影響含鋼量的因素及對策

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一、影響含鋼量的因素

1、自然條件
   建筑場地土質差，淺層土承載力低，持力層埋深大時，需要采用樁基礎或很厚的鋼筋混凝土筏板,含鋼量較大。作用在建筑結構上的外力，主要有地震作用和風荷載，處在抗震設防烈度高或者風壓大的地區(qū),含鋼量高，反之則低。在氣候惡劣、溫差變化劇烈的地區(qū)，為抵抗溫度應力，增加抗拉性能優(yōu)良的鋼筋的配置。這是含鋼量的地區(qū)和環(huán)境四環(huán)素。

2、政策規(guī)范

短缺經(jīng)濟時代，政策取向和規(guī)范標準都傾向于節(jié)約。設計規(guī)范的低標準、低安全度和某些荷載標準值的過低取值是特定歷史條件下的產物，我國混凝土結構設計規(guī)范對各類構件中受拉和受壓縱向鋼筋最小配筋率的規(guī)定，最早引自原蘇聯(lián)規(guī)范，取值偏低。1997 年11 月建設部發(fā)布的《中國建筑技術政策(1996～2010 年)中，明確提出發(fā)展建筑鋼材、建筑鋼結構和建筑鋼結構施工工藝的具體要求，使中國長期以來實行的“節(jié)約鋼材”政策轉變?yōu)?ldquo;合理用鋼”政策。新的混凝土結構設計規(guī)范為了增強延性和防倒塌能力，主要還得靠合理加大構造用鋼量來實現(xiàn)。2002和2010版的混凝土設計規(guī)范，對非抗震結構中受彎、偏心受拉和軸心受拉構件中的受拉縱向鋼筋最小配筋率改用特征值表達式和下限值相結合的取值方案，使其取值水準適度提高；通過對抗震框架梁受拉縱向鋼筋最小配筋率增加特征值表達式，適度提高了其在混凝土強度等級偏高情況下的取值；適度提高了非抗震受壓構件和抗震框架柱的縱向鋼筋最小配筋率取值；新增了基礎底板最小配筋率的取值規(guī)定。新的混凝土結構設計規(guī)范基于以上理由，對建筑結構的含鋼量要求，較之上世紀的規(guī)范有明顯的提高，設計試算表明，提高幅度約為5%～15 %。這是含鋼量的政策規(guī)范因素。

3、開發(fā)成本的考量

有些開發(fā)商患有含鋼量恐懼癥和對鋼筋指標的過敏，往往先不看造價指標而看鋼筋指標，甚至于把鋼筋指標多少衡量設計、審價質量的一個最重要要素。每1平方建筑面積增加 1公斤鋼筋，每平方建筑成本增加不到5元（以鋼筋價格每噸4000元核算），其實也不算多，相對于動輒幾萬元一平米的房價，幾乎可以忽略不計，但開發(fā)商不是這樣想的，他們認為如果每平方能省下30公斤，建筑成本每平方可以節(jié)約150元，這相當于整個建筑的安裝專業(yè)成本。如果開發(fā)一個30萬平方的小區(qū)，可以節(jié)省4500萬，這是一筆可觀的費用。而開發(fā)商又聽不良設計師忽悠，結構設計有很大的優(yōu)化空間，每平方省30公斤鋼筋是完全可以實現(xiàn)的，云云,于是乎，開發(fā)商競相以含鋼量低作為選擇設計公司的首要考量條件。至于，設計標準高不高，安全度高不高，設計合不合理,都不在他們考慮范圍，購房者也看不到，只要房子不倒掉就行。這是含鋼量的開發(fā)商因素。

4、設計參數(shù)

建筑設計對含鋼量影響最大的一個方面是建筑物的規(guī)則性，具體體現(xiàn)在開間、進深、層高、平面形狀的凹凸、豎向立面的縮進、懸挑等等。如果是平立面復雜多變，造型怪異的建筑，其含鋼量必然很大，這也是一般公共建筑(劇院、體育館等) 比同等面積的住宅辦公樓含鋼量大一兩倍的原因。此外，對于工業(yè)廠房，影響含鋼量的設計參數(shù)，則是廠房的跨度、高度、柱距、吊車噸位和樓面荷載(對多層廠房而言) 。結構體系的選擇直接左右著含鋼量的大小。要想降低含鋼量，必須多方案比較。如美國紐約102 層的帝國大廈采用的是框架2剪力墻體系，用鋼量206kg/m2 ；而芝加哥110 層的西爾斯大廈，采用束筒體系，用鋼量僅161 kg/m2，比帝國大廈降低了20%。在結構設計中，結構方案選擇不合理造成的浪費，往往比配筋計算的不精確造成的浪費大得多。這是含鋼量的設計因素

5、施工變更

由于施工變更是在現(xiàn)場提出的，要求盡快實施，沒有時間反復計算比較，設計人員憑經(jīng)驗做出答復, 這些變更一般偏于保守。另一種常見的情況是因為采購不到設計所要求品種規(guī)格的鋼筋,必須進行鋼筋代換，代換后的用鋼量多數(shù)只增不減。這是含鋼量增加的施工因素。

二、降低含鋼量對策

在滿足規(guī)范和保證結構安全度及相同約束條件下如何降低含鋼量？應該是合理安全前提下的含鋼量最少，而不是通過降低安全度犧牲舒適度來達到降低含鋼量目的，我是一貫反對片面的追求過低的含鋼量。任何事都有個度，超過這個度就會發(fā)生質變病變，后果很嚴重。不是說含鋼量越少越好，過少的含鋼量是不正常的，可以基本斷定是有問題的。規(guī)范規(guī)定了最小配筋率，這是底線，必須滿足，也不要只取最小值。某些構造和施工要求的配筋無法量化，如為防止較長結構產生裂縫而配置的溫度鋼筋及厚板架立筋等等，都是必不可少的。還有一些細部處理需要的構造鋼筋，規(guī)范沒有明確規(guī)定，也是結構工程師在具體設計時不能節(jié)省的。

