高层建筑含钢量的控制

高层建筑含钢量的控制（精选3篇）

高层建筑含钢量的控制 篇1

随着市场经济的进一步发展,建筑开发商为降低房屋造价,较以往更为重视结构含钢量。一般在设计合同内对含钢量加以限制,这就对结构设计提出了更高的要求。本文仅就笔者多年设计经验,提出了一些对控制钢筋混凝土结构含钢量的有效措施。

1 结构概念设计

在众多结构含钢量影响因素中,结构方案的合理性和规则性是决定结构体系含钢量的宏观因素,也是首要因素,该问题属概念设计的范畴。主要包括建筑物的体型(平面长度尺寸及长宽比、竖向高宽比、立面形状等)及柱网尺寸以及主要抗侧力构件所在位置等。

1)控制结构单元平面长度尺寸:结构单元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指受荷载产生的应力,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,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配筋不均。3)竖向高宽比: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。4)平面、立面形状:这是指平面或竖向体型的规则性和均匀性,即外挑或内收程度以及平面或竖向刚度是否突变等。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。5)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。柱网尺寸较均匀一致不仅使结构(包括柱和梁)受力合理,而且其用钢量比柱网疏密不一的要节省。6)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 结构的具体设计

结构工程师对结构设计的具体操作也对含钢量存在很大影响,其中包括结构构件布置和构件的配筋构造。

2.1 结构构件布置

1)竖向构件布置:在柱网大小和疏密及抗震墙的合理数量及合适位置确定后,结构设计的好坏就体现在合理地确定墙柱截面, 墙柱一般是压弯构件,其配筋在多数情况下都采用构造配筋,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。在柱网疏密不均的建筑中,某根柱或为数不多的若干根柱由于轴力大而需较大截面,而建筑考虑便于装修则希望柱截面相同,此时如将所有柱截面放大以求其统一,势必增加用钢量。合理经济的做法应是对个别柱位的配筋采用加芯柱,加大配箍率甚至加大主筋配筋率或配以劲性钢筋以提高其轴压比,从而达到控制其截面尺寸的目的。2)利用竖向交通井道而形成的剪力墙筒体,其外围墙体对结构刚度的贡献最大,而内部墙体则贡献甚微。在满足结构整体刚度的前提下,筒体内部的剪力墙不宜过多、过厚和过于零碎,否则会增加该部位墙体用钢量且对结构无大作用。3)对于楼盖布置,在3 m～4.5 m正常开间情况下,楼板厚度为100 mm～120 mm,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。当板跨小、布梁多时肯定用钢量会增多,而且可能使楼面荷载多次传递,造成受力不合理。4)以桩为基础的地下室底板,采用梁板结构要比采用平板式结构更节省用钢量,本文所指的“梁板结构”仅指柱网为整间大板的结构,如果柱网中添加了次梁,则不仅使施工更为复杂,而且还会增加用钢量。以竖向交通井道形成的筒体,采用桩基础一般都形成多桩承台。布桩时应使桩处于墙体下,这时承台避免受剪甚至能抗弯,其厚度可较小,采用构造配筋率配筋则其配筋量就较少。但大多情况下,布桩无法都设在墙体下,而使承台受剪受冲切,为了满足其受剪受冲切,设计中应从加大承台厚度或提高承台混凝土强度等级着手,而不宜采用增加配筋来满足其抗剪或抗冲切要求,否则将使用钢量大增。此外,由承台混凝土来满足抗剪抗冲切后,承台的配筋就可采用低配筋率而不应也没必要提高配筋率。5)当前流行的豪宅大面积客厅,其空间面积达40 m2～60 m2,甚至更大,如此板块采用普通混凝土平板,即使施加了预应力,其用钢量也会较多,其主要原因是板的跨度和自重均较大。大跨度由使用功能决定而无法改变,要节省用钢量,只能往“自重”上考虑,即改变楼板的结构形式。采用先进技术的现浇双向空心楼板、加轻质填充块的双向密肋楼板,都是可以考虑的途径。

