工程各个阶段如何减少钢筋混凝土结构的用钢量

从方案设计开始结构设计工程师应尽早参与到方案设计中,要在平面布置、立面造型、柱网尺寸等方面提出结构设计工程师的建议和要求，以求在后期的施工图设计中为降低结构用钢量掌握主动权。

　　方案设计应该控制以下要点：

　　建筑物的体量，包括平面尺寸，柱网尺寸，层高，总高度等因素，决定了结构的形式，因而也就决定了结构的造价范围。

　　1.1 建筑平面布置上力求方正，尽量避免出现平面不规则，控制平面长宽比，房间(板块)分隔不要相差太大。

　　1.2 建筑物的体型规整，结构的侧向刚度和水平承载力沿高度宜均匀变化，层高相差不要太大。

　　1.3 立面上尽量少作一些通过钢筋累积起来的复杂构架、外凸较大的线条大样等。

　　对抗震及提高承载力没有作用的构件，建议通过配色或者简约的线条来实现美观或者通过设计一些二次装修的玻璃幕墙、玻璃顶棚、钢结构网架来完善建筑的功能和保持造型的新颖。

1.4 采暖、通风、给排水、电力及建筑物的竖向运输设备等服务设施对结构设计在某些情况下也会有重大影响。

绝密措施 ② / 结构布置

2.1 合理选择结构体系，高烈度区可采用“隔震”“耗能减震”技术

　　应根据建筑平面布置、竖向布置和使用功能要求合理选择结构体系。

2.2 结构布置

　　影响建筑物结构用钢量的因素，首先是建筑物的体型，其次是柱网尺寸、层高以及主要抗侧力构件所在位置等。

2.2.1 控制平面长度尺寸，合理设缝

　　即结构单元是否超长，当建筑物较长，而结构又不设永久缝时就成为超长建筑。超长建筑由于必须考虑混凝土的收缩应力和温度应力，它相对于非超长建筑，其单位面积用钢量显然要多些。

　　2.2.2 控制平面长宽比

　　平面长宽比较大的建筑物，不论其是否超长，由于两主轴方向的动力特性相差甚远，在水平力作用下，两向构件受力的不均匀性造成配筋不均。

2.2.3 控制竖向高宽比

　　这主要针对高层建筑而言，为了保证结构的整体稳定并控制结构的侧向位移，势必要设置较刚强的抗侧力构件来提高结构的侧向刚度，这类构件的增多自然使得用钢量增多。

　　2.2.4 竖向体型应规则和均匀

　　即外挑或内收程度以及竖向刚度有否突变等。

　　2.2.5 平面形状应规则

　　若平面形状较规则，凸凹少则用钢量就少，反之则较多，平面形状是否规则不仅决定了用钢量的多少，而且还可以衡量结构抗震性能的优劣，从这点分析得知用钢量节约的结构其抗震性能未必就低。

　　2.2.6 柱网尺寸应均匀

　　包括柱网绝对尺寸及其疏密程度。它直接影响到梁板楼盖的结构布置。

　　2.2.7 控制层高

　　对于高层建筑而言。层高与用钢量之间很难确定某种关系，换言之不能肯定层高对用钢量的影响究竟有多大。有资料表明：层高每下降10厘米，工程造价降低1%左右，墙体材料可节约10%左右。

　　2.2.8 抗侧力构件位置

　　刚度中心与质量中心相重合或靠近，或者抗侧力构件所在位置能产生较大的抗扭刚度，结构的抗扭效应小，因而结构整体用钢量就少，反之则多。

2.3 采用新型楼盖体系

　　楼盖体系是建筑结构的基本组成部分之一，其重量占整个房屋重量的22%左右。楼盖结构多次重复使用，其累计质量占建筑总质量的很大比例。目前，国内外常见的钢筋混凝土楼盖体系有如下几种：

