影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用鋼量的因素及控制措施

1、<p>　　影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用鋼量的因素及控制措施</p><p>　　[摘要]從結(jié)構(gòu)體系、自然條件、超限問題等方面分析了對(duì)結(jié)構(gòu)中用鋼量的影響因素，并具體分析了如何在結(jié)構(gòu)用鋼量指標(biāo)調(diào)整及構(gòu)件配筋設(shè)計(jì)這兩個(gè)階段來控制用鋼量。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞] 用鋼量；規(guī)范指標(biāo)；構(gòu)件設(shè)計(jì)； </p><p>　　中圖分類號(hào)：TB482.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </

2、p><p>　　影響鋼結(jié)構(gòu)用鋼的因素較多，對(duì)不同類型的結(jié)構(gòu)，影響用鋼的因素也有區(qū)別和側(cè)重。就拿住宅來說，隨著社會(huì)的發(fā)展，越來越多的高層住宅的出現(xiàn)，以及結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的成熟，使得住宅的設(shè)計(jì)越來越機(jī)械化和程序化。而且越多的工程實(shí)例預(yù)決算結(jié)果數(shù)據(jù)總結(jié)，使得住宅的設(shè)計(jì)越來越被條文化。這就使從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員越來越覺得民用市場(chǎng)的難做。面臨著越來越多的房地產(chǎn)開發(fā)商的有了更多的工程實(shí)例及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。如何在保證安全的基礎(chǔ)上盡可能的節(jié)約鋼筋

3、量，成為近幾年做民用建筑設(shè)計(jì)首要考慮的問題。 </p><p>　　一．影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼筋用量的主要因素： </p><p><b>　　1.建筑場(chǎng)地類別 </b></p><p>　　不同的場(chǎng)地類別對(duì)地震作用的影響不同，因?yàn)閳?chǎng)地類別的不同會(huì)使結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)及特征周期值不同，如Ⅳ類場(chǎng)地與Ⅲ類相比，場(chǎng)地對(duì)地震的放大作用更顯著一些，使結(jié)構(gòu)水平內(nèi)

4、力增大,結(jié)構(gòu)鋼筋用量也相對(duì)增加。 </p><p><b>　　2.地震烈度 </b></p><p>　　通過《抗震規(guī)范》我們知道，建筑物所屬地區(qū)的抗震設(shè)防烈度直接決定建筑結(jié)構(gòu)地震作用的大小，是導(dǎo)致用鋼量不同的直接因素，而以地震烈度為基礎(chǔ)的，依據(jù)不同的結(jié)構(gòu)體系而導(dǎo)致的抗震等級(jí)不同，產(chǎn)生的鋼筋構(gòu)造要求也不相同，所以結(jié)構(gòu)的含鋼量也相差較大。 </p>&l

5、t;p><b>　　3.基本風(fēng)壓 </b></p><p>　　對(duì)地震烈度較小的地區(qū)，尤其是對(duì)高層建筑（高度超過60m的建筑）而言，受風(fēng)荷載影響將較為明顯。風(fēng)荷載越大，引起的結(jié)構(gòu)水平內(nèi)力增大，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)用鋼量大。 </p><p>　　4.建筑物的高度及其平立面的規(guī)則程度 </p><p>　　通過《抗震規(guī)范》3.4節(jié)的內(nèi)容可知，建筑及

6、其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對(duì)稱，并應(yīng)具有良好的整體性。建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化。建筑物若存在高度上的超限，或是平立面上的超限問題，則需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震作用和內(nèi)力計(jì)算的調(diào)整，并對(duì)薄弱部位采取有效的抗震構(gòu)造措施，若建筑自身有過多的懸挑結(jié)構(gòu)（8、9度時(shí)的大跨度和長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)應(yīng)計(jì)算豎向地震作用）或轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)等，都會(huì)造成結(jié)構(gòu)內(nèi)力增大、用鋼量增加。 </p><p><b>　　5. 基

7、礎(chǔ)工程 </b></p><p>　　地基承載力較高時(shí)，基礎(chǔ)所需底面積相對(duì)小，基礎(chǔ)混凝土及鋼筋用量會(huì)減少。建筑場(chǎng)地土質(zhì)差，淺層土承載力低，持力層埋深大時(shí)，需要采用樁基礎(chǔ)或很厚的鋼筋混凝士筏板，含鋼量較大。所以對(duì)基礎(chǔ)采取什么形式 ,必須反復(fù)權(quán)衡 ,能用淺基礎(chǔ)時(shí)就不要用樁基 ,采用樁基時(shí)必須的權(quán)衡樁的綜合造價(jià)，例如，對(duì)現(xiàn)在上海住宅設(shè)計(jì)中常用的PHC管樁，首先是要采用最少的體積，其次是A型樁與AB型樁的市場(chǎng)