1、優(yōu)化設計方案
    建筑師應摒棄片面追求新奇怪的不良嗜好，過度的標新立異效果往往適得其反，造型怪異的建筑不僅不符合審美標準，而且對抗震是極不不利的，且增加含鋼量和造價。采用什么結構體系也直接影響含鋼量大小，能做落地剪力墻的就不做框支轉換層，能使短肢剪力墻減少就盡量減少。長墻肢有利于降低豎向構件的配筋率以及減少暗柱數(shù)量。例如對高層住宅采用鋼筋混凝土剪力墻結構體系，從承載力方面來看，小開間結構中墻體的作用不能得到充分的發(fā)揮。過多的剪力墻(結構的側向剛度過大) 反而降低建筑延性，導致較大的地震作用。由于結構自重較大，增加了基礎工程含鋼量。大開間剪力墻結構體系與小開間體系相比，使用功能靈活，經(jīng)濟指標合理，是高層住宅設計的發(fā)展方向。
    2、合理的基礎形式
    一般來說，鋼筋混凝土基礎耗用的鋼筋總量巨大，甚至超過上部結構。所以對基礎采取什么形式，必須反復權衡。能用淺基礎時就不要用樁基，采用樁基時求短不求長，灌注樁配筋又有通長和二分之一、三分之一樁長的節(jié)省辦法。此外，采用加固軟土地基新技術可以避免使用鋼筋混凝土樁，而進行樁-土復合基礎的設計，則可減少樁的數(shù)量或樁長。組合的基礎形式也能起到降低含鋼量作用，如樁承臺+筏板可能比純底板基礎形式可能更合理，在滿足相同承載力要求下能降低含鋼量。

3、采用HRB 400 級鋼筋

HRB 335級鋼筋強度設計值為f y = 300N/mm2 , HRB 400 級鋼筋強度設計值為f y = 360 N/mm2 ，兩者強度設計值之比為360/300 = 1.2 ，但兩者市場價格，HRB 400 級比HRB 335級鋼筋略高，綜合價格比為1.05。若將強度低的HRB 335級改為強度較高的HRB 400 級鋼，則可節(jié)約鋼材約14 %(1.2/1.05 - 1 = 14 %)。此外,在板構件中采用冷軋帶肋焊接鋼筋網(wǎng)片代替普通鋼筋,節(jié)約率可達15 % 。

4、采用新型樓蓋和隔墻系統(tǒng)
    樓蓋體系是建筑結構的基本組成部分之一，其重量占整個房屋重量的22 %左右。樓蓋結構多次重復使用，其累計質量占建筑總質量的很大比例。降低樓蓋質量，大幅度減輕建筑總質量，從而減輕地震作用；同時，還可降低墻、柱及基礎的造價。降低樓蓋體系自身高度，不僅可減少層高，節(jié)約建筑空間，還可降低圍護結構、管線材料及施工機具的費用。
    目前,國內外常見的鋼筋混凝土樓蓋體系有如下幾種: ①現(xiàn)澆梁板式樓蓋; ②井字樓蓋; ③無梁樓蓋; ④預應力框架扁梁密肋樓蓋; ⑤無粘結預應力無梁樓蓋。鋼筋用量最少的是無粘結預應力無梁樓蓋、其次是預應力框架扁梁密肋樓蓋，鋼筋用量最多的是井字樓蓋和現(xiàn)澆梁板式樓蓋。近年出現(xiàn)了許多新研制的樓蓋系統(tǒng)，鋼筋用量減少10 %～30 %。

隔墻費用占房屋造價的12 %左右。同濟大學建筑設計研究院針對一座上海地區(qū)正在建造的28層剪力墻結構的高層住宅建筑作了采用石膏板內隔墻系統(tǒng)與傳統(tǒng)磚石混凝土墻體系統(tǒng)的造價和經(jīng)濟性比較。研究表明，在高層住宅建筑中采用輕質石膏板內隔墻體系，主要的土建結構造價(包括樓板、外墻、內墻、梁、基礎結構體系等) 比傳統(tǒng)磚石混凝土體系的土建結構造價降低10 %，建筑工程的總造價降低4.27 %。
    5、提高設計質量
    有關資料表明，合理的設計可以降低工程總造價的5 %～10 % ，甚至20 %。對同一工程同類型建筑進行設計，不同設計人員設計方案的鋼筋含量相差竟達20 kg/m2 以上(多用鋼材38 %)]。例如，在實際設計過程中出于方便施工、提高設計效率等諸多目的，會對構件進行分類歸并。為了使涵蓋面更廣，往往會用較大配筋的構件，去包羅較小配筋的同斷面構件，以確保結構安全度，這一過程不可避免的會增大配筋。其實應該對電算結果中輸出的各層配筋劃分區(qū)段，使各區(qū)段內配筋相差不大，再分段出圖。
    又如，當圖紙上出現(xiàn)模棱兩可的表述時，施工方一般是朝著有利于自身利益的方向去理解，雖然圖紙最終的解釋權在設計方，但由此造成的浪費往往是既成事實。施工圖紙過于簡單、粗糙和施工單位技術力量薄弱造成施工中的錯誤和浪費，屢見不鮮。