高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中含鋼量控制的具體方法

韋家寧

摘 要：我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，國(guó)家關(guān)于土地出讓方式的政策也日益完善。城市化的快速發(fā)展，使得城市用地越來越緊張，可供住宅開發(fā)的用地逐漸減少，土地價(jià)格也大幅度提高。在這樣的背景下，控制建筑，特別是高層住宅的項(xiàng)目成本前所未有的被重視起來，建筑項(xiàng)目的投資方不約而同地把控制成本的方法指向了結(jié)構(gòu)用鋼量指標(biāo)。在建筑方案設(shè)計(jì)的過程中，如何在保證建筑結(jié)構(gòu)安全的前提下，盡可能地減少結(jié)構(gòu)中的含鋼量，提高工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，成為高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)不可忽視的重要項(xiàng)目。

關(guān)鍵詞：高層住宅；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；含鋼量控制；具體方法

【引言】在城市可供住宅用地開發(fā)減少的背景下，占地面積小的高層住宅成為廣受開發(fā)商青睞的工程開發(fā)方式，也成為城市居民居住建筑的主要形式。土地建設(shè)，特別是高層住宅建設(shè)是一項(xiàng)很龐大的工程，在工程設(shè)計(jì)和施工的過程中會(huì)牽扯到很多效益方面的問題。高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的含鋼量是項(xiàng)目總造價(jià)的一項(xiàng)非常重要的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)指標(biāo)，實(shí)際中含鋼量的控制，不僅需要專業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)，也需要建筑、電氣、排水等專業(yè)的合作。深入研究影響高層住宅耗鋼量的因素，具體的設(shè)計(jì)出控制耗鋼量的方法，是一項(xiàng)亟待解決的問題。

一、影響高層住宅含鋼量的主要因素

1、建筑方案

高層住宅的建筑方案是影響建筑物含鋼量的關(guān)鍵因素。建筑方案的出臺(tái)決定了建筑物的含鋼量，甚至在出臺(tái)后的建筑方案上做小小的改動(dòng)，也會(huì)對(duì)整體建筑物的含鋼量產(chǎn)生重大影響。例如，位于建筑物三層以上，轉(zhuǎn)換層所需的含鋼量會(huì)相對(duì)降低，此外，建筑物整體的平整性、建筑物的底部空間的結(jié)構(gòu)、建筑物的總高度等因素都會(huì)對(duì)建筑物的含鋼量有影響。

2、結(jié)構(gòu)方案

高層住宅的結(jié)構(gòu)方案是影響建筑物含鋼量的重要因素。建筑中的結(jié)構(gòu)方案決定著建筑物的整體結(jié)構(gòu)，也決定著建筑物的抗震等級(jí)，還決定著建筑物的含鋼量。在提高建筑物的抗震能力方面，高層住宅既可以選擇剪力墻，也可以選擇轉(zhuǎn)換層，但是，如果考慮到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的含鋼量，選擇剪力墻的設(shè)計(jì)方案更有利于減少建筑物的含鋼量。因此，高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既要考慮到建筑物的安全性，又要考慮到建筑物的舒適性，設(shè)計(jì)出最佳的結(jié)構(gòu)方案。

3、構(gòu)件設(shè)計(jì)

高層住宅的構(gòu)件設(shè)計(jì)是影響建筑物含鋼量的主要因素。從建筑物的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來看，構(gòu)件設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)單也最有難度的一項(xiàng)內(nèi)容。說其簡(jiǎn)單是因?yàn)榻ㄖ桨负徒Y(jié)構(gòu)方案的出臺(tái)，已經(jīng)將建筑物的含鋼量控制在了合理的范圍，大致的含鋼量指標(biāo)基本確定，而構(gòu)件設(shè)計(jì)只需要將各個(gè)部分的含鋼量指標(biāo)落實(shí)到實(shí)處；說其有難度，是因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員需要確定不同構(gòu)件的具體配筋量，而配筋量的確定需要乘以一定的系數(shù)，這個(gè)系數(shù)不是確定不變的，設(shè)計(jì)人員難以很好的掌握。

二、控制高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體方法

1、選取適當(dāng)?shù)暮奢d

建筑物的歪曲和位移程度與建筑物的高度成正比例關(guān)系，一般而言，建筑物的高度增加，會(huì)使水平荷載增大，不僅會(huì)明顯加大建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，也會(huì)加大建筑結(jié)構(gòu)側(cè)向位移的幾率。關(guān)于建筑物的負(fù)荷，既需要抵抗豎直荷載，也需要抵抗水平荷載，而對(duì)于高層建筑而言，抗側(cè)力是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要問題，因此，建筑物的結(jié)構(gòu)要更多的考慮到水平負(fù)荷能力。在地質(zhì)構(gòu)造不平穩(wěn)的地區(qū)，或者是地震頻發(fā)區(qū)，底下的巖石運(yùn)動(dòng)對(duì)高層建筑物的威脅較大，所以必須加強(qiáng)高層建筑的水平負(fù)荷能力。結(jié)構(gòu)計(jì)算中的負(fù)荷輸入值，關(guān)系到整體建筑物的含鋼量。在材料的選擇方面，應(yīng)該盡量選擇輕質(zhì)材料，降低結(jié)構(gòu)的自重。在高層建筑的室內(nèi)填充墻的選擇方面，要盡量選擇土建結(jié)構(gòu)造價(jià)比傳統(tǒng)磚石混凝土體系結(jié)構(gòu)造價(jià)低的輕質(zhì)內(nèi)隔墻體系，玻璃纖維增強(qiáng)水泥輕質(zhì)墻板的厚度大大低于黏土磚砌體的厚度，有利于降低建筑結(jié)構(gòu)的荷載，從而降低整個(gè)建筑的含鋼量。