8、價(jià)格也相差較多。具體工程中要選用不同的方案綜合市場(chǎng)因素進(jìn)行比選，才能得到較優(yōu)化基礎(chǔ)方案，節(jié)約造價(jià)。另一方面，基礎(chǔ)工程中，選用不同的計(jì)算軟件和計(jì)算假定，計(jì)算基礎(chǔ)沉降量及配筋量值差異較大，也會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)的用鋼量結(jié)果差異較大。 </p><p>　　6. 混凝土強(qiáng)度等級(jí)和鋼筋強(qiáng)度等級(jí) </p><p>　　采用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)低，可以降低梁板的最小配筋率 ，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中在滿足規(guī)范要求的前提下，所

9、選擇的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜過高。同樣用高強(qiáng)度的鋼筋，不僅可以減小梁板等構(gòu)件的配筋量，同時(shí)也降低了梁板的最小配筋率。這些細(xì)節(jié)應(yīng)該在設(shè)計(jì)中引起注意。 </p><p>　　7.溫度應(yīng)力的影響 </p><p>　　在氣候惡劣、溫差變化劇烈的地區(qū)，為抵抗溫度應(yīng)力，需要增加抗拉性能優(yōu)良的鋼筋，這會(huì)引起鋼筋量的增加，比如說屋頂結(jié)構(gòu)等等需要考慮溫度變化造成混凝土的收縮應(yīng)力的地方。 </p>

10、<p>　　二. 控制結(jié)構(gòu)用鋼量的相應(yīng)措施： </p><p><b>　　1.優(yōu)化設(shè)計(jì)方案 </b></p><p>　　1.1結(jié)構(gòu)體系的選取 </p><p>　　采用什么結(jié)構(gòu)體系對(duì)于工程造價(jià)關(guān)系重大，能做落地剪力墻的就不做框支轉(zhuǎn)換層，能使短肢剪力墻減少就盡量減少。長(zhǎng)墻肢有利于降低豎向構(gòu)件的配筋率以及減少暗柱數(shù)量。長(zhǎng)肢墻使得暗柱

11、數(shù)量大為減少其邊緣構(gòu)件縱向筋配筋率往往較低。 </p><p>　　1.2 結(jié)構(gòu)指標(biāo)的調(diào)整 </p><p>　　結(jié)構(gòu)的模型調(diào)整很重要，合理的模型必定是剛度適中，變形協(xié)調(diào)。不能受一點(diǎn)影響就指標(biāo)不夠，已不能剛度余量太大，這樣勢(shì)必造成浪費(fèi)。位移比也一定不能太大，最好控制在1.2以下，否則的話，最大位移角仍未與平均位移角相接近。如對(duì)于相對(duì)簡(jiǎn)單的高層住宅來說，其墻體的布置原則是盡量不布置短肢剪力墻

12、，而且可能的話，其前三周期的比例基本接近1.0。位移角結(jié)果基本控制在1/1000~1/1050，位移比盡量1.05以下，不超過1.2。盡量不采用上翻凸窗梁的方式調(diào)整位移，因?yàn)檫@種方式往往會(huì)導(dǎo)致上翻梁的高度太大，剛度較大，而導(dǎo)致相關(guān)區(qū)域的梁和墻體的配筋結(jié)果均較大。 </p><p>　　也就是說指標(biāo)調(diào)整結(jié)束后，必須相應(yīng)的調(diào)整結(jié)構(gòu)構(gòu)件的配筋，使梁的配筋率不能過大，最好控制在1%左右，一棟剛度適中，受力合理的結(jié)構(gòu)必定沒

13、有突變的配筋，這樣才能保證建筑物配筋量的適中。 </p><p><b>　　2.荷載取值 </b></p><p>　　結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，荷載取值要符合規(guī)范及實(shí)際情況，不能隨意加大，因?yàn)楹奢d取值的加大會(huì)使結(jié)構(gòu)的用鋼量增加。荷載取值的加大，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)的總重量加大，結(jié)構(gòu)的地震作用也相應(yīng)加大，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力增大，配筋也就增加；另一方面，結(jié)構(gòu)總重量的加大，使得這個(gè)結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)的

