高層住宅結構設計中的含鋼量控制方法探究

邱育春

摘要：隨著我國城市化推進速度的加快，高層住宅的興建規模與數量均呈現上升態勢。其中，為降低開發商的施工成本，提升開發商的經濟利益，控制高層住宅結構中的含鋼量就顯得尤為關鍵。因此，為了確保高層住宅質量，降低鋼材的使用，需要對高層住宅結構中的鋼含量進行有效控制。鑒于此，本文對建筑方案設計、結構計算、結構布置以及結構材料為切入點，對含鋼量的控制方法進行探究。

關鍵詞：含鋼量；高層住宅結構：設計：探究

眾所周知，我國可用于住宅建筑的面積極為有限，并且人們的對于住房有著廣泛的剛性需求，因此高層住宅的建設就顯得尤為關鍵。與此同時，建筑整體結構中的含鋼量對于建筑工程成本有著直接聯系，所以高層住宅建筑在設計過程中應注意控制結構中的含鋼量，但是切不可忽略高層住宅的安全與可靠性。綜上所述，以高層住宅的安全使用為前提，對其結構中的含鋼量進行控制，對于提升施工單位的經濟效益有著積極的實際意義。

一、建筑方案設計階段

1、平面體型的規則性和均勻性對含鋼量的影響

含鋼量與住宅結構中平面體型的均勻性和規則性有直接聯系。其中，建筑平面的內收以及外凸程度、平面剛度以及是否有突變等，均會影響房屋結構的動力特性。整體配筋以及剛度會受到剛度差異化的影響，由此可見，工字型、U字形的高層住宅造價明顯高于外觀規整高層住宅的原因之一。

2、豎向高寬比對含鋼量的影響

含鋼量也會因高層住宅房屋結構豎向高度不同而有所區別。當高層住宅具有較大高寬比時，側向剛度的增強可對其整體性能有較大提升，此外還可以增加建筑的抗風和抗震性，從而為住戶提升居住的舒適度。與此同時，在標準要求的區間內控制房屋結構的側向位移，從而含鋼量在抗側力構件中就需要有所增加。

3、總高度的變化對含鋼量的影響

剪力墻結構為大部分高層住宅結構主要的結構布置形式。假設高層建筑位于7度設防地區，按相關標準要求以80m為限，抗震等級如不大于80m，其抗震等級為三級，如大于80m，抗震等級在上升至二級的同時相應含鋼量也隨之有顯著提升。

4、轉換層對含鋼量的影響

通常來講，2～3個標準層的配筋量約等于轉換層的配筋量。此外，豎向抗力構件在轉換層中不連續，而且配筋在墻體與轉換柱中也比較大。鑒于此，高層建筑設計中應盡量減少后避免使用轉換層結構。

5、抗側力構件的布置對含鋼量的影響

含鋼量與抗側力構件的布置有直接影響，合理布置的抗側力構件可以充分發揮抗側力構件的扭轉剛度。

此外，抗側力構件可在標準范圍內合理控制扭轉位移區間，注意避免發生抗側力構件布置位置不合理以及相關構件數量過多問題的發生，從而降低配筋的使用量。

二、結構計算—應選取適用的荷載

當建筑物高度增加時，水平荷載（風荷載及地震作用）對結構起的作用越來越大，除了結構內力明顯加大外，結構側向位移增加的更快，彎矩和位移與高度成指數曲線上升關系。一般而言多層和高層建筑結構都要抵抗豎向和水平荷載作用，但是在高層建筑中，其結構要更多的抵抗水平力，抗側力成為高層建筑結構設計的主要問題；在地震區，地震作用對高層建筑的威脅也比多層建筑要大。

因而在結構計算中荷載輸入值的選用是否正確，關系到整個工程項目的含鋼量是否正常，亦應認真對待。在高層住宅建筑中采用輕質石膏板內隔墻體系，主要的土建結構造價（包括樓板、外墻、內墻、梁、基礎結構體系等）比傳統磚石混凝土體系的土建結構造價可降低10%左右，而GRC（玻璃纖維增強水泥的簡稱）輕質墻板容重僅相當于同厚度粘土磚砌體密度的1/3，大大減少了結構荷載，降低了整個建筑的梁、柱及基礎的截面積和含鋼量。

三、結構布置—優化設計.適當減少剪力墻數量

在高層建筑結構布置時，應注意適當減少剪力墻的布置數量。而對于剪力墻暗柱箍筋形式設計時，應盡量避免重疊，因重疊部分不計入體積配箍率。當約束邊緣構件小箍筋采用封閉箍，構造邊緣構件在剪力墻高度2/3以上（從地面算起）采用封閉箍和拉筋間隔放置。縱向鋼筋可選兩種直徑，“角部”放置較大直徑鋼筋。例如連體方案建筑由于連接部位采用大開間剪力墻布置，減少了剪力墻的數量，在滿足規范限定指標的情況下，可減少含鋼量。

四、水平構件—應該路徑簡潔、形式合理

水平構件的布置應使傳遞荷載路徑簡潔，以最快的方式將樓面上的荷載傳遞到結構主體上，再由結構主體的框架柱、剪力墻等豎向構件傳遞到基礎和地基。

如果采用的平面構件布置荷載需要經過多級次梁再傳遞到框架梁，就使得荷載傳遞路線曲折不明確，造成構件受力復雜，一定會增加工程造價并影響含鋼量的控制。同樣，構件形式的選擇也是這個道理，以地下室梁板式底板與平板式底板的比較為例，帶樁基礎的地下室底板，采用梁板結構要比采用平板式結構可節省用鋼量，但如果柱網中添加了次梁，則不僅使施工更為復雜，而且還會增加用鋼量，這一點已在大量工程中得到驗證。

五、結構材料—宜采用高強度鋼筋

一般的辦公、住宅建筑，荷載不太大，但因為要滿足電線埋設等要求，板厚不宜小于100mm；而普遍的結構布置原則，板的跨度不宜太小，應使板的配筋由內力控制而不是按構造配置。為此，樓板配筋應盡量采用HRB335或HRB400才能實現上述目的，實際經驗表明采用高強度鋼筋可以節省用鋼量，而混凝土強度等級對減小配筋的作用很小，不管樓板是構造配筋還是計算配筋，采用HRB400鋼筋可有效降低含鋼量。樓板結構混凝土及鋼筋用量一般與建筑層數無關，若采用新型樓蓋體系和高強鋼筋可以更有效地減少含鋼量。采用高強度鋼筋，簡支邊支座鋼筋的數量沒有減少。

由于住宅板跨度較小，采用高強度鋼筋后，板底配筋大部分仍為構造配筋，因此，節省鋼筋的數量比理論計算數值減少。板垮越大，節省的鋼筋越多。

六、結語

高層住宅結構設計當中，對于含鋼量的控制不僅僅要依靠相關的工程設計人員，還需要其他相關方的支持和配合，與此同時，對含鋼量的控制除了要在宏觀制度方面進行合理的設置，也要在微觀方面可以細致考慮，對各個細微的影響因素充分的考慮，以便確保高層住宅可以安全、可靠的使用。