建筑結構設計含鋼量控制方法研究

苗金國

湖南湘楚鴻飛建筑設計有限公司，湖南長沙 410000

建筑工程的結構設計和建筑的形式與結構安全直接掛鉤。在建筑結構設計實際進行的過程中，不僅要充分考慮結構安全性能、結構強度和穩定性，還要做好含鋼量的控制以保證建筑造價的控制不突破設計指標。含鋼量過高或過低都會一定程度上影響建筑質量，導致結構安全性能無法保障，為此要求設計單位要做好建筑結構設計中的含鋼量控制工作。

1 含鋼量一般控制范圍

經過數十年我國設計工作者在建筑設計方面的探究，對于建筑工程的造價和含鋼量基本有了普遍的共識，在不考慮地下室、建筑樁基的情況下，各種建筑的鋼筋投入范圍如表1所示。

表1 建筑工程結構的含鋼量（kg/m2）

2 建筑結構鋼含量的主要影響因素

2.1 建筑抗震等級不同

設計人員在進行建筑物的結構設計時，采用不同方式進行建筑物的含鋼量測算。抗震等級高的建筑需要的含鋼量必定也多，比如，抗8度地震的建筑和抗9度地震的建筑相比，二者的含鋼量至少相差約40%。

2.2 建筑平面不規則性的控制

在進行建筑物的設計時，除了必要的審美和藝術需求，應當確保建筑物的造型簡潔，減少因為造型導致不必要的墻、柱等結構構件設置以及墻體面積的增加，同時應遵守高層建筑高寬比的規范建議值，高寬比超出建議值越多，間位面積含鋼量越高，建筑物的高寬比控制應在建筑設計方案階段進行控制和處理。

2.3 使用材料控制

建筑材料的趨勢是輕量化的，所以各建筑物材料可以選擇的輕量化建筑材料范圍較廣；同時建筑物各承重構件應優先選用高強材料，包括高強混凝土和高強度鋼材，在減輕建筑整體重量的情況下，同時減少建筑物各結構構件的截面尺寸，從雙方面措施降低建筑物的鋼筋總體含量。

2.4 地質條件影響

嚴格認真執行“先勘察后設計”的設計原則，根據不同的建筑地土類別及相應參數選擇合適的建筑布局和建筑結構形式。在勘探過程中考慮土質、淺層土壤承載力、地震帶分布、場地土類別等因素對建筑物含鋼量的影響，比如，根據工程建設場地土巖土分布范圍和特點，在不同地段設計不同層數和級別的建筑物；對于土質松軟承載力低的范圍段就應當適當減少建筑物的層數或者布置使用荷載相對較小的建筑物、采用輕質填充材料能夠滿足使用功能的建筑物或者選用相對經濟適用的基礎類型，盡量做到各結構構件承載能力能夠不存在過多的富余。

3 建筑設計中的含鋼量控制措施

3.1 選用合理的建筑設計方案

在進行建筑結構的含鋼量控制的時候，結構設計師應當避免建筑設計過于追求造型奇特和新穎，導致建材用量和施工成本升高，而應當選擇簡潔大方，時尚得體的建筑設計方案。對于建筑外立面設計的要求就是避免曲面的過多出現，避免夸張和復雜的構架。為了實現優化整體的設計和建筑含鋼量的控制，建筑師應當根據實際情況，采取相應的設計方案。

3.2 確保結構布置的合理性

3.2.1 選用合理的結構體系

建筑結構設計工作的開展，應優先選用具有抗風性與抗震性能的結構體系。否則，一旦采用不合理的結構體系設計，就會導致荷載傳遞關系更趨復雜，進而造成剛度突變等一系列不良后果。結構體系的科學合理性，能夠保證建筑工程結構設計的含鋼量控制達到預期。

3.2.2 確保柱網尺寸布置合理

建筑結構設計人員應當有經驗，合理布置柱網的尺寸，保證柱網尺寸均勻，提升梁、柱的受力合理性，使梁、板、柱等結構的承載能力得到充分的利用，避免過多的承載能力富余，通過精確計算減少配筋的使用量，最終實現有效降低建筑含鋼量目的的同時使建筑物使用性能更加優化，減少因結構構件尺寸過大對建筑物使用的影響。

3.2.3 抗側力構建的位置要合適

布置抗側力結構組件時，應當把抗側力構件設置在最具效用的整體結構中，并盡量抗側力布置在建筑結構的周邊且呈均勻布置狀態存在，使得建筑物質心形心偏差量盡量得小。由此可以有效降低建筑結構中抗側力結構的數量，同時再對抗扭效應進行精確把關，使得各抗側力構件的承載能力得到充分的利用，就可以很大程度上減少鋼材的使用量。

3.3 采用合理的基礎形式

由于建筑物的地基在建筑物的整體工程造價中占有很大一部分。鋼筋混凝土的基礎工程量比較大、花費時間也比較長，因此在挑選出適宜的基礎形式前，要充分考慮所有相關因素，比如：

（1）在滿足建筑物使用要求和結構安全的情況下，盡量采用淺基礎進行建筑結構基礎建設。

（2）根據地質條件，在滿足承載力要求的情況下，若使用樁基礎則遵循”求短不求長“的原則但同時應結合樁數與承臺之間的造價關系的綜合比選。

（3）積極應用軟土地基加固技術，盡量不使用樁基礎；在地質條件復雜，特別是各巖土層分布均勻性差且巖面埋深大又起伏較大的情況下，樁基礎的成樁可靠性差、樁長度不可控且單樁承載力低，此時仍然采用樁基礎會導致樁基礎和承臺造價不可控。

4 工程實例

某城市有一個小區建筑項目工程，小區內合計有8棟30層的高層住宅建筑，還設計有2層的地下室，地下室主要是供業主停車的車庫，高度分別是3.9、4.8m。建筑物首層架空，高度6m，第二層及以上樓層全部為普通住宅。6度抗震，場地土類別為Ⅱ類，總建筑面積為12萬m2。

4.1 在建筑結構體型設計上控制含鋼量

小區建筑設計的外立面布置不很規則，存在著許多凹凸面，導致受力分析十分復雜。主要問題是建筑設計采取的設計形式使得整體建筑物中部受力不充分，基于該情況，在完成建筑物建設現場勘察工作后，應通過協調建設單位，如，在其中間架設樓板，以將端部的短肢剪力墻改造為剪力墻。如此，就可對結構體系的墻體剛度進行有效控制，進而提高結構墻體的數量確定的科學合理性。這樣一來，層間位移角就可滿足相關管理部門制定的規范標準要求。

4.2 鋼含量合理控制后的經濟性指標

在完成了相應的含鋼量控制措施之后，整體建筑物的含鋼量得到了有效地減少，相應地建筑物的建造成本也得到了節約，表2是通過比較原方案和優化后的含鋼量指標，直觀地體現出含鋼量的優化控制的重要性。

表2 含鋼量控制之后的經濟性指標

5 結語

含鋼量在建筑結構設計中是一項重要的指標，對建筑結構的綜合性能有著重要的影響。文章從一般建筑類型的建筑含鋼量說起，介紹了影響建筑物含鋼梁的主要因素；分析了控制建筑結構設計含鋼量的主要措施；最后通過一個工程實例，簡潔直觀地體現出進行含鋼量控制帶來的好處。含鋼量的控制是貫穿于整個建筑工程中的，相關單位必須進行科學的布局，合理的使用資源，重視建設生產過程中的安全問題，促進我國建筑業的蓬勃發展。