淺談結(jié)構(gòu)類型對高層商住樓含鋼量的影響

　　[關(guān)鍵詞]：高層商住樓，結(jié)構(gòu)類型，含鋼量，轉(zhuǎn)換層

　　1．掌握經(jīng)濟(jì)指標(biāo)含鋼量的必要性

　　隨著我國房屋住宅商品化的不斷發(fā)展，逐步要求設(shè)計(jì)人員進(jìn)行限額設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員對建筑經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)注度也不斷的得到提升。房屋建筑的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括用鋼量、混凝土量、土方量、砌體量、結(jié)構(gòu)造價(jià)、工程總造價(jià)等。近年來，由于鋼材的市場價(jià)格不斷飚升，含鋼量這一術(shù)語不斷出現(xiàn)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)要求里。含鋼量的高低直接影響到工程總造價(jià)的高低，導(dǎo)致含鋼量的高低成為開放商簽合同時(shí)較為關(guān)心的問題。

　　2．各類建筑的含鋼量一般范圍

　　文[1]及文[2]中記載了全國上百個(gè)典型建筑工程的含鋼量，根據(jù)歷年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，匯總出各類鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的含鋼量

　　3．選擇代表性建筑做多個(gè)結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行含鋼量比較

　　表1~表3不難看出，同一結(jié)構(gòu)類型的建筑，其含鋼量高低有時(shí)會(huì)相差一倍之遠(yuǎn)。由于不同的地區(qū)，不同的抗震設(shè)防烈度，不同的風(fēng)荷載取值，甚至不同的設(shè)計(jì)人員，不同的預(yù)算人員統(tǒng)計(jì)，都會(huì)影響到各類建筑的含鋼量的變化幅度。甲方在詢問其開發(fā)項(xiàng)目的含鋼量的時(shí)候，不會(huì)希望聽到的是一個(gè)大幅度的變化值，但在未出圖之前設(shè)計(jì)人員及預(yù)算人員也不可能得知一棟建筑的具體含鋼量，矛盾就形成了。但仔細(xì)想想，同一建筑用不同的結(jié)構(gòu)類型其含鋼量的變化梯度規(guī)律性卻是可循的，找到這一規(guī)律，就能讓甲方很好的判斷其在建筑功能空間建筑立面與結(jié)構(gòu)類型之間的取舍。于是，我們找到了一個(gè)較為規(guī)整的建筑，底層為商鋪，標(biāo)準(zhǔn)層為住宅，共11+1層，平面詳圖一，分別進(jìn)行五種較有代表性的結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行設(shè)計(jì)，并按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行含鋼量計(jì)算，從中尋找規(guī)律。

　　3.1結(jié)構(gòu)方案一

　　結(jié)構(gòu)類型：框架—剪力墻結(jié)構(gòu)

　　含鋼量：38（Kg/㎡）

　　優(yōu)缺點(diǎn)：住宅內(nèi)部墻會(huì)出現(xiàn)突出墻體的柱，但因?yàn)榭蚣懿糠殖惺艿牡卣饍A覆力矩小于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%，通�？蚣苤�的截面不會(huì)較大，當(dāng)建筑總高在30~60米時(shí)，若要控制含鋼量，推薦使用該結(jié)構(gòu)類型。

　　3.2結(jié)構(gòu)方案二

　　結(jié)構(gòu)類型：框架結(jié)構(gòu)

　　含鋼量：41（Kg/㎡）

　　優(yōu)缺點(diǎn)：住宅內(nèi)部墻會(huì)出現(xiàn)突出墻體的柱，且因?yàn)榭蚣懿糠殖惺艿牡卣饍A覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%，通�？蚣苤�的截面較大，當(dāng)建筑總高超40米時(shí)，由于抗震等級(jí)的增加，其含鋼量會(huì)隨高度的增加大幅增加。

　　3.3結(jié)構(gòu)方案三

　　結(jié)構(gòu)類型：剪力墻結(jié)構(gòu)

　　含鋼量：46（Kg/㎡）

　　優(yōu)缺點(diǎn)：住宅內(nèi)部不會(huì)出現(xiàn)突出墻體的柱，但底層的商鋪空間較差，墻肢較多較長，當(dāng)建筑為純住宅且高度在60~100米之間時(shí)，使用該結(jié)構(gòu)類型較為適合。

