高层住宅钢筋混凝土结构中的含钢量技术控制探讨

【摘 要】随着城市化进程的继续，城市可用于住宅开发的用地逐渐减少，于是占地面积小的高层住宅成为城市居民居住建筑的主要形式之一，如何在保证结构安全舒适的前提下，满足经济的合理性成为建筑结构设计面临的重大挑战。笔者结合自身多年的地产开发经验就高层住宅结构设计中如何控制含钢量进行探讨，并提出优化设计处理方法，以达到科学经济合理的设计要求。

【关键词】高层住宅；钢筋混凝土；混凝土结构；含钢量；技术控制

一、引言

随着我国经济建设的高速发展，国家各项规章制度也日臻完善。土地出让方式的改变以及土地价格和国家各种规费的大幅提高，特别是近年来国家对房地产行业采取了各种宏观调控措施，消费者购房也越来越理性，诸多方面都要求开发商在各个环节都不能疏忽大意。因此，重视项目成本控制具有重要的现实意义。首当其冲的就是土建成本，结构成本更要从严控制。

目前各项工程甲方都会不约而同提到钢筋混凝土结构含钢量指标，各设计院经营管理部门对此深有体会。除建筑设计方案之外，地产开发商常以单体建筑的含钢量作为衡量设计院水平的标准。地产开发商凭借多年地产开发经验在在洽商阶段会将含钢量指标写入合同条款，要求设计人员严格执行。因此，钢筋混凝土结构中的含钢量控制不仅仅是结构设计者的任务，同时还需要建筑、电气、暖通、给排水等专业的通力合作。

为提高市场竞争力，高层住宅钢筋混凝土结构中的含钢量技术控制势在必行。本文总结了影响高层住宅钢筋混凝土结构含钢量的因素和控制含钢量的技术措施。当前施工图阶段采用的技术措施主要包括：选取适用的荷载、适当减少剪力墙数量、地下室采用平板式底板、结构构件采用高强度钢筋和高强混凝土，等等。

二、影响高层住宅钢筋混凝土结构含钢量的因素

第一，平面体型的规则性和均匀性对含钢量的影响最大。即外挑及内收程度及平面刚度是否突变等均对X和Y轴双向的动力特性产生较大影响，两个方向的刚度差异会导致不均匀性，从而直接影响整体刚度和配筋，这也是为何平面布置较怪（例如风车型）的高层住宅比规整的高层住宅造价高的原因。

第二，竖向高宽比对含钢量的影响与第一条不相上下。高宽比大的高层住宅就像一根细长的竹竿立在空中，为保证其整体稳定性就要增强其侧向刚度，提高抗侧力构件含钢量，保证结构的侧向位移控制在规范要求的范围内，以满足抗震、抗风和舒适性的要求。

第三，总高度的变化对含钢量的影响也较大。由于高层住宅多为A级高度且结构布置形式为剪力墙或框支剪力墙结构形式，按照高层规范80米这个限值，凡是大于80米抗震等级的高层住宅就需要提高一个级别，随之含钢量也要上升。

第四，层高的控制和首层大堂是否设有转换层对含钢量控制也有较大意义。根据经验所得，层高每增加10厘米，含钢量则增加1kg/m2。由于转换层配筋量相当于2～3个标准层的配筋量且造成竖向抗力构件不连续，转换柱或墙体的配筋也较大，故应尽量避免转换。

第五，抗侧力构件的布置和建筑构造的细节控制对含钢量的影响不容忽视。构件布置合理就易使刚度中心和质量中心相重合或接近，从而充分发挥抗侧力构件的抗扭刚度，控制扭转位移比在规范限值内，避免抗侧力构件数量过多或位置不合理造成多筋超筋现象。拐角窗、凸窗等节点大样采用全钢筋砼和端部构造柱+中间砖墙形式，含钢量则相差0.5～1.0kg/m2。

