淺談高層建筑中含鋼量的優(yōu)化控制措施

 引言
近年來，城市土地價格的不斷上漲，房屋建筑的成本也是不斷增加，單位面積的含鋼量是影響投資成本的一個重要指標(biāo)，科學(xué)合理的控制高層建筑的含鋼量能夠有效的控制建筑成本，對于提倡節(jié)約型社會和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有十分重要的意義。
1 高層建筑含鋼量的一般范圍
本文根據(jù)一些建筑專業(yè)網(wǎng)站發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，匯總出不同類型的高層建筑的實(shí)際含鋼量，如表1所示。
表1中的數(shù)據(jù)都是在不考慮樁基和地下室的情況下所得，如果考慮樁基則需要增加10%左右的含鋼量，對于一些特殊工程，含鋼量的差別比較大。
2 高層建筑的結(jié)構(gòu)類型
高層建筑的結(jié)構(gòu)類型有很多，其中最常見分類是按照建筑物的承重力以及承重材料，本文按照承重力分為鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)，下面分別介紹這些結(jié)構(gòu)。
2.1 鋼結(jié)構(gòu) 與其他建筑結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有難以比擬的優(yōu)勢，例如鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度高，抗震性能優(yōu)異、韌性好以及便于施工等，但是鋼結(jié)構(gòu)也是具有明顯的缺點(diǎn)，工程造價比較高和較差的耐火性，深圳地王大廈和北京京廣中心屬于高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)的典型代表。
2.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中應(yīng)用比較廣泛，由于鋼筋混凝土材料便于施工，因而能夠施工成各種比較復(fù)雜的斷面，同時這種結(jié)構(gòu)具有較高的承載力的同時也能夠節(jié)省大量的鋼材，再加上科學(xué)合理的設(shè)計(jì)同樣具有良好的抗震性能，但是此種結(jié)構(gòu)也有缺點(diǎn)，占地面積和自重都比較大。
2.3 組合結(jié)構(gòu) 組合結(jié)構(gòu)的涵義就是組合兩種以上的結(jié)構(gòu)，主要可以分為兩大類，一是使用鋼材作為構(gòu)件來加強(qiáng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；二是一部分結(jié)構(gòu)的抗剪力結(jié)構(gòu)使用鋼結(jié)構(gòu)，而另一部分使用鋼骨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能夠充分發(fā)揮鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓性能和鋼結(jié)構(gòu)的抗拉伸性能，同時還能夠減輕整個結(jié)構(gòu)的自重，起到提升結(jié)構(gòu)延性的作用。
3 影響高層建筑含鋼量的因素分析
對于同一結(jié)構(gòu)類型的不同建筑，其含鋼量的差異是比較明顯的，對一個具體的工程來說，含鋼量應(yīng)該是一個比較確定的數(shù)值，下面主要分析影響高層建筑含鋼量的
因素。
3.1 建筑所處的地域環(huán)境 建筑所處的地區(qū)地震設(shè)防烈度較高或者基本風(fēng)壓要求比較高，其含鋼量要求比較高，反之要求比較低；例如云南省抗震設(shè)防烈度為8度，基本加速度為0.3g；50年一遇的基本風(fēng)壓為0.65KN/m2，其含鋼量比上海地區(qū)同結(jié)構(gòu)形式的建筑高許多。
3.2 建筑專業(yè)與結(jié)構(gòu)專業(yè)協(xié)作設(shè)計(jì) 建筑設(shè)計(jì)追求平面獨(dú)特、立面新穎，尤其是公共建筑，從有利于抗震的角度來說，建筑平面及豎向均宜盡量簡單、規(guī)則，力求對稱、減少偏心，以控制建筑物的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。因此，建筑設(shè)計(jì)的目的與結(jié)構(gòu)含鋼量的控制是一對必然存在的矛盾。要妥善解決這一矛盾，實(shí)現(xiàn)綜合平衡，結(jié)構(gòu)專業(yè)與建筑專業(yè)之間的的溝通、反饋、協(xié)調(diào)就極貫穿設(shè)計(jì)全過程。
3.3 施工變更 高層建筑在施工過程中，由于設(shè)計(jì)階段和工程實(shí)際情況的差異，往往會出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更。設(shè)計(jì)變更一般是在施工現(xiàn)場提出，沒有時間反復(fù)計(jì)算比較，多數(shù)情況是設(shè)計(jì)人員憑經(jīng)驗(yàn)做出的。
4 高層建筑含鋼量控制措施
4.1 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 建筑立面處理手法與成本造價是設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)的矛盾，懸挑較多或挑出長度較大的建筑立面往往較美觀，但是造價比較高，目前許多高層住宅采用歐式風(fēng)格，要求層層懸挑檐口，按鋼筋混凝土設(shè)計(jì)，單方含鋼量增大且抗震性能減弱，建筑設(shè)計(jì)在滿足使用功能前提下，立面力求簡潔、大方。例如某四層辦公樓，在底層要作為25.2m×33.6m大空間會議室，中間須抽兩根柱，一、二層通高，三四層層高為4.2m，結(jié)構(gòu)計(jì)算后柱子截面需要1.4m×1.4m，框梁為500×1600，故三四層層高需加大，經(jīng)與建筑及甲方溝通，大會議室放在三四層，一二層為8.4m×8.4m柱網(wǎng)，經(jīng)計(jì)算柱子截面優(yōu)化為0.9m×0.9m，僅頂層梁為500×1600，大大降低了造價。工程實(shí)踐證明，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案能夠降低建筑的含鋼量。
4.2 基礎(chǔ)方案的優(yōu)化 高層建筑地基處理方式和基礎(chǔ)形式息息相關(guān)，采用復(fù)合地基加十字交叉梁或獨(dú)基，樁筏或樁承臺，其造價相差很大，須反復(fù)對比，能用淺基礎(chǔ)時盡量不要用樁基。若采用樁筏或樁承臺，基礎(chǔ)配筋較小，但樁基施工工期較長，綜合成本和工期來選擇合理的地基。因此合理的地基處理方式和基礎(chǔ)形式須反復(fù)對比優(yōu)化。
4.3 對單構(gòu)件作優(yōu)化設(shè)計(jì) 檢查梁、柱、剪力墻配筋，做到計(jì)算結(jié)果不超限，并進(jìn)行截面優(yōu)化。根據(jù)電算結(jié)果，合理的結(jié)構(gòu)方案其豎向受力構(gòu)件一般為構(gòu)造配筋（配筋率0.7%～1.0%），框梁配筋率在0.7%～1.6%范圍比較合理。民用建筑樓板造價占結(jié)構(gòu)總造價的9%～13%，現(xiàn)澆雙向板，宜采用考慮塑性內(nèi)力重分布的計(jì)算方法，一般情況下可比按彈性計(jì)算省20%以上。
4.4 施工圖要精確明了 研究資料顯示，優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案能夠降低5%-10%的工程造價，工程施工過程中很多致使工程造價增加的主要原因是對施工圖理解不全面或者偏差所致，施工圖過于簡單以及施工技術(shù)薄弱都會造成施工錯誤和浪費(fèi)的問題。
5 結(jié)論
高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇對含鋼量的優(yōu)化控制十分重要，設(shè)計(jì)和施工單位必須在滿足建筑規(guī)范的前提下，采取各種含鋼量控制措施，才能夠有效控制含鋼量，降低工程成本。