淺析高層住宅結構設計中的含鋼量控制

摘要：在建筑工程施工中，為有效提升項目建設經濟效益，很多開發商將含鋼量定為建筑結構設計中的限額指標。對此，本文首先對含鋼量實際統計分析方法進行介紹，然后對高層住宅結構設計中含鋼量的影響因素進行分析，并對高層住宅結構設計中含鋼量控制方法進行探究，以期為實際工程結構設計提供借鑒。

關鍵詞：高層住宅結構;含鋼量;影響因素;控制要點

1 引言

在城市規劃建設中，城市開發土地用地資源日漸緊張，因此，高層建筑建設數量不斷增多。在高層住宅結構設計中，首先需保證建筑質量和安全性，然后通過優化設計，降低住宅結構含鋼量，能夠有效降低施工成本。由此可見，對高層住宅結構設計中含鋼量控制要點進行研究意義重大。

2 鋼材含量的實際統計分析

在高層住宅結構設計中，含鋼量是十分重要的經濟指標。含鋼量指標的計算方法為總用鋼量除以建筑面積，單位為kg/m2。在砌體結構中，鋼筋用量比較少;而在混凝土結構中，鋼筋用量較多。在鋼筋混凝土結構中，鋼筋為骨架部分，梁、板、柱是鋼筋混凝土結構的主要受力構件。以6度區為例，不同層數的住宅標準層含鋼量大致為：多層砌體結構：20kg/m2，多層框架結構：30 kg/m2，小高層剪力墻結構：35kg/m2，高層剪力墻結構：40kg/m2。

3 高層住宅結構設計中含鋼量影響因素

3.1 平面體型的規則性和均勻性

建筑平面體形均勻性以及規則性會對高層建筑工程含鋼量產生較大影響，在建筑平面體形中，平面剛度以及內收程度均會對XY軸動力特性產生較大影響。如果抗側力構件布置比較合理，則結構質量中心以及剛度中心比較接近，有利于將結構位移比控制在允許范圍內，有利于結構的抗震性能。

3.2 高寬比控制

在設計高層尤其是超高層戶型平面時，高寬比控制是建筑師必須予以高度重視的因素，根據相關規定，如果抗震設防區為6度以及7度，則框剪結構、剪力墻結構高寬比不宜大于6，在抗震超限審查中，對于高寬比超限沒有明確規定，但是如果高寬比超限，則應采用適宜的結構措施，可能會造成項目建設成本增加。

3.3 合理判斷轉換層

轉換層所需配筋量一般為兩到三個標準層配筋量的總和，在高層住宅結構設計中需合理判斷轉換層。某樓層出現轉換構件，該樓層是否判定為轉換層，主要依據是否形成薄弱層或者軟弱層，以及框支剪力墻數量（具體問題具體分析）。如某結構樓層存在個別框支剪力墻，經判斷可不作為轉換層，則該結構不必執行復雜高層相關規定，僅對轉換構件執行規范相應措施，或者抗震等級（按照非復雜高層確定的抗震等級）提高一級，或對該構件做中震下的性能設計。另外，還應注意，對于地下轉換高層建筑工程結構以及地面轉換層高層建筑結構，在具體的設計中應做好合理區分。

3.4 層高控制

在高層建筑工程結構設計時，在滿足建筑立面以及使用凈高設計要求的基礎上，通過降低層高，可縮小豎向構件長度以及體積，同時還能夠降低基礎結構、樁基施工成本。在地下室施工中，如果層高降低100mm，則 項目總投資能夠減少30～40元/m?。在減少高層建筑層高時，可通過結構專業對梁高進行有效控制，對于部分部位，可采用變截面梁或者梁中預埋管套的措施，確保符合凈高要求。

4 高層住宅結構設計中的含鋼量控制要點

4.1 建筑方案設計的合理優化

在高層住宅結構方案設計階段，方案設計師應與結構工程師應進行多方案的對比分析，在滿足建筑平面規則、建筑立面簡潔化設計要求的基礎上，妥善協調建筑結構以及經濟效益之間的關系。不同結構體系設計方案對于高層住宅建筑建設成本的影響比較大，通常情況下，在當前的高層住宅結構設計中，一般采用剪力墻結構體系，另外，少部分建筑工程由于功能設計要求，采用框支剪力墻結構。框支剪力墻結構的鋼含量比較多，應盡量避免采用。