① 现浇梁板式楼盖；

② 井字楼盖；

③ 无梁楼盖；

④ 预应力框架扁梁密肋楼盖；

⑤ 无粘结预应力无梁楼盖。

　　钢筋用量最少的是无粘结预应力无梁楼盖、其次是预应力框架扁梁密肋楼盖，钢筋用量最多的是井字楼盖和现浇梁板式楼盖。近年出现了许多新研制的楼盖系统，钢筋用量减少10%~30%。

2.4 梁布置时不必每幅墙下都布置梁

　　有时一些小板块上的隔墙，即使把隔墙荷载等效为板面荷载，其计算结果也是构造配筋。

绝密措施 ③ / 结构布置

3.1 结构抗震等级和柱的单双偏压计算模式等设计参数对含钢率有较大影响，应认真结合规范和具体工程情况进行选择。

3.2 计算振型数应合理

　　用来判断参与计算振型数是否够的重要概念是有效质量系数，《高层建筑混凝土结构技术规程》第5.1.13 条规定B级高度高层建筑结构有效质量系数应不小于0.9 ，《建筑抗震设计规范》第5.2.2 条条文说明中建议有效质量系数应不小于0.9。一般来讲当有效质量系数大于0. 9 时，基底剪力误差小于5% ，所以满足规范要求即可没有必要过多增加振型数，使计算用时增加和计算书增厚。

3.3 周期折减系数

　　周期折减系数的取值直接影响到竖向构件的配筋，如果盲目折减，势必造成结构刚度过大，吸收的地震力也增大，最后柱配筋随之增大。

3.4 偶然偏心

　　《高规》规定，高层建筑在计算位移比时应考虑偶然偏心的影响、计算单项地震作用时应考虑偶然偏心的影响。

3.5 双向地震扭转效应

　　《高规》规定质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构，应计算双向水平地震作用下的扭转影响。在实际工程中要求在刚性楼板假定及偶然偏心荷载作用下位移比不小于1.2时应考虑双向地震作用。考虑双向地震作用后结构配筋一般增加5%~8%，单构件最大可能增加1倍左右，可见双向地震作用对结构用钢量影响较大。控制高层结构位移比不超标是是否考虑双向地震作用的关键，也是控制钢筋用量的关键环节。

3.6 斜交抗侧力构件方向的附加地震作用

　　《抗震规范》第5.1.1. 2 条规定，有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15°时应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。考虑多方向地震对构件配筋有明显的影响，配筋平均增加5% 左右。

绝密措施 ④ / 荷载取值

　　4.1 活载应根据建筑功能严格按《建筑结构荷载规范》GB50009和《全国民用建筑工程设计技术措施》取值

　　不要擅自放大，对于一些特殊功能的建筑（规范未做规定的），应会同甲方共同测算活荷载的取值或按《建筑结构荷载规范》条文说明4.1.1条酌情取值。对于《建筑结构荷载规范》第4.1.2条可折减的项目，应严格按所列系数折减，尤其是消防车活载。

　　对工业建筑，原则上应按工艺设计中设备的位置确定活载取值，活载不折减。如果按GB50009—2001附录C取值，活载也不折减，但应分别对板、次梁及墙柱基础取不同值进行分步计算，取相应的计算结果对各构件配筋。动力荷载应成乘以相应的动力放大系数。

　　4.2 恒载可以由构件和装修的尺寸和材料的重量直接计算，材料的自重可采用《建筑结构荷载规范》。恒荷载计算应当准确。在计算填充墙线荷载应扣除上一层梁高及门窗洞口部分重量。

　　4.3 建筑结构的水平荷载主要是风荷载和地震作用(工业建筑中还有吊车荷载、动力荷载等)，计算依据是《建筑结构荷载规范》和《建筑结构抗震设计规范》。

　　4.4 在建筑结构计算时要合理的考虑使用荷载组合，使得使用荷载合理有效，结构在设计合理使用年限内处于安全状态。

　　4.5 墙体材料：应采用轻质材料，以减轻建筑自重。

　　目前在高层建筑中，已大量推广应用轻型隔墙、轻质外墙板，以及采用陶粒、火山渣等为骨料的轻质混凝土，以减轻建筑自重。这些都能减少结构的用钢量。