自己總結的影響高層建築的含鋼量的因素

2022-08-20 14:57:04 字數 5644 閱讀 6591

影響用鋼量的巨集觀因素:影響建築物結構用鋼量的巨集觀因素,首先是建築物的體型(平面長度尺寸及長寬比、豎向高寬比、立面形狀等),其次是柱網尺寸、層高以及主要抗側力構件所在位置等。

1平面長度尺寸:即結構單元是否超長,當建築物較長,而結構又不設永久縫時就成為超長建築。超長建築由於必須考慮混凝土的收縮應力和溫度應力,它相對於非超長建築主要對待的僅是荷載產生的應力,其單位面積用鋼量顯然要多些。

2平面長寬比:平面長寬比較大的建築物,不論其是否超長,由於兩主軸方向的動力特性(也即整體剛度)相差甚遠,在水平力(風力或**)作用下,兩向構件受力的不均勻性造成配筋不均。

3豎向高寬比:這主要針對高層建築而言,高寬比大的建築其結構整體穩定性肯定不如高寬比小的建築,為了保證結構的整體穩定並控制結構的側向位移,勢必要設定較剛強的抗側力構件來提高結構的側向剛度,這類構件的增多自然使得用鋼量增多勻,使得其單位面積用鋼量相對於平面長寬比接近的建築物要多。

4立面形狀:這是指豎向體型的規則性和均勻性,即外挑或內收程度以及豎向剛度有否突變等。如側向剛度從下到上逐漸均勻變化,則其用鋼量就較少,否則將增多,較典型的有豎向剛度突變的設轉換層的高層建築

5平面形狀:若平面較規則、凹凸少則用鋼量就少,反之則較多,每層面積相同或相近而外牆長度越大的建築,其用鋼量也就越多,平面形狀是否規則不僅決定了用鋼量的多少,而且還可衡量結構抗震效能的優劣,從這點上分析得知用鋼量節約的結構其抗震效能未必就低。

6柱網尺寸:包括柱網絕對尺寸及其疏密程度,它直接影響到樓蓋梁板的結構布置。一般而言,柱網大的樓蓋用鋼量較多,反之雖則較少,但同時因柱數增多而使柱構件用鋼量增加,其中柱端及梁柱節點區內加密箍筋的增加量幾乎佔全部增加量的50%。

柱網尺寸較均勻一致不僅使結構(包括柱和梁)受力合理,而且其用鋼量要比柱網疏密不一的要節省,這點似乎不難理解。

7層高:對於高層建築而言,層高與用鋼量之間很難確定某種關係,換言之不能肯定層高對用鋼量的影響究竟有多大。就柱的箍筋而言,總高度相同的建築物,層高較小即層數較多,其配筋量反而較多,但按單位面積攤銷後其用鋼量可能反而更少。

至於跨層柱,由於其受力的複雜性以及截面較大,用鋼量一般比正常層高的柱要多。

8抗側力構件位置:剛度中心與質量中心相重合或靠近,或者抗側力構件所在位置能產生較大的抗扭剛度,結構的抗扭效應小,因而結構整體用鋼量就少,反之則多。

影響用鋼量的微觀因素影響建築物結構用鋼量的微觀因素主要體現在結構工程師對結構設計的具體操作上,首先是結構布置,其次是構件的配筋構造。

1豎向構件布置:有關柱網大小和疏密,基本上在建築方案階段已經確定,抗震牆的合理數量及合適位置一般也在結構工種介入方案設計過程中得到確定。結構設計的具體操作就是合理地確定牆柱截面, 牆柱一般是壓彎構件,其配筋量在多數情況下至少是多數部位都採用構造配筋,因此在其混凝土強度等級合理取值且滿足軸壓比要求的前提下,牆柱截面不宜過大,否則用鋼量將隨其截面增大而增加。