2.2 节省用钢量的方法

构件的配筋构造在符合规范规定的前提下,有许多方法能达到节省用钢量的目的。1)柱:设计中应通过混凝土强度等级的合理确定来控制其截面尺寸和轴压比,使绝大部分柱段都是构造配筋而非内力控制配筋,此时柱主筋就可以按规定的最小配筋率或比其略高的配筋率选择主筋规格;至于柱箍筋的体积配筋率,采用高强度钢筋比低强度钢筋更可节省用钢量。结构顶层边柱尤其是抽掉中柱的大跨度边柱,往往是大偏心受压,其主筋配筋量由内力控制且都较大,为了降低配筋率来节省用钢量,通常采用改变柱竖向形状的方法,如加腋。如改变后仍难以承受其所承担的弯矩,有时可将梁柱顶节点设计成简支,柱中心受压或小偏心受压,此时的边柱也不必改变竖向形状且截面可较小。多层及高层住宅建筑通常由于层高不大,柱主筋完全可以每两层连接一次,既减少了竖向钢筋的接头数量,又节约了钢筋。2)梁:配筋大多由内力控制,但仍有小部分由最小配筋(箍)率控制。要使梁的用钢量不太高,方法有:a.混凝土强度等级不宜过高;b.采用高强度钢筋。前者不仅可降低最小配筋(箍)率,更重要的是有利于作为受弯构件的梁的抗裂性能。跨度较大的悬臂梁,不论其承受的是均布荷载还是梁端集中荷载,其弯矩内力都是急剧下降的,因此当面筋较多时,除角筋需伸至梁端外,其余钢筋尤其是2排钢筋均可在跨中切断,既节省钢筋又方便施工。

3结语

钢筋混凝土结构要做到节省用钢量,就必须从宏观上定性掌握,微观上定量控制。宏观上,建筑物体型要合理;微观上,结构构件布置和构件截面选择在满足受力及变形前提下要节省用钢量,构件配筋构造要在满足规范前提下,仔细推敲,做出合理的设计选择。

参考文献

[1]JGJ 3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2]张元坤.论建筑结构设计中节约用钢量的方法及意义[J].广东土木与建筑,2003(10):83-84.

[3]GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].

[4]GB 50011-2001,建筑抗震设计规范(2008年版)[S].

[5]JGJ 94-2008,建筑桩基技术规范[S].

高层建筑含钢量的控制 篇2

由于高层建筑具有独特的结构特点和适用范围, 所以高层建筑的结构选型是高层建筑设计方案的重要部分[1]。高层建筑的结构选型优良, 不仅能够对前期的预算、设计有重要的帮助, 而且能够对后期的施工、使用、维护产生事半功倍的效果。只有高层建筑的结构体系选择优良, 在加上先进理论的使用和精确精密的计算, 一幢合格的高层建筑才能“拔地而起”[2]。高层建筑比一般的建筑物高上很多, 而钢筋混凝土由于其独特的结构和特点, 不仅能够承受一定的压力, 而且有很大的侧向刚度, 可以灵活的布置空间。所以, 在高层建筑中, 钢筋混凝土使用极其广泛。同时, 在开始设计高层建筑时, 宏观方面应该定性的控制含钢量, 微观方面定量的控制含钢量。

2 高层建筑结构体系的分类和选型

2.1 高层建筑结构体系的分类

高层建筑结构形式的分类有多种, 也有许多不同的分类方法, 其中最常见的是按建筑物主要承重力分类和按承重材料分类。按照主要承受力分类, 可以分为:框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构。由于本文还要讨论如何控制高层建筑含钢量, 故本文主要具体的分析高层建筑如何按照承重材料分类。

2.1.1 钢结构

钢结构的高层建筑具有其他结构建筑物难以比拟的优点, 比如强度高、韧性大、抗震性能好、易于加工等, 并且施工方便, 能缩短现场施工工期。但钢结构的建筑物也有不少的缺点, 比如用钢量大势必会造价高, 而且耐火性能差。深圳81层的地王大厦和北京56层的京广中心都是钢结构高层建筑的代表。

2.1.2 钢筋混凝土结构

造价较低的钢筋混凝土结构在高层建筑中有广泛的应用, 钢筋混凝土材料来源丰富, 可浇注成各种复杂断面形状, 组成多种结构体系。一方面节省钢材, 承载能力较高, 另一方面如果设计得当可获得较好的抗震性能。但是钢筋混凝土总成的构件断面大, 占据面积大, 自重大。广州63层、200.18m高的广东国际大厦便是其中典型的代表。

2.1.3 组合结构

顾名思义所谓的组合结构就是组合两种以上的体系结构。组合结构可以细分成两类:一类是用钢材加强钢筋混凝土构件, 另一类是一部分抗侧力结构用钢结构, 另一部分采用钢筋混凝土结构或部分采用钢骨钢筋混凝土结构。这种结构结合了钢结构和钢筋混凝土结构两方面的优势:在钢筋混凝土结构基础上, 充分发挥钢结构优良的抗拉性能, 以及混凝土结构的抗压性能, 进一步减轻结构重量, 提高结构延性。

