工业与民用建筑结构的含钢量控制分析
[ 提要 ] 通过大量实际工程结构含钢量的统计调查, 汇总出各类建筑结构实际含钢量的范围列表 ,分析影响含钢量的因素 , 提出降低含钢量的措施
[ 关键词 ] 含钢量建筑结构优化
中图分类号：tu3文献标识码： a 文章编号：
引言
建筑结构的含钢量是指建筑主体结构总用钢量除以总建筑面积得到的一个建筑经济指标，通常以kg/m2表示。

结构设计中在保证结构安全、各项配筋构造符合设计规范要求的前提下，如何控制含钢量处于一个合理范围，不仅是设计者的职责，也是衡量设计单位技术水平和市场竞争力高低的重要标志
2. 各种结构体系含钢量范围的实际统计值
通过大量实际工程结构含钢量的统计调查，汇总出各类工业与民用建筑结构实际含钢量列表,详见表1～5。

以上表格中的数值,均不考虑地下室和桩基,若考虑桩基应增加10 %左右。

而单独计算地下室,其含钢量为80～490 kgpm2 (上限为考虑人防) 。

表1～5 的数据说明:即使是同一结构类型的建筑,其含钢量也有多有少,差值可达一两倍。

但是,对于一个具体的工程来说,含钢量应该为确定的数值。

影响含钢量的因素
影响含钢量的因素有很多，如自然条件，建筑用途，设计方案，
施工因素等，具体如下几点：
建设场地的自然条件
作用在建筑结构上的外力,主要有地震作用和风荷载。

处在抗震设防烈度高或者风压大的地区,含钢量高,反之较低。

建筑处在气候恶劣、温差变化剧烈的地区含钢量也会相应增加。

建筑场地土质差,浅层土承载力低,持力层埋深大时,需要采用桩基础或很厚的钢筋混凝土筏板,结构的含钢量也会较大。

3.2 建筑技术规范变化
随着国家科技水平的发展和经济实力的增加，各种技术规范也在不断的进行修订和完善，尤其这几年建筑设计用到的各种规范修订的次数和频率也不断的增多，新版规范全面提高了抗震设计等级，增强了结构的耐久性，加大了结构安全储备,其中大幅度调整了包括材料、构造及计算等结构设计领域的内容。

新规范,对建筑结构的含钢量要求,较旧规范,有明显的提高,设计试算表明,提高幅度约为5%～15 %。

3.3. 设计方案和设计参数建筑方案的确定对结构含钢量影响很大，具体体现在建筑的开间、进深、层高、平面形状的凹凸、竖向立面的缩进、悬挑等等。

如果一座总面积不大的房子,开间、进深、层高各不相同,平面立面多有变化,其含钢量必然很大,这也是一般公共建筑(剧院、体育馆等) 比同等面积的住宅办公楼含钢量大一两倍的原因。

此外,对于工业厂房,影响含钢量的设计参数,则是厂房的跨度、高度、柱距、吊车吨位和楼面荷载。

3.4 施工变更等因素由于施工
变更是在现场提出的,要求尽快实施,没有时间反复计算比较,设计人员凭经验做出答复, 这些变更一般偏于保守。

另一种常见的情况是因为采购不到设计所要求品种规格的钢筋,必须进行钢筋代换,代换后的用钢量多数只增不减。

据决算部门统计,施工变更造价占整个工程造价的比例达10 % ,有时甚至更多,这其中就有含钢量增加的因素。

此外,很多工程用钢量的增多,往往是由于施工方对图纸理解不全面或理解偏差所致。

当图纸上出现模棱两可的表述时,施工方一般是朝着有利于自身利益的方向去理解,虽然图纸最终的解释权在设计方,但由此造成的浪费往往是既成事实。

施工图纸过于简单、粗糙和施工单位技术力量薄弱造成施工中用钢量增加的现象屡见不鲜。

降低含钢量的措施.
了解了建筑结构含钢量的因素后，我们要优化结构设计，控制建筑结构的含钢量，应从以下几方面入手。

4.1合理优化建筑方案
在方案阶段，结构专业应积极参与建筑方案制定，通过与建筑专业的充分沟通，对建筑的平面布置、立面造型、柱网布置等提出合理的建议和要求，使结构的高度、复杂程度、不规则程度均控制在合理范围内，摒弃片面追求新奇,使建筑平面规则整齐,体型简洁协调,设计出自然和谐、美观大方的建筑,从而达到建筑、结构和经济的协调统一，为降低含钢量争取主动权；
4.2合理优化结构体系
应根据已确定的建筑布置、高度和使用功能要求选择经济合理的结构体系。