14、力增大，基礎(chǔ)的造價(jià)也會(huì)相應(yīng)增加。 </p><p>　　3.采用輕質(zhì)填充墻材料及裝飾材料 </p><p>　　建筑墻體材料及裝飾材料的影響，主要體現(xiàn)在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，選擇重量比較輕的材料，則自重輕，結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力小，地震作用減小，鋼筋用量也小，結(jié)構(gòu)總重量減輕，基礎(chǔ)造價(jià)也能相應(yīng)減小。 </p><p>　　4.采用HRB400級(jí)鋼筋 </p><p&g

15、t;　　鋼筋目前常用有三種：HPB235、HRB335和HRB400，采用高強(qiáng)度HRB400級(jí)鋼筋也已成為趨勢(shì)。Ⅲ級(jí)鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值是Ⅱ級(jí)鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的1.2倍，但是Ⅲ級(jí)鋼筋目前的市場(chǎng)價(jià)格比Ⅱ級(jí)鋼筋略高一點(diǎn)，價(jià)格比約為1.O5～1.10。若用強(qiáng)度較高的Ⅲ級(jí)鋼筋代替強(qiáng)度低的Ⅱ級(jí)鋼筋用于建筑物，則可節(jié)約鋼材約15％，這是降低含鋼量最直接的措施。 </p><p><b>　　5.構(gòu)件設(shè)計(jì) </b>

16、;</p><p><b>　　5.1柱、墻 </b></p><p>　　(1)合理地確定墻柱截面，可以通過合理選擇混凝土強(qiáng)度等級(jí)從嚴(yán)控制柱子的軸壓比，在滿足規(guī)范要求的前提下減小柱截面。 </p><p>　　盡量均勻的布置長(zhǎng)肢剪力墻，協(xié)調(diào)建筑結(jié)構(gòu)的整體性。 </p><p>　　(2)盡量使梁對(duì)柱中布置，這樣可以減少

17、柱子的偏心，也就減少了柱子的縱筋量。 </p><p>　　對(duì)墻體的鋼筋配置，有以下幾方面：1）分布筋的配置：嚴(yán)格控制分布筋的配筋率，不要隨意的放大，墻體分布筋是剪力墻鋼筋用量的大頭。當(dāng)然豎向分布筋的配筋率還必須和電算相對(duì)應(yīng)，再?zèng)]必要的前提下，電算工業(yè)不要隨意放大豎向分布筋的配筋率。2）短肢剪力墻配筋：對(duì)軸壓比小于0.3的短肢剪力墻，采用不提高其混凝土強(qiáng)度等級(jí)的做法，這樣也可以減小其配筋率來節(jié)約鋼筋。 </

18、p><p><b>　　5.2梁 </b></p><p>　　(1)合理設(shè)計(jì)梁截面。盡量避免梁寬≥350，否則箍筋按構(gòu)造須采用4肢箍，造成箍筋用量增加。增加梁高可以降低梁頂面及梁底的配筋量，但箍筋量也有所增加。 </p><p>　?。?）盡量采用架立筋搭接的方式，或者減小貫通筋直筋，梁端負(fù)彎矩鋼筋采用組合的形式。對(duì)受拉錨固時(shí)，當(dāng)鋼筋面積相同時(shí)，

19、盡量選用小直徑鋼筋，減小錨固長(zhǎng)度，從而節(jié)約鋼筋。尤其是對(duì)于住宅中厚度為200的剪力墻來說，與剪力墻垂直相交的框架梁的水平段錨固長(zhǎng)度便受到約束，采用較細(xì)的負(fù)彎矩鋼筋組合，有二者皆顧的效果。鋼筋連接盡量選用機(jī)械連接或焊接，比搭接時(shí)比較節(jié)省鋼筋．機(jī)械連接可用直螺紋連接。 </p><p>　?。?）基于現(xiàn)行規(guī)范和計(jì)算程序，較為可行的方法為梁配筋滿足計(jì)算要求即可，沒有必要超配，若有充分依據(jù)，并考慮板內(nèi)與梁平行鋼筋的貢獻(xiàn)，