2.2 高层建筑结构体系的选型

在进行高层建筑结构体系的选型之前, 还应该清晰的了解高层建筑的结构特点。与低层建筑不同, 在高层建筑中水平荷载和地震作用将成为高层建筑结构体系选择的控制因素。此外, 侧向位移也是高层建筑的一大特点, 侧向位移对高层建筑有巨大的影响, 建筑物高度的不断增加伴随着侧向位移的不断增加, 但是过大的侧移会使人感觉不舒服, 还可能会造成构件的损坏, 不仅影响人的感觉, 还会影响建筑物的使用寿命。高层建筑的侧向位移应该控制在一定的范围之内, 所以减小侧向位移, 加强高层建筑对侧向力的抵抗是重中之重[3]。综上所述, 高层建筑结构体系的选型应该满足以下几个方面:

(1) 高层建筑的结构体系应具有明确清晰的计算图纸和合理的地震作用传递途径。

(2) 高层建筑的结构体系应该具有抵抗破坏的能力, 即高层建筑遭受到部分损坏时, 还有承载负荷重力的能力, 并且具备一定的抗震能力。

(3) 高层建筑的结构体系宜有多道抗震防线。剪力墙作为第一道防线是主要的抗侧力构件。同时, 不同层中框架部分按框架和墙协同工作分配地震剪力。

(4) 高层建筑的结构体系应具备必要的承载能力和变形能力, 并且要有一定消耗地震能量的能力。

(5) 高层建筑的结构体系应该在竖向和水平有合适的刚度, 避免局部突变和扭转而造成部分薄弱现象的发生。

(6) 高层建筑结构选型不是简单的事情, 应考虑各种不同的因素, 比如高层建筑的高度、高度和宽度比、抗震类别、抗震度、场地、结构材料和施工条件以及技术条件等不同的因素。此外, 高层建筑的结构选型应满足建筑使用功能和造型艺术的要求, 同时适应未来发展, 方便维修, 最大限度满足人们的需求。

3 高层建筑结构体系中的钢含量以及控制措施

3.1 高层建筑结构体系中的含钢量

随着我国经济的发展和人们生活水平的提高, 我国土地政策的改革和完善, 高层建筑越来越多, 同时高层建筑的建设成本成了不得不考虑的重要因素, 对应的结构成本更是严格控制。一个设计人员在保证建筑质量的基础上, 单位面积用钢量越少越是能引起投资方的兴趣, 获得更大的经济效益。经过调查和统计, 建筑物的用钢量指标如表1所示。

建筑设计方案是衡量设计者水平高低的一个标准, 单位建筑含钢量也是反映设计者水平高低的重要指标。一幢高层建筑含钢量经过一定的计算可以控制在一定范围内。控制了建筑的单位面积含钢量就能获得更大的经济效益, 所以拟定控制含钢量的措施势在必行。

3.2 高层建筑结构体系中含钢量的控制措施

影响单位建筑含钢量的因素有很多, 比如自然因素。地震高发区的建筑物含钢量较高, 飓风高发区的建筑物含钢量也较高。在制定相应方案时, 设计人员应该进行实地考察, 取得附近的环境材料作为工程设计的依据。经过总结, 控制含钢量的基本措施有以下几种:

3.2.1 优化建筑物外形, 合理掌握柱网尺寸, 正确摆放抗侧力构件

高层建筑结构体系的选型是影响含钢量的首要因素, 也是宏观因素。高层建筑结构体系的选型是宏观设计的范围, 要求设计者优化建筑物外形, 合理掌握柱网尺寸, 正确摆放抗侧力构件。为了减小建筑物的含钢量, 设计者可以控制结构单元的平面长度尺寸, 制定合理的平面长宽比、竖向高宽比、平面里面的形状和柱网尺寸。当抗侧力构件的刚度中心和质量中心靠近或者重合时, 建筑物的单位面积含钢量就少。

3.2.2 合理布置结构构件, 正确的配置构件的配筋

(1) 利用相关井道形成的剪力墙, 进行合理的竖向部件布置, 做到分配合理有效, 减小单位面积的用钢量。在楼盖的布置过程中, 增大板跨, 也可以达到相应的效果。

(2) 控制含钢量的最直接的方法就是减少钢筋的使用。高层建筑过程中可可以采用适当的砼强度等级。另外, 还可以选择强度较大的钢筋, 虽然这种钢筋的单价会相对昂贵一些, 但是强度较大的钢筋承受能力强, 承载负荷的能力也强。在实际工程中, 还可以根据实际情况进行配筋。