2、適當(dāng)減少剪力墻的數(shù)量

在設(shè)計(jì)剪力墻暗柱時(shí)，要盡量避免重復(fù)，適當(dāng)減少剪力墻的數(shù)量。在高層建筑的連體部位，在滿足限定指標(biāo)的前提下，采用大開間剪力墻布置的方法，可以減少剪力墻的數(shù)量，從而減少建筑物的含鋼量。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，加大剪力墻之間的間距減少剪力墻的總數(shù)量，能夠有效減少含鋼量。所以，在設(shè)計(jì)高層住宅結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該在條件允許的范圍內(nèi)選擇優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案，適當(dāng)減少剪力墻的數(shù)量，增加架構(gòu)框架的橫跨度，盡量避免開間布局的錯(cuò)位。優(yōu)化的結(jié)構(gòu)布置，既有利于減少鋼筋單方的含量，也有利于減少混凝土的含量。對(duì)于高層建筑的地下室樓板而言，要盡量采用帶柱帽的普通鋼筋混凝土無梁樓蓋；對(duì)于地下室頂板和住宅塔樓而言，則適合采用普通鋼筋混凝土梁板樓蓋；對(duì)于細(xì)部構(gòu)件的布置而言，雙向板布置適合于兩軸尺寸接近的情況，單向板布置適合于兩軸尺寸偏差較大的情況。

3、設(shè)計(jì)路徑簡(jiǎn)潔形式合理的水平構(gòu)件

路徑簡(jiǎn)潔、形式合理的水平構(gòu)件能夠以較快的方式將樓面的負(fù)荷傳遞到整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)主體上，，進(jìn)而有利于結(jié)構(gòu)主體的剪力墻、框架柱等豎向構(gòu)件將負(fù)荷傳遞到地基處。如果采用的水平構(gòu)件需要經(jīng)過多條路徑才能將負(fù)荷傳遞到建筑物結(jié)構(gòu)主體上，那么負(fù)荷傳遞的路線容易混亂，使得豎直構(gòu)件受力復(fù)雜，影響到建筑物整體的設(shè)計(jì)，從而增加含鋼量和工程的總體造價(jià)。

4、采用高強(qiáng)度鋼筋材料

雖然一般住宅的負(fù)荷不大，但是，考慮到電線埋設(shè)的因素，鋼筋板的厚度不宜太小，跨度不宜太大，鋼筋板的配筋盡量由建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力來控制，而不應(yīng)該按照建筑物的構(gòu)造來配置。對(duì)于結(jié)構(gòu)材料的選擇而言，從節(jié)省用鋼量的角度考慮，更適合采用高強(qiáng)度鋼筋，不適合采用對(duì)減少配筋作用較小的混凝土。由于采用高強(qiáng)度鋼筋材料，建筑物的底板配筋大部分為整體的構(gòu)造配筋，所以，住宅板跨度越小，實(shí)際的鋼筋用量比理論計(jì)算的鋼筋用量較少，住宅板跨度越大，實(shí)際的鋼筋用量比理論計(jì)算的鋼筋用量較多。

5、根據(jù)實(shí)際情況微調(diào)設(shè)計(jì)圖

當(dāng)制定出高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案后，就進(jìn)入了最后具體結(jié)構(gòu)施工圖的設(shè)計(jì)階段。在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)施工圖時(shí)，不僅需要細(xì)化之前初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，還需要進(jìn)一步分析建筑物結(jié)構(gòu)含鋼量是否合理，從而便于及時(shí)調(diào)整建筑物的剪力墻、梁和板等的設(shè)計(jì)。對(duì)于整體建筑若干結(jié)構(gòu)的薄弱部位的調(diào)整，應(yīng)盡量不超過之前設(shè)計(jì)書的10%，因?yàn)閷?duì)設(shè)計(jì)圖的大幅度調(diào)整是一項(xiàng)耗時(shí)較多的工作，會(huì)影響到整體建筑工程的進(jìn)度。在符合建構(gòu)結(jié)構(gòu)要求的前提下，要嚴(yán)格控制剪力墻、梁和板的配筋，按照設(shè)計(jì)規(guī)范的最小配筋率進(jìn)行配筋。實(shí)際上目前房地產(chǎn)項(xiàng)目顧問公司的要求都是計(jì)算多少配多少，幾乎連10%都不允許多配，從節(jié)省鋼筋的角度上也是可行的。

三、結(jié)束語(yǔ)

高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中含鋼量的控制不是一件簡(jiǎn)單的事，而是一項(xiàng)系統(tǒng)全面的工程。它不僅需要依靠結(jié)構(gòu)工程師的專業(yè)設(shè)計(jì)，也需要依靠與建筑體系相關(guān)的設(shè)計(jì)人員，同時(shí)，還需要得到業(yè)主的支持，否則，鋼含量的控制就會(huì)變成無稽之談。在項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)時(shí)，既要在宏觀上做到規(guī)劃科學(xué)、布局合理，也要在微觀上做到一絲不茍、周密慎重。既保證建筑物的安全性，又提高建筑物的經(jīng)濟(jì)實(shí)效性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，新優(yōu)質(zhì)的建筑材料將不斷涌現(xiàn)，高層住宅結(jié)構(gòu)體系中的含鋼量也將得到進(jìn)一步的控制。

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