20、可適當(dāng)減少梁配筋。從節(jié)約的角度，架力筋即頂部通長(zhǎng)鋼筋可以選擇直徑較小的鋼筋與支座鋼筋搭接(受力需要設(shè)置通長(zhǎng)鋼筋例外)，梁的架力筋要求，抗震規(guī)范[5]第6.3.4條有明確規(guī)定，按此執(zhí)行即可。設(shè)置架力筋有一個(gè)好處，就是由于梁端每個(gè)支座均通過架力筋搭接，每個(gè)梁支座配筋可根據(jù)計(jì)算需要設(shè)計(jì)不同鋼筋直徑和根數(shù)，而不必要兼顧通長(zhǎng)鋼筋的配置。以往梁頂部通長(zhǎng)鋼筋的做法是為了減少鋼筋規(guī)格，便于施工，但無(wú)論是實(shí)際受力還是震害調(diào)查結(jié)果顯示，梁上部設(shè)計(jì)較大規(guī)格的

21、通長(zhǎng)鋼筋大部分是沒有必要的。該項(xiàng)措施的實(shí)施可大大節(jié)約含鋼量。 </p><p><b>　　5.3板 </b></p><p>　　(1)合理控制現(xiàn)澆板的厚度。在滿足最小板厚及地方標(biāo)準(zhǔn)的前提下，合理的控制裂縫及溫度應(yīng)力。 </p><p>　　(2)板配筋采用三級(jí)鋼，Φ8@200雙層雙向打底，另外附加的模式相對(duì)施工方便，又節(jié)約造價(jià)。 </

22、p><p>　　(3)合理選擇樓板的混凝土強(qiáng)度等級(jí)，強(qiáng)度等級(jí)低則構(gòu)造配筋就小，反之則大。 </p><p>　　(4) 樓板的配筋應(yīng)以Ⅱ、Ⅲ鋼筋為主。由于地區(qū)差異，一些地區(qū)仍舊采用Ⅰ級(jí)鋼筋作為樓板鋼筋，由于強(qiáng)度低，往往由配筋率起控制作用，不經(jīng)濟(jì)。另外，尚需注意一些地方規(guī)范的特殊要求，例如：江蘇省[6]規(guī)定：對(duì)住宅類建筑，為防止出現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，建筑物兩端開間及變形縫兩側(cè)的現(xiàn)澆板應(yīng)設(shè)置雙層雙向

23、鋼筋，鋼筋直徑不應(yīng)小于8mm，間距不應(yīng)大于100mm。 </p><p>　　(5) 樓板的配筋與板跨、梁的平面布置形式和荷載等因素密切相關(guān)，針對(duì)具體的需要，設(shè)計(jì)合理的梁平面布置，使得樓板厚度和配筋處于一個(gè)合理的范圍是設(shè)計(jì)應(yīng)做的。一般住宅類剪力墻結(jié)構(gòu)，板跨的劃分多由房間布置決定，結(jié)構(gòu)可調(diào)整的余地不大。對(duì)一些較大面積、柱網(wǎng)較為整齊的裙房和地下車庫(kù)(柱網(wǎng)尺寸8m左右)等，應(yīng)多方案比較梁布置的合理性。一般對(duì)類似車庫(kù)功能

24、的樓層，且無(wú)太多房間布置的情況，可考慮在一個(gè)方向通長(zhǎng)布置兩道次梁的單向板作為優(yōu)選方案之一。而對(duì)于裙房有較多房間劃分，設(shè)置雙向雙道次梁的雙向板更利于主、次梁配合建筑的靈活布置。對(duì)覆土較厚的地下室頂板，有時(shí)尚需考慮消防車荷載的情況，仍舊建議以雙向板為宜，便于荷載的多向傳遞，減少各道梁承擔(dān)的荷載。 </p><p><b>　　結(jié)論 </b></p><p>　　總之，在確

25、保結(jié)構(gòu)方案盡可能合理的前提下，再對(duì)各結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)用鋼量應(yīng)該可以控制在一個(gè)較為合理的范圍內(nèi)。工程中要配合得當(dāng)，而且做到結(jié)構(gòu)合理，經(jīng)濟(jì)適用，結(jié)構(gòu)還是要盡早的介入，一些方案主創(chuàng)們也許是可左可右的東西，或許對(duì)我們結(jié)構(gòu)卻有截然不同的效果，比如：分縫后的結(jié)果是嵌固后簡(jiǎn)單，還是無(wú)法嵌固反而變成了多塔?另如，一些造成結(jié)構(gòu)超限的東西，是否可以避免等等。合適的結(jié)構(gòu)體系，合理的結(jié)構(gòu)布置方案，以及建筑物合適的剛度，都對(duì)計(jì)算的鋼筋量有很大的影響，