摘要：我国经济经过多年的突飞猛进，整体发展水平已经大幅度提升，特别建筑业一直是近年来的经济热点，国民经济的重要支柱。建筑企业为了获得更好的经济效益，一直把结构含钢量作为重要经济指标来控制，市场上也崛起了许多结构优化企业和个人，这样可以帮助建筑企业节约成本，降低用钢量。怎样在满足高层建筑稳定、安全的前提下，尽可能降低钢材的使用变成了结构师面对的主要问题。本文分析了高层结构中含钢量影响因素和优化策略，期望能为结构设计和相关人员提供参考。
关键词：高层住宅；结构设计；含钢量；控制；优化
伴随着我国城市化进程的不断加快，土地越来越少，这使高层住宅建筑和公共建筑变成了建设的主流，在保证其结构安全的基础上怎样与经济效益相适应变成了面临的挑战。结构设计中的含钢量是对工程造价产生影响的重要指标之一，开发企业往往会把含钢量作为考评设计成果质量的一个重要指标，虽然国家规范导向更趋于安全可靠，国家政策也鼓励和推进绿色建筑政策，提倡建筑中多使用可再生钢材，特别是高标号、高性能钢材。但建筑市场对含钢量的关注并未减少，面对市场，开发企业控制成本情有可原，本文对高层结构设计中含钢量控制进行了分析和探讨。
一、结构含钢量的影响因素
（一）平面、立面的规则性和均匀性对含钢量的影响
平面应尽量满足《高规》3.4、3.5节对平面和竖向规则性的要求，建筑平面是否规则，墙柱是否对齐，立面有没有大的收进或者悬挑，对结构含钢量影响很大，不规则的建筑受力特性会趋于不合理，不均匀，造成配筋的不均衡。另外规范对不规则建筑有比较系统的加强措施，通常对结构局部或整体提高含钢量或增加混凝土用量来实现。
（二）高宽比对含钢量的影响
高层建筑的高宽比是对建筑宏观控制的因素，不单对结构的刚度、整体稳定、承载力等因素作限定，而且也关系到建筑本身是否经济合理。随着高层住宅建筑物的高宽比增大大，抗侧力构件必须加强，以控制建筑的整体位移角和位移比等参数，提高其侧向刚度，保障建筑物的整体承载力和稳定性，与高层建筑物的舒适性要求相适应。控制结构的高宽比在规范的范围内（《高规》3.3.2条高宽比都控制在6以下），有利于含钢量的控制；
（三）总高度的变化对含钢量的影响
根据抗规表6.1.2可以清楚看到，在一定的设防烈度下，结构的抗震等级与建筑高度范围密切相关，临界高度就成为界定建筑抗震等级的关键因素，超过此临界高度，抗震等级提高一级，相应的构造措施，配筋率就会提高。《抗规》表6.1.1规定了各种结构类型的最大适用高度；超过此限，就要按超限高层论证。建筑物高度尽量控制在不超限范围内。比较直观，随着建筑高度的增加，建筑总重量不断增加，地震力也随之增加，竖向构件和水平构件内力不断上升，需要更高的含钢量来抵抗外力和保证结构的柔性。而且随着高度的增加，抗震等级在提高，抗震构造配筋要求在提高，整体含钢量毫无疑问会不断增加。
（四）结构布置，材料选择对含钢量的影响
合理、有效的结构构件布置对发挥结构效能至关重要，好的结构方案既能满足使用功能，又有可靠的结构安全储备和优良的抗震性能，形成多道抗力体系，比如墙柱尽量布置在建筑外围， 增加山墙部分墙长和连梁刚度，对短肢剪力墙应采用刚度较大的连梁形成连肢墙和整体小开口墙等。随着材料技术的发展，采用高强混凝土和高强度钢筋，可以有效降低建筑含钢量；在适当部位和工况下采用预应力结构对整体含钢量控制也非常有效。
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二、高层建筑中含钢量控制与优化策略
高层建筑设计过程中，含钢量控制是一个复杂而系统的工作，必须多角度、多方位、多因素考虑问题，从宏观到微观，从计算到构造，在确保安全的情况下把含钢量控制在合理的低位。
（一）确定合理的结构方案