　　3.4結(jié)構(gòu)方案四

　　結(jié)構(gòu)類型：異形柱結(jié)構(gòu)或短肢剪力墻結(jié)構(gòu)

　　含鋼量：51（Kg/㎡）

　　優(yōu)缺點(diǎn)：住宅內(nèi)部不會(huì)出現(xiàn)突出墻體的柱，但底層的商鋪空間較為不好，柱肢或墻肢較多但短。小高層或多層中常有使用這兩種結(jié)構(gòu)，特別是在《混凝土異型柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》實(shí)施以前，無規(guī)范可循，在使用上較為混亂。規(guī)程發(fā)行和實(shí)施后，經(jīng)過較多實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)這兩中結(jié)構(gòu)類型含鋼量較高，使用就越發(fā)減少了。但在非抗震區(qū)，小高層結(jié)構(gòu)，其經(jīng)濟(jì)性還是可與以上幾種結(jié)構(gòu)相抗衡的。

　　3.5結(jié)構(gòu)方案五

　　結(jié)構(gòu)類型：局部框支剪力墻結(jié)構(gòu)

　　含鋼量：57（Kg/㎡）

　　優(yōu)缺點(diǎn)：住宅內(nèi)部不會(huì)出現(xiàn)突出墻體的柱，且底層的商場空間好，柱距和柱列一般較為整齊，但含鋼量通常會(huì)比剪力墻結(jié)構(gòu)高出20%~30%左右，較為不經(jīng)濟(jì)。當(dāng)建筑底部使用功能為大空間的車庫，商場，辦公空間時(shí)就不得不使用了。

　　從以上五種結(jié)構(gòu)方案的含鋼量均為上部結(jié)構(gòu)含鋼量，不考慮地下及基礎(chǔ)部分。對比以上五種結(jié)構(gòu)方案的含鋼量，不難看出，各結(jié)構(gòu)類型間含鋼量的增幅為8%、12%、11%、12%，而不轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換之間含鋼量的增幅為24%。我們都知道，很多設(shè)計(jì)師聲稱某結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可將含鋼量降幅做到30%左右，其實(shí)在結(jié)構(gòu)方案上做好文章，再加以用三級(jí)筋，這個(gè)降幅不難做到，而這正是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

　　4．降低含鋼量的措施

　　4.1優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案

　　優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案換言之選擇適合的結(jié)構(gòu)類型，這是問題的關(guān)鍵所在，其實(shí)這一步是建筑與結(jié)構(gòu)的綜合體現(xiàn)。一個(gè)經(jīng)濟(jì)性較高的工程，一開始就決定在建筑的方案里面了。如建筑的總高，從《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》表6.1.2中，有幾個(gè)關(guān)鍵性的數(shù)字：30米，60米，80米。這是每種結(jié)構(gòu)類型的抗震等級(jí)發(fā)生轉(zhuǎn)變的界限，若是框架--剪力墻結(jié)構(gòu)做到61米或是81米，那建筑就應(yīng)想想辦法控制在60米或是80米以內(nèi)；再如建筑的平面，一些建筑喜歡用轉(zhuǎn)角飄窗，取掉角部剪力墻或是框架柱，導(dǎo)致該部位要加強(qiáng)抗震構(gòu)造措施，而且結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)周期比很難調(diào)過，需增加周邊剪力墻和加大邊梁才能解決，這又增加了造價(jià)。

　　從本文第三節(jié)可知，采用何種結(jié)構(gòu)類型對工程的經(jīng)濟(jì)性影響較大，例如高度為40~60米間的建筑，能做框--剪結(jié)構(gòu)就不要做剪力墻結(jié)構(gòu)，而且要使短肢剪力墻的數(shù)量盡量減少，能做不轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)就不要做轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換量應(yīng)盡量減少。剪力墻應(yīng)分布均勻，布置一定數(shù)量的長肢有利于降低豎向構(gòu)件的配筋率。而對于高度為60~80米間的建筑，一般采用剪力墻結(jié)構(gòu)就比框--剪結(jié)構(gòu)來的經(jīng)濟(jì)了。

