基于建筑结构设计中钢筋用量的要点分析.doc

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1、基于建筑结构设计中钢筋用量的要点分析 摘要： 本文主要从对结构构件合理设计的经验体会上，在不违反规范条文规定的前提下，科学、经济地运用一些配筋技巧，构造措施来达到减少用钢量的目的。关键词：竖向构件布置；水平构件布置；构件配筋构造。影响用钢量的因素有很多。本文仅从结构布置的一些具体操作及配筋技巧上展开论述。1、结构布置1.1.竖向构件布置：有关墙柱布置及结构选型，在建筑方案设计阶段，结构设计就应尽早介入，在满足建筑功能的前提下，结构选型应经济合理，墙柱布置应简洁明了、传力明确。剪力墙能落地就不要采用框支转换层，能做框架结构的就不要采用框架-剪力墙结构，能做框架-剪力墙结构的就不要做剪力墙结构。这

2、是节约用钢量的根本。结构设计的具体操作就是合理地确定墙柱截面，墙柱一般是压弯构件，其配筋量在多数情况下至少是多数部位都采用构造配筋，因此在其混凝土强度等级合理取值且满足轴压比要求的前提下，墙柱截面不宜过大，否则用钢量将随其截面增大而增加。利用竖向交通井道而形成的剪力墙筒体，其外围墙体对结构刚度的贡献最大，而内部墙体则贡献甚微。在满足结构整体刚度的前提下，筒体内部的剪力墙不宜过多过厚和过于零碎，否则会增加该部位墙体用钢量且对结构无大作用。尽可能少采用或不用短肢剪力墙，因为短肢剪力墙抗震等级按规范要提高一级，用钢量自然会增加，另外短肢剪力墙较多时，边缘构件数量也会增加，边缘构件的配筋一般比墙体本身

3、的配筋要大很多的。1.2.水平构件布置通常指的是楼层梁板构件，其布置原则首先是受力传力合理，其次是使用效果（包括视觉效果）良好，最后才是用钢量的节省，设计中不能本末倒置。当采用高强钢筋时，应使板的配筋由内力控制而非按构造配筋，否则将得不偿失。当板跨小、布梁多时肯定用钢量会增多，而且可能使楼面荷载多次传递，造成受力不合理。级钢筋( HRB 335) 强度设计值为f y = 300N/ mm2 , 级钢筋强度设计值为f y = 360 N/mm2 ,级钢筋强度设计值与级钢筋强度设计值之比为360/300 = 1.2 ; 而级钢筋目前的市场价格比级钢筋略高,综合价格比为1.05。因此多采用高强钢筋少

4、采用低强度钢筋已成为以后发展的趋势。2.构件的配筋构造：由于设计规范中有明确具体的规定，故设计中通常都不应违反，但在符合规范规定的前提下，仍有不少设计技巧能达到节省用钢量的目的。2.1柱：设计中应通过混凝土强度等级的合理确定来控制其截面尺寸和轴压比，使绝大部分柱段都是构造配筋而非内力控制配筋，此时柱主筋就可以按规定的最小配筋率或比其略高的配筋率选择主筋规格；至于柱箍筋的体积配筋率，由公式pvvfc/fyV 可以看出，采用高强度钢筋比低强度钢筋更可节省用钢量。因此，对于高层建筑的柱箍筋主张采用HRB335或HRB400 尽量避免采用HPB235 也就不难理解了。柱子纵向钢筋的配置技巧：当柱子按计

5、算配筋时，程序对X 向及Y 向的钢筋均有配筋面积的要求，如何在满足计算配筋量要求的前提下尽量减少总配筋量？以500X500 的方柱为例：计算结果在X 向及Y 向均为12cm2 时，按1220，箍筋8100/200(四肢箍)配置修改为425+420，箍筋10100/200(三肢箍)配置。用钢量对比如下：假设柱高3.9m，纵筋由1220 改为425+420，纵筋用量减少32.4 公斤；箍筋由8100/200(四肢箍)改为10100/200(三肢箍)，箍筋用量增加5.3 公斤；所以上述实例实际节约钢筋27.1公斤。2.2 梁：配筋大多由内力控制，但仍有小部分由最小配筋（箍）率控制。从梁主筋最小配筋率

6、ft/fy 及梁箍筋配箍率ft/fyV 中可以看出，要使梁的用钢量不太高，一是混凝土强度等级不宜过高，二是采用高强度钢筋，前者不仅可降低最小配筋（箍）率，更重要的是有利于改善受弯构件的梁的抗裂性能。对截面宽度较小的梁，当配筋量较大时往往需要放23排钢筋，无疑将减小梁的有效高度，因此当不影响使用或建筑空间观感时，梁宽宜略为放大，尽量布置成单排主筋，尤其是梁截面高度不太大时，以达到节省钢筋的目的。框架梁：抗震规范规定，沿梁全长顶面的配筋，一、二级不应小于214，且不应小于梁两端顶面纵向配筋中较大截面面积的1/4；三、四级不应小于212。例如一个8 米跨度的框架梁，当支座筋为825(3927 mm2