比如，一般的高层住宅都采用钢筋混凝土剪力墙结构体系。

从承载力方面来看,小开间结构中墙体的作用不能得到充分的发挥，过多的剪力墙 ,还会导致较大的地震作用，并且由于结构自重较大,增加了基础工程的投资。

而大开间剪力墙结构体系与小开间体系相比,使用功能灵活,经济指标合理,是高层住宅设计的发展方向。

再比如，短肢剪力墙比普通剪力墙含钢量高,而长墙肢有利于降低竖向构件的配筋率以及减少暗柱数量，其边缘构件纵向筋配筋率往往较低，所以短肢剪力墙尽量减少使用。

并且能做落地剪力墙的就不做框支转换层。

4.3采用合理的基础形式，
一般来说钢筋混凝土基础(包括混凝土桩) 的配筋率并不高,但因其工程量大,耗用的钢筋总量仍是巨大的。

所以对基础采取什么形式,必须反复权衡,能用浅基础时就不要用深基础，能用天然地基就避免用桩基,采用了桩基时也要要尽量求短不求长。

另外有关基础配筋方面：基础除了柱下独立两桩承台和条形承台梁的纵向主筋应按照现行混凝土规范执行最小配筋率的规定外，其它情况均可按照0. 15%控制。

对联合承台或桩筏基础的板应按照整体受力分析的结果，采用“通长筋+ 附加筋”的方式设计。

对承台侧面的分布钢筋，则没有必要执行最小配筋率的要求，采用φ12@ 300 的构造钢筋即可。

上层钢筋仅按计算配筋率全部连通。

此外,采用加固软土地基新技术可以避免使用钢筋混凝土桩,而进行桩-土复合基础的设计,则可减少桩的数量或桩长。

凡此种种,每一项均可大大减少用钢量。

4.4采用新型楼盖和隔墙系统。

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。

降低楼盖质量,可大幅度减轻建筑总质量,从而减轻地震作用;同时还可降低墙、柱及基础的造价。

降低楼盖体系自身高度,不仅可减少层高,节约建筑空间,还可降低围护结构、管线材料及施工机具的费用。

目前,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。

含钢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,含钢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而后隔墙系统都大大的降低了钢筋用量。

4.5采用高强钢筋。

为适应我国经济建设发展及促进科技进步, 新修订的《混凝土结构设计规范》在钢筋的品种上作了重要调整。

钢筋材料的选择目前常用有三种：hpb235、hrb335和rb400级，根据新规范的要求，高质量的ｈｒｂ400级钢筋作为混凝土结构配筋的主导钢筋，有效的降低了结构的含钢量，将来采用更高强度的hrb500级钢筋也是一种发展趋势。

4.6结构设计要精打细算，精益求精，图纸表达要清楚明了。

在结构计算过程中，要通过精确的荷载计算、细致的模型调整，使结构达到最优受力状态，在施工图阶段通过精细的配筋抠出多余钢筋，尽可能降低含钢量。

在实际设计过程中出于方便施工、提高设计效率等诸多目的,一般都会对构件进行分类归并。

为了能涵盖面广,往往会用较大配筋的构件去包罗较小配筋的同断面构件,以确保结构安全度,这一过程不可避免的会增大配筋。

应该对电算结果中输出的各层配筋划分区段,使各区段内配筋相差不大,再分段出图。

另外施工图纸表达要清楚明了，让精打细算的设计意图准确无误的实施到施工中去。

5、结束语
必须注意，最文中虽然提出了一些降低含钢量的措施,但并不是提倡含钢量越少越好。

某些构造和施工要求的构造配筋在规范中虽然没有明确规定却是必不可少的,如为防止较长结构产生裂缝而配置的温度钢筋及厚板架立筋等等，设计单位、建设单位应从多环节入手，对建筑产品多方案优化设计，在确保建筑物安全，满足使用功能的前提下，合理降低结构钢筋含量，控制好建筑成本。

参考文献：
[1]混凝土结构设计规范（gb50010—2011）[北京：中国建筑工业出版社]
[2]建筑抗震设计规范（gb50011一2010） [北京：中国建筑工业出版社]
[3]建筑地基基础设计规范（gb50007-2011） [北京：中国建筑工业出版社]
[4]高层建筑混凝土结构技术规程（jgj3-2010）[北京：中国建筑工业出版社]。