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摘要：随着社会的不断发展，大型的住宅小区日益增多。在设计单位承接小区设计任务的同时，大多数开发商都会要求控制建筑物的“含钢量”。这也成为每个结构设计人员在做结构设计之前所要考虑的问题：如何在满足国家规范的前提下，尽量节约钢筋的用量。
关键词：高烈度地区框架住宅建筑；含钢量
一、关于“含钢量”及其影响的因素
通常的理解，“含钢量”是指单位建筑面积的钢筋用量。“含钢量”一词是近年来由于国家新的建筑抗震设计规范出台以后才慢慢提出，并日渐成为热门话题，尤其为开发商所热衷，普遍结论是按新规范设计总的结构用钢量至少增加15%左右，当然对于高烈度地区而言就更高了。开发商热衷的原因是在同样的地方建同样的房屋所投入的成本要更高，所以开发商要求控制“含钢量”以求获得更大的投资回报。其实影响“含钢量”的因素是很多的：户型，柱距，层数，层高，地质条件，基础形式，抗震烈度，抗震等级，平面和竖向是否规则，是否带地下室及地下室层数等因素都会影响建筑物的“含钢量”。以下数据为我们对所设计的住宅小区做的技术指标，可供设计人员参考，对抗震设防8度，设计基本加速度0.3g地区，II类场地土框架结构为每平方米60-70公斤，框剪结构为每平方米65-75公斤，剪力墙结构为每平方米70-80公斤。
二、合理选用计算参数控制“含钢量”
1、关于周期折减系数的取值
由于框架结构布置有填充墙，在早期弹性阶段会有很大的刚度，因此会吸收很大的地震力，当地震力进一步加大时，填充墙首先破坏，结构刚度大大减弱。而在SATWE计算中，只计算了梁、柱等构件的刚度，并按此刚度求得结构自振周期，因此结构实际刚度远大于计算刚度。实际周期比计算周期小。若以计算周期按规定方法计算地震力，地震力会偏小，使结构分析偏于不安全，故对周期进行折减放大地震力使很有必要的，对于周期折减系数，仅《高层建筑混凝土结构技术规程》4.3.17条提出，对于框架结构，填充墙为实心砖墙时为0.6-0.7。此系数的取值对计算结果影响较大，尤其对于抗震烈度较高的地区。周期折减系数的取值视填充墙的刚度及多少而定，因此应尽量建议开发商选用轻质墙体作为填充墙，以提高周期折减系数而达到控制“含钢量”的目的。
2、对于带地下室建筑各计算参数的合理选用
对于带地下室的建筑，我们首先应对上下部结构共同建模，协同计算，使整体结构具有相同的位移。上下协调变形，传力合理，尤其对竖向的协调变形具有显著的优点，如柱墙轴压比的连续性等。下面再谈谈嵌固端与地下室的关系，嵌固端是指对该点的各项位移进行完全约束，使之不能发生任何移动。实际的结构不具备这样的点，只有相对不动点，所以嵌固也是相对的。依据抗震规范6.1.14条，对地下室的刚度做了明确要求（侧向刚度、梁、板、柱配筋的放大等）。希望在地震作用下，结构的塑性铰出现在嵌固端，这只是一种预期的假设。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于实际工程地下室刚度有较大的不确定性，并不能完全保证塑性铰一定出现在±0.000处，因此应考虑上下部结构的共同作用，如地下室侧向刚度不满足规范要求，此时宜将结构嵌固端设在基础顶面。当按上下部共同分析的计算模型时，宜考虑地下室的侧向约束，如不考虑侧向约束，刚度估计偏柔，有时位移处在临界状态时，往往对侧向约束程度较为敏感，输入基础回填土对结构约束的相对刚度，即输入基础回填土对结构约束刚度与地下室抗侧刚度的比值时，影响该参数的因素很多，目前并无充分的资料可供参考，只能凭工程经验给出这个参数的具体数值，其SATWE内定该参数为3，其含义是回填土的约束取3倍的地下室刚度，有时地下室的刚度本身已经很大，再将其放大3倍作为土的侧向约束，则对土的约束估计偏大而使结构偏于不安全，故应根据工程的实际情况及工程经验慎重考虑该参数，考虑基础回填土对结构的约束刚度可降低地下室及一二层的梁柱配筋，从而使结构配筋更趋于合理化，但对于半地下室、单边有回填土的地下室及地下室刚度很大土约束不住的情况，不应考虑基础回填土对结构的约束。