7、)时，对于一、二级框架梁跨中顶面最小配筋应为(982 mm2)。而设计院习惯做法是将顶部425 拉通（对于四肢箍），其实按规范要求可改为跨中顶面配225(角筋通长)+212(架立筋)(1208 mm2)，则可节省钢筋15.3 公斤。跨度较大的悬臂梁，不论其承受的是均布荷载还是梁端集中荷载，其弯矩内力都是急剧下降的，因此当面筋较多时，除角筋需伸至梁端外，其余尤其是第二排钢筋均可在跨中切断，既节省钢筋又方便施工，是一种确实可行的方法。2.3楼板：现浇混凝土楼板的厚度通常在100mm 以上，在此条件下宜将板跨增大，使其配筋为内力控制而非构造配筋，按此结果楼板配筋只有采用HRB335 或HRB400才

8、能达到节省用钢量的目的。当板面需要采用贯通面筋时，贯通筋的配筋通常不需也不宜超过规定的最小配筋率(pmin0.1%)，支座不足够时再配以短筋，这样既符合规范规定又可节省用钢量。2.4.抗震墙：分为加强部位和非加强部位两类，前者多按约束边缘构件配筋，后者则多按构造边缘构件配筋。不管是节点区还是其余墙段，前者的配筋量均远大于后者，因此在结构设计中严格区分抗震墙的加强部位和非加强部位，对钢筋用量而言是具有很大意义的，而随意扩大抗震墙的加强部位肯定会增加用钢量。抗震墙如能合理地布置、截面合理取值，其配筋多半不是内力控制配筋而是构造配筋，这样其节点区主筋、箍筋以及墙段的水平分布筋的配筋率都可按规范规定的

9、最小配筋率配置。即使因建筑物的重要性等级较高而需要提高其配筋率，也应控制在较小的幅度内，否则将大幅增加用钢量。需要指出的是，抗震墙约束边缘构件中的箍筋配筋量也与钢筋的抗拉强度有关（pvvfc/fyV），因此为使其配箍直径不过大、箍筋肢距不过密，使其配箍量不太高，宜采用HRB335 或HRB400钢筋。抗震墙中的墙段竖向分布筋通常都不是由内力控制，其作用主要是固定水平分布筋，防止墙面出现水平收缩裂缝，故其间距通常取200mm，最小直径8，仅需满足最小配筋率，不必随意提高其配筋量。2.5.基础：基础(包括桩基础、独立基础、条形基础、筏板基础等) 的配筋率一般不高,但工程数量大,钢筋总量也是比较大的

10、，合理的基础选型可以大大节约钢筋用量。采用什么样的基础形式,必须经过多方案经济性比较的,能用浅基础或地基处理时就不要用桩基,采用桩基时也应根据地质情况和上部建筑的柱底轴力情况, 经过多方案经济性比较选用合理的持力层和桩型，一般柱底轴力较小时尽量采用管桩或沉管灌注桩比较经济，柱底轴力较大时采用钻孔灌注桩，各种桩型桩基本都可以采用分段式配筋，管桩上面部分可采用PHC（高强）或PC桩，下面部分采用PTC（薄壁）桩，抗压灌注桩仅上面部分配筋即可，抗拨灌注桩配筋上面部分大一些，下面部分按计算适当减小，另外选用的同一种桩型也应采用不同桩径搭配使用，小直径的够了就可以不用大直径的，这样都可以节省不少钢筋用量

11、的。对于基础承台、底板梁板、侧壁及人防墙一般都宜尽量采用高强钢筋，一方面由于强度较高可以大大降低用钢量，另一方面最小配筋率也可以降低。侧壁及人防墙由于配筋较大，也可同楼板一样采用贯通筋加支座附加筋的方式配筋来降低用钢量。结束语钢筋混凝土结构设计中要做到节省用钢量，就必须全方位行动，宏观上给予定性掌握，微观上给予定量控制。首先，建筑体型在满足使用功能的前提下，要为结构合理布局创造条件；其次，结构布置和构件截面选择在满足结构和构件受力变形合理的前提下要有利于节约配筋量；最后在构件具体配筋上，在满足规范对构件的配筋构造要求前提下以节省用钢量为目标，要仔细推敲，科学合理地对钢筋规格作出选择。参考文献：1混凝土结构设计规范GB50010-20022建筑抗震设计规范（GB50011-2008）3建筑结构专业技术措施（北京市建筑设计研究院）中国建筑工业出版社出版4朱炳寅教授编写的建筑地基基础设计方法及实例分析（中国建筑工业出版社出版）6