住宅建築的框架或框架—剪力牆結構,有時為了在室內不露柱角而將柱外露,且為了立面的需要又使柱截面上下一致,這種設計方法對於小高層(+- 層以下)住宅是可以接受的,倘若層數再多些,則採用該法肯定會增加用鋼量。即使從結構受力角度看,這種設計方法也是不宜提倡的,因樓層荷載在柱位處會產生較大偏心,尤其是角柱。柱截面種類不宜太多是設計中的乙個原則,在柱網疏密不均的建築中,某根柱或為數不多的若干根柱由於軸力大而需較大截面,而建築考慮便於裝修則希望柱截面相同,此時如將所有柱截面放大以求其統一,勢必增加用鋼量。

合理經濟的做法應是對個別柱位的配筋採用加芯柱,加大配箍率甚至加大主筋配筋率或配以勁性鋼筋以提高其軸壓比,從而達到控制其截面尺寸的目的。這裡運用的是個別處理總比大面積增加用鋼量更科學經濟的道理和做法

2利用豎向交通井道而形成的剪力牆筒體,其外圍牆體對結構剛度的貢獻最大,而內部牆體則貢獻甚微。在滿足結構整體剛度的前提下,筒體內部的剪力牆不宜過多過厚和過於零碎,否則會增加該部位牆體用鋼量且對結構無大作用。從施工角度看,剪力牆形成的筒體越是完整劃一,施工就越方便。

從受力角度看,筒體內部隔牆若設梁支承於筒體外圍牆上,從而增大外圍牆的軸力避免受拉對其受力反而有利,尤其是內筒的角部處。

3如果是高層建築,牆柱截面還有乙個收級問題。從節省用鋼量的角度出發,牆柱截面應盡量小,只要符合50mm模數,幾乎可以每層都收級,但從結構整體特別是從施工角度考慮,一幢高層建築的牆柱截面變化過於頻繁、截面種類過多卻不科學,這種只看區域性不顧整體、因小失大的做法是不妥當的。正因如此,一幢高100公尺的高層建築,其柱截面變化在正常情況下應為3-4次即每5-8層變化一次,表面上雖然有悖於節省用鋼量的基本原則,但從混凝土結構的施工效益來看,卻是必要和合理的

4水平構件布置:通常指的是樓層梁板構件, 其布置原則首先是受力傳力合理,其次是使用效果(包括視覺效果)良好,最後才是用鋼量的節省,設計中不能本末倒置。對於公共建築的樓層,如結構單元兩向主軸尺寸相近,則以兩向井字次梁布置;如兩向主軸尺寸相差甚大,則區分主、次框架,以典型的交梁樓蓋布置,其中板跨控制在約3公尺左右,板厚取100mm,對於住宅建築,在3-4.

5公尺正常開間情況下,樓板厚度為100-120mm,應盡量增大板跨,而沒必要也不應凡遇隔牆就設梁。當採用高強鋼筋時,應使板的配筋由內力控制而非按構造配筋,否則將得不償失。當板跨小、布梁多時肯定用鋼量會增多,而且可能使樓面荷載多次傳遞,造成受力不合理

5以樁為基礎的地下室底板,採用梁板結構要比採用平板式結構更可節省用鋼量,本文所指的「梁板結構」僅指柱網為整間大板的結構,如果柱網中新增了次梁,則不僅使施工更為複雜,而且還會增加用鋼量,這一點已在大量工程中得到驗證。以豎向交通井道形成的筒體,採用樁基礎一般都形成多樁承臺。布樁時應使樁處於牆體下,這時承臺避免受剪甚至能抗彎,其厚度可較小,採用構造配筋率配筋則其配筋量就較少。

但大多情況下,布樁無法都設在牆體下,而使承臺受剪受沖切,為了滿足其受剪受沖切,設計中應從加大承臺厚度或提高承臺混凝土強度等級著手,而不宜採用增加配筋來滿足其抗剪或抗衝切要求,否則將使用鋼量大增。此外,由承臺混凝土來滿足抗剪抗衝切後,承臺的配筋就可採用低配筋率而不應也沒必要提高配筋率。