　　4.2地下部分及基礎(chǔ)選型

　　基礎(chǔ)形式的選擇是具有地域性的，這就意味著設(shè)計(jì)決定基礎(chǔ)形式前必須做大量的工作，借鑒當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)部門及老一輩工程師的經(jīng)驗(yàn)，更要調(diào)查施工方式是否可行。地下室及基礎(chǔ)部分的耗資對比上部結(jié)構(gòu)，總是顯得是巨大的，所以采用什么樣的基礎(chǔ)形式，必須經(jīng)過反復(fù)權(quán)衡，文[3]地下車庫基礎(chǔ)不同形式的經(jīng)濟(jì)性對比中列舉了五種基礎(chǔ)類型的綜合造價(jià)比較，較為細(xì)致而全面的介紹了這一類型地下車庫和基礎(chǔ)的合理方案。

　　4.3合理的輸入電算設(shè)計(jì)參數(shù)

　　目前國內(nèi)使用較為普遍的電算軟件SATWE，其中的分析與設(shè)計(jì)參數(shù)補(bǔ)充定義這一項(xiàng)中的各個(gè)參數(shù)該如何合理的定義，各參數(shù)的修改對結(jié)構(gòu)含鋼量的影響值得設(shè)計(jì)者們深入的研究。例如一次性加載和三種模擬施工加載這四種荷載計(jì)算方式所生成的配筋計(jì)算值是不一樣的，對于上部結(jié)構(gòu)的計(jì)算，常會(huì)用到一次性加載、模擬施工加載1或模擬施工加載3，它們所生成的配筋計(jì)算值是一次性加載<模擬施工加載1<模擬施工加載3。有的工程明明可以按一次性加載計(jì)算的但設(shè)計(jì)人員會(huì)可能選擇模擬施工加載3，從而導(dǎo)致含鋼量無謂的增加。又例如中梁剛度放大系數(shù)，總所周知在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》5.2.2中規(guī)定可取1.3~2.0，我們也知道放大中梁剛度意味著邊梁剛度也相應(yīng)放大，對周期比和位移比是有利的，但同時(shí)放大中梁剛度也會(huì)導(dǎo)致兩端梁柱節(jié)點(diǎn)彎矩按剛度分配時(shí)梁所分?jǐn)偟膹澗卮蠖�柱分得小，于是�?qiáng)梁弱柱的機(jī)制產(chǎn)生，這是不合理的，也就是說我們放大梁端的負(fù)筋導(dǎo)致了不合理機(jī)制的產(chǎn)生，這錢就花得冤枉了！所以，作為設(shè)計(jì)人員，一定要熟讀規(guī)范，了解每一個(gè)參數(shù)的合理取值，才能在保證安全的前提下很好的控制工程的含鋼量。

　　4.4采用高強(qiáng)度的混凝土和HRB400級(jí)鋼筋

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們一定要充分的利用混凝土的抗壓性和鋼筋的抗拉性。因此，對于小高層和高層建筑的底部幾層，適當(dāng)?shù)奶岣邏χ�的混凝土�?qiáng)度等級(jí)，降低梁板的混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，有利于降低含鋼量。目前的工程設(shè)計(jì)中以較為廣泛的推廣HRB400級(jí)鋼筋（新Ⅲ鋼），新Ⅲ鋼的市場價(jià)格比Ⅱ級(jí)鋼較高，綜合價(jià)格比為1.05。用新Ⅲ鋼代替Ⅱ級(jí)鋼，一般情況下可節(jié)約鋼材約14%，這是最為直接而有效的降低含鋼量的方式。當(dāng)然，這是理論值，實(shí)際配筋時(shí)還要考慮許多構(gòu)造要求，由于最小配筋率的控制，最終鋼材節(jié)約量一般僅有10%中左右了。

　　5結(jié)束語

　　根據(jù)歷年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我們有很多工程實(shí)例的含鋼量可以借鑒，但數(shù)據(jù)都較為概括。本文用一個(gè)工程實(shí)例五種結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行設(shè)計(jì)比較，得出高層商住樓常用的幾種結(jié)構(gòu)類型的具體含鋼量及其變化幅度，并提出對控制高層商住樓含鋼量較為有用的幾種方法，希望對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員及房開公司的結(jié)構(gòu)顧問有所幫助。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]中國勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)委員會(huì)，建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額研究所。民用建筑技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[M]，北京：中國計(jì)劃出版社，1996。

　　[2]李國勝.多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化與合理構(gòu)造（附實(shí)例）.中國建筑工業(yè)出版社，2008。

　　[3]李國勝，閆穎.多高層建筑基礎(chǔ)底板的設(shè)計(jì)與構(gòu)造[J].建筑結(jié)構(gòu)•技術(shù)通訊，2007年1月。