3、控制结构的长宽尺寸降低“含钢量”
依据抗震规范5.2.3条及高规4.3.3条之规定，计算地震作用时，应考虑偶然偏心的影响，附加偏心距取地震作用方向垂直的建筑物边长的5%，即X方向±5%，Y方向±5%，因此当建筑物X方向和Y方向尺寸较大时，考虑偶然偏心计算地震力时梁柱配筋量较大，尤其对山墙及其过来两跨配筋量更大，甚至引起部分梁柱超筋。因此控制建筑物的长度及宽度会减小偶然偏心带来的不利影响，对于结构最终的钢筋用量也会起到明显的作用。
三、采取构造措施降低“含钢量”
1、现浇板
从混凝土规范对板类构件的最小配筋率规定可知，配筋率随混凝土强度等级的提高而增大，随钢筋强度等级的提高而降低，故现浇板的混凝土强度等级不宜超过C40，一般为C30-C35。过高的混凝土强度等级，会使楼板因温度变化和混凝土收缩而引起裂缝，此外，当板内构件的配筋为最小配筋率时，会使板配筋量增加，不合理也不经济，特别是采用HPB300级钢筋时更为明显。关于钢筋的选用，衡量其经济性的不是钢筋的实际价格，而是它的强度价格比，即每元钱可购得的单位钢筋的强度。强度价格比高的钢筋经济性好，可以减小配筋率，从而减少配筋量，方便施工，而且还可以减小钢筋在加工，运输和施工等方面的各项附加费用。因此板类构件的受力钢筋，不宜采用HPB300级钢筋，宜选用HRB335级钢筋或HRB400级钢筋，这两种钢筋除强度高外，延性及锚固性能也很好，不必像HPB300级钢筋锚固时末端还要加弯钩。但用于大跨度板应保证正常使用状态下最大裂缝宽度及挠度的规范要求。
2、框架梁
依据高规6.3.1条之规定，框架结构的主梁截面高度可按1/10-1/18的主梁计算跨度取值，对于高烈度地区而言，一-三层由于地震力影响可能配筋量较大，截面太小会引起梁超筋现象发生，对于四层及以上可以降低梁截面高度，梁截面高度一旦降低，梁吸收的地震力减小，从而达到降低配筋量的目的，同时对于四层以上梁端负筋不大的框架梁，尽量采用直径较小的钢筋作为通筋，不过要满足梁两端和底面纵向配筋中较大截面面积1/4的规范要求。设计时不应随意加大框架梁的配筋，出现“强梁弱柱”的现象。采取以上措施对于节约钢筋用量也会产生很好的效果。
3、框架柱
依据高规6.4.3条之规定，框架柱配筋应尽量选用HRB400级钢筋，可以减小配筋率，其全部纵向受力钢筋最小配筋率可减小0.05。在竖向荷载作用下，通常考虑框架梁端塑性变形内力重分布对梁端负弯矩进行调幅，当采用HRB335级钢筋时，个别部位配筋量较大，使得梁柱节点位置钢筋纵横交错，混凝土无法浇筑密实，梁柱节点并非形成理想状态下的刚性节点，此时再进行调幅，反而使结构趋于不安全。合理设计梁柱节点钢筋，使其成为刚性节点，保证框架体系受力是很有必要的。
总而言之，只有在满足国家现行规范的前提下，注重概念设计，采取计算与构造措施相结合的方法，节约钢筋用量。这样才能既满足开发商对建筑物“含钢量”的要求，又使设计单位的图纸满足国家规范、规程的相关要求。
参考文献：
[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010.
[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010.
[3]《混凝土结构设计规范》GB50010-2010.
[4]《建筑抗震设计规程》DB62/T25-3055-2011甘肃省地方标准.
论文作者:李明
论文发表刊物:《防护工程》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/19
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