(3) 合理计算参数, 在满足规范要求和指标的基础上减少用钢量。在设计高层建筑的过程中, 又不少的参数是由设计者自己制定的。透彻的理解《抗规》、《高规》、《高规补充规定》中各种参数的含义, 合理的配置钢筋, 直接影响着含钢量。对于那些不确定的参数, 可以多方法多角度的反复运算, 直到找到最优算法。

(4) 在对高层建筑的柱体进行设计时, 柱体的含钢量对于整个建筑物的含钢量具有重大的“贡献”, 所以控制柱体的含钢量就能有效的控制建筑物的含钢量。首先根据混凝土的强度来确定横截面积和轴压比。柱体的邯钢率应比相关规范所规定的最小配筋率大一些。在施工过程中, 可以捆扎高强度的钢筋减少含钢量。有大偏心受压作用时, 可以选择改变柱纵向形状的方法来降低含钢量。

4 结语

一言以蔽之, 高层建筑结构体系的选型是一个极其复杂繁琐的过程, 但是该过程必不可少。如果选型过程有所疏忽, 不仅会影响经济效益, 而且会造成难以挽回的损失。当今社会的竞争越来越激烈, 在满足各种规范的要求以外, 设计者应该尽可能的降低高层建筑的含钢量, 一方面可以节约资源, 降低成本, 另一方面也可以增强竞争力。

参考文献

[1]GB50010-2010, 混凝土结构设计规范[S].

[2]田龙.浅谈高层建筑的结构设计[J].价值工程, 2011 (1) :30.

高层钢结构住宅含钢量分析与探讨 篇3

1 含钢量的定义及影响因素汇总

建筑结构的含钢量是指建筑主体结构 (不算装修) 总用钢量除以总建筑面积得到的一个建筑经济指标, 通常单位以kg/m2表示。含钢量的计算公式采用:含钢量=上部标准层所有钢筋/ (计容积率面积+不计面积部分) 。钢框架住宅用钢量一般在85 kg/m2~120 kg/m2, 影响钢结构高层住宅含钢量的主要因素有四大类八大要素:1) 地区类别:风压、抗震等级 (地震加速度、地质) 、规范差异;2) 建筑形式:体型 (平面、高宽比) ;层数;层高;拐角窗;3) 结构设计:结构设计 (结构方案是否转换) ;厚板;4) 计量方法:计量方法不统一。

2 规范中对建筑形式的要求

GB 50011—2010建筑抗震设计规范中第8.1.1条规定:本章适用的钢结构民用房屋的最大高宽比不宜超过表1的规定。

GB 50011—2010建筑抗震设计规范中第8.1.1条规定:本章适用的钢结构民用房屋的结构类型和最大高度应符合表2的规定。

3 本项目设计参数分析

结构的设计基准期:50年;结构的使用年限:50年。建筑结构的安全等级:二级;结构重要性系数:1.0。抗震设防烈度:8度;建筑抗震设防类别:丙类。建筑耐火等级:一级;人防地下室:常六人防地下室。钢结构房屋抗震等级:二级, 框架、支撑抗震等级:二级多遇地震下的阻尼比按0.035设计。包头地区基本参数见表3。

4 不同因素影响下的含钢量统计分析

万郡·大都城住宅小区1号~7号楼为一期工程, 8号~15号楼为二期工程, 下面以不同单元数划分统计各单体的含钢量, 详见表4~表6。图1, 图2直观反映了一、二期工程高宽比、长宽比与含钢量的关系。

5 结语

通过对万郡·大都城住宅小区一、二期各单体含钢量分析表明, 将建筑形式的高宽比控制在3.5, 长宽比控制在3.5~4, 一栋楼设计成两个单元最优。因此, 开发商在设计初期选择合适的户型、合理的建筑层数和高宽比、长宽比, 可以有效的控制工程造价, 充分发挥钢结构高层住宅的综合经济效益, 促进钢结构住宅产业化的发展。

摘要：通过万郡·大都城住宅小区一、二期各单体含钢量统计实例, 分析了影响高层钢结构住宅含钢量的主要因素, 分析表明:建筑形式的高宽比控制在3.5, 长宽比控制在3.54, 一栋楼设计成两个单元成本最优。

关键词：钢结构,高层住宅,含钢量,影响因素,经济性方案

参考文献

[1]蒋立勇, 宋进文.中高层钢结构住宅——武汉赛博园一期工程技术经济分析[J].钢结构, 2007 (3) :55-56.

[2]熊军, 王磊.高层钢结构住宅的经济性分析[J].安徽建筑, 2010 (1) :167-168.

[3]孙金鹏.钢结构设计与施工中的问题分析[J].山西建筑, 2014, 40 (8) :56-58.