三、控制高层住宅钢筋混凝土结构含钢量的技术措施

其一，选取适用的荷载。当建筑物高度增加时，水平荷载对结构起的作用越来越大，除了结构内力明显加大外，结构侧向位移增加更快，弯矩和位移与高度成指数曲线上升关系。高层建筑结构都要抵抗竖向和水平荷载作用，但在高层建筑中，结构要使用更多的材料来抵抗水平力，抗侧力成为高层建筑结构设计的主要问题。在地震区，地震作用对高层建筑的威胁要比多层建筑大得多。荷载输入值的计算是否正确关系到整个工程的含钢量是否正常。填充墙开窗门洞处应尽量精确选取线恒载，不得随意加大。尽量采用轻质材料，减轻结构自重。高层建筑室内填充墙宜采用各类轻质隔墙。在高层建筑中采用轻质石膏板内隔墙体系，主要的土建结构造价要比传统砖石混凝土体系的土建结构造价降低10%左右，而玻璃纤维增强水泥轻质墙板容重仅相当于同厚度粘土砖砌体面密度的1/3，大大减少了结构荷载，降低了整个建筑梁、柱以及基础的截面积和含钢量。

其二，适当减少剪力墙数量。剪力墙暗柱箍筋形式设计时，尽量避免重叠，因重叠部分不计入体积配箍率。约束边缘构件小箍筋采用封闭箍，构造边缘构件在剪力墙高度2/3以上采用封闭箍和拉筋间隔放置。纵向钢筋可选两种直径，角部放置较大直径钢筋。连体方案建筑由于连接部位采用大开间剪力墙布置，减少了剪力墙数量，在满足规范限定指标的情况下，减少含钢量。可见加大剪力墙布置间距、减少剪力墙数量是减少含钢量的有效措施。因此，在规范允许范围内优化设计，适当减少剪力墙数量，加大框架梁跨度，与建筑专业协商，开间布置避免错位，减少由于框架梁错位而增加的竖向构件。高层建筑地下室底板宜采用带柱帽的普通钢筋混凝土无梁楼盖，地下室其余各层、地下室顶板、裙楼和住宅塔楼的楼盖宜采用普通钢筋混凝土梁板楼盖。细部构件布置：当两轴尺寸接近时，采用双向板布置；当两轴尺寸差别较大时，采用单向板布置。

其三，地下室采用平板式底板。水平构件的布置应使传递荷载路径简洁，以最快的方式将楼面上的荷载传递到框架梁上，再由框架柱、剪力墙等竖向构件传递到基础和地基。反之，如果采用平面布置则使得荷载需要经过多级次梁再传递到框架梁，这就使得荷载传递路线曲折不明确，使构件受力复杂，增加工程造价。地下室梁板式底板与平板式底板通过比较可以得知，以桩为基础的地下室底板采用梁板式结构要比采用平板式结构更可节省含钢量，如果柱网中添加了次梁，则不仅使施工更为复杂，而且还会增加含钢量，这在大量工程实践中已得到验证。

其四，结构构件采用高强度钢筋和高强混凝土。一般的办公、住宅建筑荷载不会太大且要满足电线埋设的要求，板厚应该大于等于100mm，板的跨度不宜太小，应使板的配筋由内力控制而不是按构造配置。按此结果楼板配筋只有采用HRB335或HRB400才能达到节省钢筋的目的。采用高强度钢筋可以节省含钢量；而混凝土强度等级对减小配筋的作用较小。不管楼板是构造配筋还是计算配筋，采用HRB400钢筋都可降低含钢量。楼板结构混凝土及钢筋用量一般与建筑层数无关，采用新型楼盖体系和高强钢筋可以有效减少含钢量。采用高强度钢筋，简支边支座钢筋的数量没有减少。由于住宅板跨较小，采用高强度钢筋后，板底配筋大部分仍为构造配筋，因此，节省钢筋的数量比理论计算数值减少。实践证明，板垮越大，节省钢筋的数量越多。

四、结论

高层住宅钢筋混凝土结构中要含钢量的控制需要从方案阶段开始到初步设计，注重结构概念设计，选择合理的结构体系，通过多方案比较和优选，确定经济的结构布置；在施工图阶段细化设计，选取适用的荷载，从地基基础、地下室、上部结构的墙柱梁板等全方位结构构件着手，在满足规范构造要求的前提下，确定构件的截面尺寸及配筋，做到结构安全适用、技术先进、经济合理、方便施工。

参考文献：

[1]谭泽先：《钢筋混凝土结构含钢量的一般范围和合理控制方法》[J]建筑结构，2007（07）

[2]何耘天：《浅析高层住宅结构设计中的含钢量控制》[J]价值工程，2011（12）