【摘要】某高層住宅項目，由于建設(shè)方對含鋼量的控制很嚴(yán)格，故選取其中一個具有代表性的樓棟從結(jié)構(gòu)布置、荷載選取、模型計算參數(shù)等方面對結(jié)構(gòu)含鋼量的影響進行分析與對比，得到含鋼量變化的主要規(guī)律。

【關(guān)鍵詞】高層剪力墻住宅結(jié)構(gòu)； 結(jié)構(gòu)布置； 荷載選?。?模型計算參數(shù)； 含鋼量

【中圖分類號】TU318.2【文獻標(biāo)志碼】A

［定稿日期］2023-03-05

［作者簡介］趙純陽（1992—），男，本科，國家一級注冊結(jié)構(gòu)工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

0 引言

近來，隨著土地供應(yīng)減小，人力以及水泥、鋼筋等材料價格不斷上漲，疊加新冠疫情對經(jīng)濟的影響，房地產(chǎn)企業(yè)的利潤空間被大幅壓低，在如此嚴(yán)峻的行業(yè)形勢下，房企把控制成本作為與設(shè)計單位合作的主要條件之一，并在與設(shè)計院的合同條款中明確規(guī)定單位建筑面積含鋼量。

本文通過對漢中市勉縣某高層住宅項目進行研究，著重從結(jié)構(gòu)布置、荷載選取、模型計算參數(shù)等方面對結(jié)構(gòu)含鋼量的影響進行分析，得到一般規(guī)律，可為建設(shè)方及結(jié)構(gòu)設(shè)計人員提供參考依據(jù)。

1 項目概況

漢中市勉縣某高層住宅項目規(guī)劃總建筑面積612 180.24 m2，其中住宅建筑面積402 252.96 m2，其余是商業(yè)建筑、辦公建筑、配套用房。現(xiàn)取其中一棟具有代表性的住宅樓進行分析，本工程建筑為地上11層，無地下室，高度33.3 m，采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)安全等級為二級，設(shè)計基準(zhǔn)期和設(shè)計使用年限為50年?？拐鹪O(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度為0.10g，設(shè)計分組為第二組，場地類別為Ⅱ類，場地特征周期為0.40 s，基本風(fēng)壓為0.3 kN/m2，地面粗糙度類別為B類，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級。采用YJK4.0進行結(jié)構(gòu)計算。

2 結(jié)構(gòu)布置對含鋼量的影響

為了研究不同結(jié)構(gòu)布置對含鋼量的影響，布置了2種方案，圖1為方案一，圖2為方案二。圖2中橢圓形框選的剪力墻和柱子是在圖1結(jié)構(gòu)布置的基礎(chǔ)上新增的，在保證荷載和參數(shù)完全一樣的情況下，計算結(jié)果詳見表1。由表1可知，通過增設(shè)剪力墻和柱子，結(jié)構(gòu)整體含鋼量降低了4.02%，雖然其中剪力墻和柱子的含鋼量略有增加，但梁的含鋼量減少更多，故整體含鋼量依然是減小的。由此可知，合理地進行結(jié)構(gòu)布置，讓荷載的傳遞更直接是有助于降低整體結(jié)構(gòu)含鋼量的。

3 荷載對含鋼量的影響

減小結(jié)構(gòu)荷載不僅減小了結(jié)構(gòu)在豎向荷載下的效應(yīng)，

根據(jù)GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》［1］5.2.3易知，同時還減小了結(jié)構(gòu)在水平荷載下的效應(yīng)，從而可以降低結(jié)構(gòu)含鋼量。

3.1 樓板恒荷載

方案二：住宅戶內(nèi)外公共區(qū)域、客餐廳取值為2 kN/m2；臥室、書房、管井、機房等取值為1.5 kN/m2；廚房、陽臺取值為1.5 kN/m2；同層排水衛(wèi)生間（結(jié)構(gòu)降板350）取值為7.5 kN/m2；上人保溫屋面（找坡長度12 m）取值為5.1 kN/m2。以上荷載取值是經(jīng)過合并，并且進行適當(dāng)放大后的荷載，而實際上的荷載應(yīng)該根據(jù)建筑的實際做法進行計算后取值。比如對于客餐廳而言，建筑的實際做法是12 mm厚地磚+20 mm厚水泥砂漿找平層+20 mm厚水泥砂漿找平拉毛+10 mm厚板底抹灰或吊頂，對應(yīng)的荷載就是0.012×20+0.02×20×2+0.01×20=1.24 kN/m2，荷載少了38%。