6當前流行的豪宅大面積客廳,其空間面積達40--60平方公尺,甚至更大,如此板塊採用普通混凝土平板,即使施加了預應力,其用鋼量都會較多,其主要原因是板的跨度和自重均較大。大跨度由使用功能決定而無法改變,要節省用鋼量,只能往「自重」上考慮,即改變樓板的結構形式。採用先進技術的現澆雙向空心樓板、加輕質填充塊的雙向密肋樓板,都是可以考慮的徒徑。

構件的配筋構造:由於設計規範中有明確具體的規定,故設計中通常都不應違反,但在符合規範規定的前提下,仍有不少設計技巧能達到節省用鋼量的目的。

1 柱:設計中應通過混凝土強度等級的合理確定來控制其截面尺寸和軸壓比,使絕大部分柱段都是構造配筋而非內力控制配筋,此時柱主筋就可以按規定的最小配筋率或比其略高的配筋率選擇主筋規格;至於柱箍筋的體積配筋率,由公式可以看出,採用高強度鋼筋比低強度鋼筋更可節省用鋼量。結構頂層邊柱尤其是抽掉中柱的大跨度邊柱,往往是大偏心受壓,其主筋配筋量由內力控制且都較大,為了降低配筋率來節省用鋼量,通常採用改變柱豎向形狀的方法,如加腋。

如改變後仍難以承受其所承擔的彎矩,有時乾脆可將梁柱頂節點設計成簡支,柱中心受壓或小偏心受壓,此時的邊柱也不必改變豎向形狀且截面可較小。對於多層地下室中負6 層以下的柱段,由於其抗震等級的降低可使軸壓比提高,故節省用鋼量的途徑有以下幾種,包括:柱截面可與負6 層保持一致而不需加大;非抗震結構的中柱節點區由於有四向梁與之連線,其箍筋可僅沿節點周邊設定矩形箍而不需設定復合箍筋;多層及高層住宅建築通常由於層高不大,柱主筋完全可以每兩層連線一次,既減少了豎向鋼筋的接頭數量,又節約了鋼筋。

2 梁:配筋大多由內力控制,但仍有小部分由最小配筋(箍)率控制。從梁主筋最小配筋率及梁箍筋配箍率公式中可以看出,要使梁的用鋼量不太高,一是混凝土強度等級不宜過高,二是採用高強度鋼筋,前者不僅可降低最小配筋(箍)率,更重要的是有利於作為受彎構件的梁的抗裂效能。

對截面寬度較小的梁,當配筋量較大時往往需要放2--3 排鋼筋,無疑將減小梁的有效高度,因此當不影響使用或建築空間觀感時,梁寬宜略為放大,盡量布置成單排主筋,尤其是梁截面高度不太大時,以達到節省鋼筋的目的。跨度較大的懸臂梁,不論其承受的是均布荷載還是樑端集中荷載,其彎矩內力都是急劇下降的,因此當麵筋較多時,除角筋需伸至樑端外,其餘尤其是2排鋼筋均可在跨中切斷,既節省鋼筋又方便施工, 是一種確實可行的方法。梁承受集中荷載處要配置附加橫向鋼筋(加密箍筋及吊筋)。

正常結構布置的樓層梁,每一處集中荷載一般都不太大,較大者也僅為,(()3((8$。在通常情況下,僅在樑側配置加密箍筋已經足夠,若再加配吊筋則已能承受更大的集中荷載。但設計中盲目加大吊筋直徑,既沒必要又會造成鋼材的浪費。

3樓板:前面已提及現澆混凝土樓板的厚度通常在100 以上,在此條件下宜將板跨增大,使其配筋為內力控制而非構造配筋,按此結果樓板配筋只有採用高強鋼筋才能達到節省用鋼量的目的。對於大跨度雙向板,由於板底不同位置的內力存在差異,設計中不宜以最大內力處的配筋貫通整跨和整寬。