4.2 經濟合理的基礎形式

高層住宅基礎結構選型對于整個建筑工程用鋼量的影響比較大，在基礎結構設計中，首先需對建筑工程施工現場地質勘察報告進行分析。如果采用灌注樁基礎，則應采用大直徑少樁數布置原則;如果采用預應力管樁基礎，則對于塔樓部分，可優先采用樁徑為500mm的管樁;對于地下室結構可采用樁徑為400mm的管樁;如果高層住宅建筑工程施工區域地層中含有溶洞、土洞等，則可采用復合地基筏板基礎。根據高層住宅建設區域地質條件選擇適宜的基礎形式，能夠有效減少鋼材使用量。

4.3 優化構件設計

4.3.1 優化剪力墻布置

在高層住宅結構設計中，在保證結構安全的基礎上可加長剪力墻長度，減小剪力墻數量，通過減少剪力墻結構數量，能夠有效降低含鋼量。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》中的相關規定，短肢剪力墻配筋率遠高于一般剪力墻，因此，在結構設計中，應注意盡量避免采用短肢剪力墻，減少配筋率。

4.3.2 優化梁的布置及配筋

在整個高層住宅建筑工程建設成本中，樓蓋占9%～13%，同時樓板重量為整個工程項目的22%左右，而梁是樓蓋中十分重要的組成部分，梁的布置形式會對板實際受力情況以及配筋產生較大影響，只有優化梁布置形式，才能夠對工程項目建設造價進行有效控制。在具體的結構設計過程中，可取消小跨度樓板下部為支撐上部較短填充墻而設置的小梁，通過減少梁數量，能夠有效節約施工成本。

4.3.3 混凝土標號的合理采用

在工程項目施工中，如果混凝土標號增加一級，則單價可提高5%～8%之間，混凝土標高對于柱及剪力墻軸壓比的影響比較大，而對于梁承載力的影響比較小，因此，在柱以及剪力墻施工中，可采用高標號混凝土，而在梁施工中，可采用低標號混凝土。在板設計中，通過提高混凝土標號，能夠有效提高結構承載力，但是也會造成最小配筋率增大，因此，可采用低標號混凝土。

4.3.4 控制樓板的厚度

樓板結構厚度會對結構荷載產生較大影響，比如20mm厚樓板的自重為標準層總荷載的3.3%左右，如果樓板厚度增加，則荷載加大，同時梁，墻，基礎均會增加，導致施工成本增加。另外，如果樓板標準層比較小，則對于配筋，可根據最小配筋率進行計算，如果樓板厚度增加，則會造成施工成本增加。因此，為降低配筋率，應根據實際情況適當調整樓板厚度。

4.3.5 地下室頂板結構形式的合理選擇

對于地庫頂板，無梁樓蓋造價成本低于大板結構，其抗垮塌冗余度沒有普通梁板結構大，延性稍差，破壞經常是突發性的。“小柱網”的造價成本低于“大小柱網”，不僅僅是頂板，柱跨小減小底板基礎厚度。小柱網地下室梁高低可減小層高，進一步可節約基坑圍護費用，并縮短施工周期。小柱網施工成本比較低，對于占工程支出大頭的鋼筋、混凝土用量基本都可節約10%。小柱網在車位數量上不遜于大柱網，但在工程造價方面有著突出的優勢。

5 結語

綜上所述，本文主要對高層住宅結構設計中含鋼量控制方法進行了探究。在高層住宅結構設計中，結構工程師、業主需加強配合，應注意在整個項目設計全過程中加強含鋼量控制，選擇適宜的結構體系，選擇經濟效益最高的結構布置方案。另外，還應注意減小構件截面以及板厚度，降低梁高，適當增加樓層凈高，可在保證結構承載力的基礎上降低施工成本。

參考文獻：

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作者簡介：王小兵（1985.08.24）男，碩士，工程師，主要從事結構設計工作。