方案三（荷載為按建筑實際面層做法計算出來的荷載）：住宅戶內(nèi)外公共區(qū)域、客餐廳取值為1.24 kN/m2；臥室、書房、管井、機房等取值為1.2 kN/m2；廚房、陽臺取值為1.26 kN/m2；同層排水衛(wèi)生間（結(jié)構(gòu)降板350）取值為5.46 kN/m2；上人保溫屋面（采用結(jié)構(gòu)找坡）取值為2.44 kN/m2。

3.2 梁上恒荷載

方案二：根據(jù)建筑實際采用的內(nèi)外墻做法，計算出墻的面荷載，層高扣除一個具有普遍代表性的梁高，兩者相乘得到梁上線荷載，遇到有門窗洞口的地方，再乘以折減系數(shù)0.8。這種方法建模簡單快捷，但是荷載相對保守，經(jīng)濟性差。

方案三：完全根據(jù)建筑的實際做法計算線荷載，這種方法荷載準(zhǔn)確、經(jīng)濟性好，但操作起來較繁瑣。

3.3 方案二與方案三對比

表2為方案二與方案三的對比，從表中可以看出通過降低荷載，結(jié)構(gòu)整體含鋼量降低了7.02%，其中除了柱子以外，梁板墻的含鋼量均有所減小。由此可知，降低結(jié)構(gòu)的荷載確實是降低結(jié)構(gòu)含鋼量的有效手段。

需要注意的是，結(jié)構(gòu)工程師不能為了迎合建設(shè)方而進行無底線的降低。如陽臺荷載，建筑做法是欄桿，如果結(jié)構(gòu)工程師僅僅按欄桿考慮梁上線荷載，那荷載確實很小，含鋼量確實很低。但是考慮到很多業(yè)主入住后可能會對陽臺進行封閉，故此時梁上線荷載應(yīng)考慮到此種情況。況且，陽臺一般采用的是懸挑梁出挑，荷載偏小對懸挑梁來說也是不安全的。

4 模型計算參數(shù)對含鋼量的影響

參數(shù)設(shè)置對含鋼量的影響同樣是不容忽略的，同樣的結(jié)構(gòu)布置、同樣的荷載作用下，參數(shù)的不同也將影響含鋼量。

4.1 地震內(nèi)力按全樓彈性板6計算

在對恒活風(fēng)等荷載工況計算時，對樓板習(xí)慣于按照剛性板、彈性膜的模型計算，這種模型不考慮樓板的抗彎承載能力，由梁承擔(dān)全部荷載內(nèi)力，此時的樓板成為一種承載力的安全儲備。但是從抗震設(shè)計強柱弱梁的要求考慮，常造成梁的配筋過大。如果計算時考慮按全樓彈性板6計算，這樣地震計算時讓樓板和梁共同抵抗地震作用，可以大幅度降低地震作用下梁的支座彎矩，從而可明顯降低梁的支座部分的用鋼量。

4.2 柱剪跨比按通用方法計算

根據(jù)GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》［1］6.3.9.3，剪跨比不大于2的柱體積配箍率不應(yīng)小于1.2%。而軟件對于剪跨比一般有兩種算法：一種是通用方法，即按M/Vh0方法計算；另一種是簡化方法，即按Hn/2h0方法計算。很多時候，按簡化方法計算出來是短柱，如果按通用方法就不是短柱。故此時若采用通用方法計算，是可以降低一部分柱子箍筋的用鋼量的。

4.3 樓板活荷載輸入房間屬性考慮活荷載折減

根據(jù)GB 55001-2021《工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》［1］4.2.5.1知，當(dāng)建筑物屬于第1（1）項的類別時，計算墻柱基礎(chǔ)時，活荷載可以按樓層進行折減。折減后，活荷載降會降低，從而可以降低整體結(jié)構(gòu)的含鋼量。