為了節省用鋼量,一般應分板帶配筋, 其次當板底筋間距為100或150時,不需將每根鋼筋都伸入支座,其中約半數鋼筋可在支座前切斷。當板麵需要採用貫通麵筋時,貫通筋的配筋通常不需也不宜超過規定的最小配筋率, 支座不足夠時再配以短筋,這樣既符合規範規定又可節省用鋼量。

4抗震牆:分為加強部位和非加強部位兩類, 前者必須按約束邊緣構件配筋,後者則按構造邊緣構件配筋。不管是節點區還是其餘牆段,前者的配筋量均遠大於後者,因此在結構設計中嚴格區分抗震牆的加強部位和非加強部位,對鋼筋用量而言是具有很大意義的,而隨意擴大抗震牆的加強部位肯定會增加用鋼量。

抗震牆如能合理地布置、截面合理取值,其配筋多半不是內力控制配筋而是構造配筋,這樣其節點區主筋、箍筋以及牆段的水平分布筋的配筋率都可按規範規定的最小配筋率配置。即使因建築物的重要性等級較高而需要提高其配筋率,也應控制在較小的幅度內,否則將大幅增加用鋼量。需要指出的是,抗震牆約束邊緣構件中的箍筋配筋量也與鋼筋的抗拉強度有關,因此為使其配箍直徑不過大、箍筋肢距不過密,使其配箍量不太高,宜採用高強鋼筋。

抗震牆中的牆段豎向分布筋通常都不是由內力控制,其作用主要是固定水平分布筋,防止牆面出現水平收縮裂縫,故其間距通常取200,,,最小直徑8,僅需滿足最小配筋率,不必隨意提高其配筋量

影響用鋼量的其它因素結構用鋼量的多少還與建築物抗震等級有關, 相同的建築物,設計8度抗震的肯定比7度抗震的用7度鋼量多,這是不言而喻的,因此比較用鋼量時應在相等或相近的條件下進行,否則將無法得出準確答案。即使抗震烈度相同,相同型別的建築物所處的場地情況和基礎型式不同,其用鋼量也有相當大的差別。當場地地質條件較好時,其基礎用鋼量就很少,相反則較多,這「多」與「少」的差別有時為十幾或幾十個百分點,有時則可能是數倍。

建築物能採用天然地基基礎而不必採用樁基礎,從技術角度衡量是先進的,但從材料耗用量特別是用鋼量方面,有時採用樁基礎反而更經濟,對這一點許多有經驗的結構工程師都有切身體會。因此,在比較建築物單位面積用鋼量時,必須將地下結構與地上結構分別計算,否則將得不出實質性的結論。

控制層高在滿足建築功能的前提下,適當降低層高,會使工程造價降低。有資料表明:層高每下降10厘公尺,工程造價降低1%左右,牆體材料可節約10%左右。

採用"隔震"技術 "隔震"在多層中可採用,其主導思想是將建築物的基礎與主體之間用一種特殊的橡膠墊即所謂的"隔震墊"隔開,使基礎和主體之間的剛性連線變成柔性鏈結。這樣一旦發生**,可大大減輕**力對上部主體結構的影響。因此,整個結構受力構件的配筋及截面尺寸都可以減小,從而降低工程造價。

現行規範規定,構件最小配筋率與混凝土強度和鋼筋強度有關。對於構造鋼筋而言,選用hrb400級鋼筋可大大降低最小配筋率,尤其在樓板配筋中體現的更加充分。對於剪力牆、柱、粱等構件選用hrb400級鋼筋,可以充分利用其高強度,可以大大降低鋼筋耗鋼量,對鋼筋加工、綁紮、施工週期都有很大的益處。

推廣使用hrb400級鋼筋並不是浪費,而是充分利用鋼筋的高強度,降低鋼筋含量,節省成本的一種舉措。現在甲方結合以往建築經驗,在設計合同簽訂時,一般提出耗鋼量的限值要求,也是考慮建築成本的經濟性,建議各位結構設計時在進行結構設計時多採用hrb400鋼筋,可大大降低結構的含鋼量。

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