影响结构用钢量的因素

摘要：影响建筑物结构用钢量的因素，首先是建筑物的体型（平面长度尺寸及长宽比、竖向高宽比、立面形状等），其次是柱网尺寸、层高以及主要抗侧力构件所在位置等。对于限额设计的项目，建筑专业对这点应该有清晰的认识，在方案设计阶段应尽量避免这些不利因素。

关键词：用钢量、宏观、钢结构

中图分类号：TU391文献标识码： A

引言：钢筋混凝土结构是目前现代建筑中普遍以及常见的结构形式，如何降低用钢量也是广大结构工程师探讨和研究的课题，以力学概念和丰富的工程经验为基础,从结构整体和局部两个方面，对结构设计中影响建筑物结构用钢量的宏观因素作出分析，以达到降低工程造价的目的。

一、影响用钢量的宏观因素：

1、平面长度尺寸：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主要对待的仅是荷载产生的应力，其单位面积用钢量显然要多些。

2、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（也即整体刚度）相差甚远，在水平力（风力或地震）作用下，两向构件受力的不均匀性造成和扭转效应的增加使得构件配筋量加大。

3、竖向高宽比：这主要针对高层建筑而言，高宽比大的建筑其结构整体稳定性肯定不如高宽比小的建筑，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匀，使得其单位面积用钢量相对于平面长宽比接近的建筑物要多。

4、立面形状：这是指竖向体型的规则性和均匀性，即外挑或内收程度以及竖向刚度有否突变等。如侧向刚度从下到上逐渐均匀变化，则其用钢量就较少，否则将增多，较典型的有竖向刚度突变的设转换层的高层建筑。

5、平面形状：若平面较规则、凹凸少则用钢量就少，反之则较多，每层面积相同或相近而外墙长度越大的建筑，其用钢量也就越多，平面形状是否规则不仅决定了用钢量的多少，而且还可衡量结构抗震性能的优劣，从这点上分析得知用钢量节约的结构其抗震性能未必就低。

6、柱网尺寸：包括柱网绝对尺寸及其疏密程度，它直接影响到楼盖梁板的结构布置。一般而言，柱网大的楼盖用钢量较多，反之虽则较少，但同时因柱数增多而使柱构件用钢量增加，其中柱端及梁柱节点区内加密箍筋的增加量几乎占全部增加量的50％。柱网尺寸较均匀一致不仅使结构（包括柱和梁）受力合理，而且其用钢量要比柱网疏密不一的要节省。

7、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。就柱的箍筋而言，总高度相同的建筑物，层高较小即层数较多，其配筋量反而较多，但按单位面积摊销后其用钢量可能反而更少。至于跨层柱，由于其受力的复杂性以及截面较大，用钢量一般比正常层高的柱要多。

二、影响用钢量的微观因素：

影响建筑物结构用钢量的微观因素主要体现结构设计的具体操作上，首先是结构布置，其次是结构计算和构件的配筋构造。

1、竖向构件布置：有关柱网大小和疏密，基本上在建筑方案阶段已经确定，抗震墙的合理数量及合适位置一般也在结构工种介入方案设计过程中得到确定。结构设计的具体操作就是合理地确定墙柱截面，墙柱一般是压弯构件，其配筋量在多数情况下至少是多数部位都采用构造配筋，因此在其混凝土强度等级合理取值且满足轴压比要求的前提下，墙柱截面不宜过大，否则用钢量将随其截面增大而增加。

2、如果是高层建筑，墙柱截面还有一个收级问题。从节省用钢量的角度出发，墙柱截面应尽量小，只要符合50mm模数，几乎可以每层都收级，但从结构整体特别是从施工角度考虑，一幢高层建筑的墙柱截面变化过于频繁、截面种类过多却不科学，这种只看局部不顾整体、因小失大的做法是不妥当的。

3、水平构件布置：通常指的是楼层梁板构件，其布置原则首先是受力传力合理，其次是使用效果（包括视觉效果）良好，最后才是用钢量的节省，设计中不能本末倒置。对于公共建筑的楼层，如结构单元两向主轴尺寸相近，则以两向井字次梁布置；如两向主轴尺寸相差甚大，则区分主、次框架，以典型的交梁楼盖布置，其中板跨控制在约3~4米左右，板厚取100~120mm,对于住宅建筑，在3－4.5米正常开间情况下，楼板厚度为100－120MM,应尽量增大板跨，而没必要也不应凡遇隔墙就设梁。当采用高强钢筋时，应使板的配筋由内力控制而非按构造配筋，否则将得不偿失。

4、钢筋直径的选用：尽量选用直径较小的钢筋，一方面在满足计算结果的要求下超配的不多，另一方面其锚固长度、搭接长度也比大直径的钢筋要短；且受力均匀，能更好地保证与混凝土的共同作用。

三、影响用钢量的其它因素：

结构用钢量的多少还与建筑物抗震等级有关，相同的建筑物，设计8度抗震的肯定比7度抗震的用7度钢量多，这是不言而喻的，因此比较用钢量时应在相等或相近的条件下进行，否则将无法得出准确答案。即使抗震烈度相同，相同类型的建筑物所处的场地情况和基础型式不同，其用钢量也有相当大的差别。

在满足建筑功能的前提下,适当降低层高,会使工程造价降低。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。

规范规定的构件最小配筋率与混凝土强度和钢筋强度有关。对于构造钢筋而言，选用HRB400级钢筋可大大降低最小配筋率，尤其在楼板配筋中体现的更加充分。对于剪力墙、柱、粱等构件选用HRB400级钢筋，可以充分利用其高强度，可以大大降低钢筋耗钢量，对钢筋加工、绑扎、施工周期都有很大的益处。推广使用HRB400级钢筋并不是浪费，而是充分利用钢筋的高强度，降低钢筋含量，节省成本的一种举措。现在甲方结合以往建筑经验，在设计合同签订时，一般提出耗钢量的限值要求，也是考虑建筑成本的经济性，建议各位结构设计时在进行结构设计时多采用HRB400钢筋，可大大降低结构的含钢量。

在设防烈度较高的地区，减震、隔震技术的应用对用钢量的节约有相当明显的效果。其主导思想是将建筑物的基础与主体之间用一种特殊的橡胶垫即所谓的"隔震垫"隔开,使基础和主体之间的刚性连接变成柔性连结。或加设阻力器，这样一旦发生地震,可大大减轻地震力对上部主体结构的影响。因此,整个结构受力构件的配筋及截面尺寸都可以减小,从而降低工程造价。