4.4 矩形混凝土梁按考慮樓板翼緣的T形梁配筋

根據(jù)GB 50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》［3］5.2.4條規(guī)定：“對現(xiàn)澆樓蓋和裝配整體式樓蓋，宜考慮樓板作為翼緣對梁剛度和承載力的影響?！?當(dāng)考慮該項時，軟件在承載力設(shè)計時，將考慮每側(cè)寬度不大于板厚3倍范圍內(nèi)的板翼緣貢獻，按考慮翼緣后T形截面進行配筋設(shè)計，由于考慮了樓板的作用，這將降低梁的含鋼量。

4.5 與剪力墻面外相連的梁不按框架梁設(shè)計

與剪力墻面外相連的梁，由于錨固長度的原因，梁端通常會點鉸接，如果不勾選按非框架梁設(shè)計，會導(dǎo)致計算假定與實際情況不符且非框架梁按框架梁進行設(shè)計構(gòu)造，將增加梁的含鋼量。

4.6 面外梁下生成暗柱邊緣構(gòu)件（鉸接梁不生成）

與剪力墻面外相連并點鉸的梁的位置，施工圖可以不生成暗柱，進而降低剪力墻的含鋼量。

4.7 現(xiàn)澆樓板自重扣除與梁墻重疊部分

扣除重疊部分，可以減輕結(jié)構(gòu)自重，進而降低整體結(jié)構(gòu)含鋼量。

4.8 梁端配筋內(nèi)力取值位置為支座邊

梁端配筋時，可以考慮支撐梁的柱寬度的影響。由于梁端彎矩從柱中心向柱邊跌幅很大，因此考慮柱寬影響可以減少梁端的計算配筋，進而降低梁的含鋼量。

4.9 梁底筋盡可能多截斷、面筋采用小直徑通長

梁底筋多截斷可以減小底筋鋼筋用量，當(dāng)梁跨度較大時面筋采用小直徑通長可以降低面筋用量，進而降低梁含鋼量。

4.10 約束邊緣構(gòu)件考慮墻水平分布筋

JGJ 3-2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》［4］7.2.15明確提出約束邊緣構(gòu)件可以考慮墻水平分布筋，并提出了計入的水平分布筋配箍率不應(yīng)大于總體配箍率的30%，軟件考慮這項出圖可以降低剪力墻的含鋼量。

4.11 周期折減系數(shù)根據(jù)建筑墻體實際情況盡量偏向規(guī)范允許的最大值取值

結(jié)構(gòu)周期越大，結(jié)構(gòu)剛度越小，相應(yīng)的地震作用越小，進而可以降低結(jié)構(gòu)整體含鋼量。

4.12 錯層樓板按固端計算、樓板采用塑性算法

對于錯層處的樓板，如果錨固長度能滿足充分利用鋼筋抗拉強度的要求，可以設(shè)置為按固端考慮，且樓板可以設(shè)置為采用塑性算法，這樣可以充分利用板的承載能力，大幅度降低樓板含鋼量。

4.13 方案三與方案四的比較

在方案三的基礎(chǔ)上，調(diào)整上述所有參數(shù)，得到方案四。表3為方案三與方案四的比較，從表3中可以看出整體含鋼量降低了7.89%，除了柱子以外，梁板墻的含鋼量均有所減小?？梢钥闯?，通過調(diào)整計算參數(shù)，也可以大幅度降低含鋼量。

5 結(jié)束語

在實際工程中，影響含鋼量的因素很多，上述僅僅是其中一小部分。只有不斷地加強自身對規(guī)范及軟件參數(shù)的理解，才能做出安全、經(jīng)濟、合理的建筑結(jié)構(gòu)。

參考文獻

［1］ 建筑抗震設(shè)計規(guī)范： GB 50011-2010［S］.2016年版.北京：中國建筑工業(yè)出版社.

［2］ 工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范： GB 55001-2021［S］.2021年版.北京：中國建筑工業(yè)出版社.

［3］ 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范： GB 50010-2010［S］.2015年版.北京：中國建筑工業(yè)出版社.

［4］ 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程： JGJ3-2010［S］.2010年版.北京：中國建筑工業(yè)出版社.