，所以明知方案有缺陷也只能勉強(qiáng)為之，導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果很不經(jīng)濟(jì)，甚至有安全隱患。

大量的工程實(shí)踐都表明，對(duì)體型復(fù)雜、平面立面不規(guī)則的高層建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)師為了滿足規(guī)范對(duì)此類結(jié)構(gòu)采用了多種加強(qiáng)措施，這會(huì)導(dǎo)致用鋼量大幅上升，造成極大浪費(fèi)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在方案初始階段就應(yīng)該積極介入，給方案設(shè)計(jì)人員提出結(jié)構(gòu)規(guī)范的限制，盡量選用體型簡(jiǎn)單、平面立面對(duì)稱、形心和剛心重合的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單對(duì)稱的結(jié)構(gòu)在地震中不易被損壞，這類結(jié)構(gòu)用鋼量要大大節(jié)省。方案階段的設(shè)計(jì)要求一般有以下幾點(diǎn)。

2.1.1 建筑物的體型規(guī)整

結(jié)構(gòu)整體的層高不宜相差過(guò)大;豎向側(cè)向剛度宜沿高度整體均勻變化，不宜出現(xiàn)突變，層間剛度突變需布置抗側(cè)力構(gòu)件，這會(huì)造成用鋼量加大。

2.1.2 建筑平面布置力求方正規(guī)則

建筑結(jié)構(gòu)的平面規(guī)則性包含很多方面，主要有平面長(zhǎng)寬比、樓板開洞尺寸過(guò)大、平面布置出現(xiàn)凹凸等等。若這些指標(biāo)有超出規(guī)范或超限的，將會(huì)對(duì)含鋼量控制帶來(lái)困難。

2.1.3 立面上少作一些復(fù)雜造型

現(xiàn)代建筑為了追求獨(dú)特，在立面上往往做一些復(fù)雜的造型，這些造型耗費(fèi)鋼筋量大，且增加整體結(jié)構(gòu)的重量，對(duì)抗震沒(méi)有幫助，故需盡量減少這些類型。建議方案設(shè)計(jì)師通過(guò)簡(jiǎn)化造型、豐富配色或二次設(shè)計(jì)一些鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑物的美感和新穎。

2.2 合理的結(jié)構(gòu)布置

2.2.1 合理選擇結(jié)構(gòu)體系

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)優(yōu)先選用抗震、抗風(fēng)性好的結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系的不規(guī)則往往會(huì)造成更多、更復(fù)雜的荷載傳遞關(guān)系以及更明顯的剛度突變等一系列不利后果［4］。合理選擇結(jié)構(gòu)體系對(duì)減少用鋼量有很大幫助。

2.2.2 合理布置柱網(wǎng)尺寸

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)合理布置柱網(wǎng)尺寸，柱網(wǎng)尺寸的均勻可使梁、柱、板受力更合理，計(jì)算配筋減少，從而降低結(jié)構(gòu)用鋼量。

2.2.3 抗側(cè)力構(gòu)件的位置要合理

抗側(cè)力構(gòu)件盡量布置在整體結(jié)構(gòu)的邊緣位置，同時(shí)要使結(jié)構(gòu)的剛度中心和質(zhì)量中心相靠近。這樣做的目的是可以降低抗側(cè)力構(gòu)件的數(shù)量，同時(shí)控制結(jié)構(gòu)的抗扭效應(yīng)，可以減少結(jié)構(gòu)的用鋼量。

2.3 采用合理的基礎(chǔ)形式

基礎(chǔ)是整個(gè)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其造價(jià)也占整體工程造價(jià)的很大一部分。鋼筋混凝土基礎(chǔ)由于其工程量大，耗時(shí)長(zhǎng)，所以應(yīng)仔細(xì)斟酌選用哪一種形式。首先盡量選用淺基礎(chǔ)，其次若采用樁基礎(chǔ)，則是求短不求長(zhǎng)，最后，采用加固軟土地基新技術(shù)可以避免使用樁基礎(chǔ)，這些都會(huì)降低結(jié)構(gòu)用鋼量。

2.4 盡量采用Ⅲ級(jí)鋼

Ⅲ級(jí)鋼與Ⅱ級(jí)鋼強(qiáng)度設(shè)計(jì)值之比為360/300=1.2，Ⅲ級(jí)鋼市場(chǎng)價(jià)格略高于Ⅱ級(jí)鋼，價(jià)格比約為1.05，如果將強(qiáng)度低的Ⅱ級(jí)鋼換成強(qiáng)度較高的Ⅲ級(jí)鋼，那么可節(jié)約鋼材1.2/1.05-1=14%。這是降低含鋼量最直接的措施。同理，將Ⅲ級(jí)鋼替換Ⅱ級(jí)鋼，將Ⅱ級(jí)鋼替換Ⅰ級(jí)鋼，都會(huì)節(jié)約鋼材用量。

2.5 采用新型樓蓋

在建筑結(jié)構(gòu)整體造價(jià)中，樓蓋體系的造價(jià)能達(dá)到1/10甚至更多。樓蓋體系是建筑結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成部分，其重量能達(dá)到整體重量的22%左右。選擇整體性優(yōu)越、剛度大、質(zhì)量輕并便于施工的樓蓋體系，能有效降低建筑結(jié)構(gòu)的重量，減輕基礎(chǔ)的負(fù)擔(dān)，改善整個(gè)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。通過(guò)選擇合適的樓蓋體系能大大減少結(jié)構(gòu)用鋼量。

2.6 施工圖要做到準(zhǔn)確清晰

不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，由于工作經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)設(shè)計(jì)的理解的差異，對(duì)同一類建筑，往往有各自的設(shè)計(jì)方案，故含鋼量肯定也相距甚遠(yuǎn)。此外，施工單位技術(shù)力量不足，對(duì)圖紙理解有偏差也能造成施工過(guò)程中的各種浪費(fèi)。這就需要設(shè)計(jì)人員對(duì)圖紙精雕細(xì)琢，表達(dá)準(zhǔn)確清晰。

3 結(jié)語(yǔ)

為滿足建設(shè)單位降低造價(jià)的要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在方案初始階段就應(yīng)該參與進(jìn)去，掌握主動(dòng)權(quán)。對(duì)建筑師提出的各類方案，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)利用專業(yè)知識(shí)，多角度提出合理的建議。在之后的施工圖階段，對(duì)各類構(gòu)件進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，從而能在全方位降低結(jié)構(gòu)的含鋼量，盡最大努力做到經(jīng)濟(jì)又合理。

［1］黃如寶，李譽(yù)魁.關(guān)于限額設(shè)計(jì)概念的商榷［J］.建設(shè)監(jiān)理，2007(4):44-46.

［2］楊 麗.混凝土結(jié)構(gòu)含鋼量影響因素及合理控制方法［J］.土木建筑學(xué)術(shù)文庫(kù)，2010(13):109-110.

［3］GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］郭劍飛.影響含鋼量的若干因素分析及設(shè)計(jì)建議［J］.建筑科學(xué)，2010(5):53-57.