设计初期应与建筑专业充分沟通，建筑尽量规则整齐，长宽比、高宽比、总高度、层高等尽量控制在规范规定的合理范围之内；减少伸缩缝的设置，尽量避免转换层或转换构件的使用，缝两侧均要设置竖向构件和基础，导致费用增加，规范对转换结构的配筋有非常明确的规定，配筋率从严。地下室层高、埋深、柱网、覆土厚度、抗浮水位、基础形式、底板和顶板、外墙厚度、有无人防等也需要多方案比较，做到经济合理。构件层面，合理设置墙、柱，确定梁跨、板跨和截面尺寸的大小，比如尽量不用短肢剪力墙、一字形剪力墙等构造配筋率较大的方案，剪力墙长度控制在1650mm即可。
（二）合理的荷载、作用取值
高层建筑除自重等恒载外，活荷载、风荷载、地震作用都是重要的外部作用，对结构配筋结果起决定性作用，外部作用直接影响结构自身效应，决定钢筋用量，所以外部作用的选取和设置必须合理。首先根据建筑设防类别、场地类别及地震设防烈度确定适宜的地震荷载和计算方法；内隔墙尽量选用轻质墙体，可以有效减轻自重，较少上部结构和基础的配筋；活荷载按照建筑功能和荷载规范要求取值，并按规范折减，不要刻意放大和减少；地下室顶板活载4.0KN/M2即可，局部景观堆载和消防车荷载应控制在一定范围内，而不是全部按最不利考虑；风荷载体型系数的选取尤为重要，复杂结构要专门论证或风洞试验确定，目的就是准确合理，控制造价。
（三）精确地建模和计算
在计算软件普及的今天，结构计算模型的确定直接决定工程的合理性和经济性。实际结构是一个很复杂的受力体系，现在计算手段不可能十分精确的按照实际情况进行分析，也是不必要的。必须去粗存精，抓住关键受力构件去代替实际结构。模型建好后结构计算参数和计算方法的选取至关重，比如周期折减系数要根据填充墙的实际分布情况来选择，盲目折减势必造成结构刚度过大，吸收的地震力增大，造成构件配筋增大；再如双向地震计算，程序是对抗侧力构件承载力的一种放大，结构配筋会加大。另外梁刚度、扭矩折减系数尽量低一些，梁端简化为刚域，两端配筋考虑受压钢筋作用，考虑活荷载的折减，楼板按塑性设计等等，对计算结果和配筋都有比较大的影响。
（四）采用高强度钢筋
我国工程实际应用的钢筋强度普遍低于发达国家，结构安全度也比国际水平低，国际上安全度是靠高强度材料的应用来实现的。目前国内不同强度等级的钢筋之间市场差价并不是很大，HRB400,HRB500 已经普遍运用于工程实践，性能良好的高强度预应力钢筋（钢丝、钢绞线）市场供应也非常稳定，结构设计中在适当工程和部位应用高强度钢筋，充分发挥材料的受力性能和延性，代替原低性能材料，能大幅降低钢筋用量，具有可观的经济效益和社会效益。
结束语：
在结构设计过程中加强含钢量的有效控制是一项系统工程，穿插在项目设计的整个过程中，结构设计人员要深刻理解规范的内涵和外延，抓住关键点，临界点，同时和建筑、设备等相关专业密切配合，并与业主全面沟通。另外，随着经济和技术的长足发展，我国建筑可靠度也在适当提高，含钢量不应再是控制建安成本的唯一标准，适度的含钢量可以保证建筑的安全耐久，死抠含钢量往往是工程隐患的伏笔，望大家慎重考虑和面对含钢量问题。
参考文献：
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[2]许雁.浅析高层住宅结构设计中的含钢量控制[J].城市建设理论研究(电子版)，2016（11）：25-26.
[3]李密玲.浅析高层住宅结构设计中的含钢量控制[J].低碳世界，2016（08）：58-59.
论文作者:邓贞永
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/27
标签：结构论文; 建筑论文; 荷载论文; 构件论文; 钢筋论文; 结构设计论文; 高度论文; 《基层建设》2018年第36期论文;