专业协作对含钢量的影响

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建筑方案布置对含钢量的影响

建筑方案布置选择在很大程度上可以对工程的结构成本造价产生重大影响，这些影响具体体现在房屋开间和进深的大小、建筑物的层高及层数、柱网的尺寸及疏密、结构抗侧力构件的布置、楼梯及电梯在平面中的位置、建筑平面的凸凹错落、建筑物竖向收进或挑出、楼面大开洞、错层、转换、弱连接等等。就建筑设计效果而言，一定程度的不规则是必需的。“参差多态乃幸福之本源”，体现在建筑设计上就是建筑物体型的变化所带来的韵律美，赋予建筑物独特的风格和生命力。然而，从有利于抗震的角度来说，建筑平面及竖向布置均宜尽量简单、规则，力求对称、减少偏心，控制建筑物的扭转效应，以相对较低的单方含钢量及单方混凝土量达到满足抗震设计要求的目的。因此，建筑设计意图的落实与结构含钢量的控制是一对必然存在的矛盾。要妥善解决这一矛盾，实现综合平衡，结构专业与建筑专业之间贯穿设计全过程的沟通、反馈、协调就极为重要。

1建筑高度对含钢量的影响

从2010年12月1日起实施的《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）为配合《民用建筑设计通则》（GB50352-2005）对多层与高层建筑的高度分界，将框架结构不同抗震等级的建筑分界高度由30m调整为24m（见表1）。以Ⅶ度区为例，这意味着高度同样是24～30m的框架结构，2010版抗规实施之前可以按抗震等级为三级进行设计，实施之后则需按抗震等级为二级进行设计，抗震等级提高了，含钢量自然增加。而对于Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度区的框架-剪力墙结构、剪力墙结构以及部分框支剪力墙结构，2010版抗规增加了24m高度分界，除框支层框架外，高度≤24m时其抗震等级比2008年版抗规的要求降低一级（四级不再降低），这意味着在Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度区，高度≤24m、结构体系为框架-剪力墙结构或剪力墙结构的建筑，以及部分框支剪力墙结构中的剪力墙，2010版抗规实施之后，抗震等级比以前降低，含钢量有可能减少（但在其他构造措施方面有可能引起含钢量增加）。因此，对于超过分界高度因而需要提高抗震等级的建筑，有必要进行方案比较，对含钢量的增加与使用面积的增多，也就是所谓“投入产出比”进行成本分析，合理确定建筑高度。

2建筑体型的规则性对含钢量的影响

当建筑物严重不规则甚至非常不规则、平面立面都较为复杂、平面或竖向刚度存在突变时，其含钢量肯定比将体型的不规则控制在合理程度的建筑要大。如某多层工业厂房办公楼及车间，结构体系为框架结构，建筑平面大致为细长不规则T形条带，中部为大开洞形成的封闭回形，总长度71m，宽度9.5～20m，无分缝，平面、立面体型均较复杂（见图1）。施工图审核时发现主要楼层在各种工况下的最大层间位移比为3.5，远远超出规范允许的最大值，结构抗扭转能力极差。如单靠加大构件尺寸（刚度）的方式调整，不仅事倍功半，而且势必大大增加单方含钢量和单方混凝土量。因此要求结构设计人与建筑专业协商，在不影响建筑使用功能和主要立面效果的位置增设永久缝。建筑布置调整后，结构主要楼层的最大层间位移比为1.25～1.48，相应最大层间位移角为1/786～1/874，各项设计指标均满足规范要求且趋于合理。

3建筑立面处理手法对含钢量的影响

建筑立面处理手法与结构成本造价是设计工作中经常出现的矛盾。悬挑较多或挑出长度较大的建筑立面往往较为美观，然而需要付出的经济代价也较高。如某15层办公楼，结构体系为框架-剪力墙结构，平面长边方向临街侧各层净挑出长度3m，局部柱网范围最大挑出长度3.2m（见图2）。建筑立面采用落地窗，外立面水平饰线在楼面以下的高度为200mm，反上高度为200mm。结构初步设计审核中发现该部位按建筑剖面采用了200mm厚板悬挑，板面筋需配准14@100，且相邻的内跨板厚亦需加大到200mm，相邻第2跨板厚加大到160mm，配筋量随之增加。因此建议结构设计人与建筑专业共同研究协商，在施工图阶段改为梁板式挑出，边梁高取300mm，框架悬臂梁在无隔墙处采用宽扁梁或采用变截面挑梁，尽量减少对建筑使用空间和外观的影响；板厚由200mm和160mm减小到100mm，只需按最小配筋率配筋，单方含钢量和单方混凝土量均得到有效控制，亦能满足建筑专业对外立面造型的要求。

4建筑平面布置对含钢量的影响

对于剪力墙结构，大开间往往比小开间的布置更为经济合理，但竖向构件的绝对间距较大或疏密不匀的建筑，其结构含钢量往往大于竖向构件间距合理、布置均匀的建筑。例如某16层商品房住宅，结构体系为剪力墙结构，边跨两片剪力墙之间净距9m，且在边跨框架梁中间布置挑出阳台（见图3）。由于底层平面中有一半面积布置了商铺，另一半为住宅，底层的房间分隔与二层以上相应位置的房间分隔不同，因此首层该跨内不能增加竖向连续的抗侧力构件，限于层高及建筑使用要求也难以采用框支转换。该处受使用功能限制，允许最大梁截面为200mm×800mm，虽然结构计算能通过，但支座最大需配筋面积为28cm2，且限于梁宽需分三排放置，实际配筋时需考虑面积折减加大钢筋，额外增加了用钢量。而另一幢11层剪力墙结构的商品房住宅，抗侧力构件的布置受到建筑平面布置的严重制约，结构设计人不得不在两榀框架之间分别设置三道净跨为1～3.55m的内挑纯悬臂梁，方能形成明确的传力路径（见图4）。上述两工程因建筑布置已经定型且出图进度要求紧迫，审核时仅提请结构设计人注意，并未硬性要求调整。后来甲方经过预算认为含钢量过大，要求进行优化设计，但“巧妇难为无米之炊”，建筑布置一旦定型，结构的可调整空间已甚小。如在建筑方案选型阶段，能适当调整底层商铺及上部住宅的布局，允许在合适位置增加竖向连续的抗侧力构件，将跨中承受较大荷载的大跨度单跨梁处理为荷载、跨度均较小的连续梁，将内挑大跨度纯悬臂梁处理为框架梁，含钢量应可有较显著的降低。

结语

工程实践证明，建筑方案布置不合理造成的含钢量增加，往往比计算或配筋不精确造成的含钢量增加要大得多。如能在设计前期及设计过程中及时发现问题并加以解决，可以避免出现最后阶段的重大修改，减少无用功，提高整体设计工作效率和设计质量。为避免出现建筑布置定型后再进行结构设计，到后期发现建筑布置对含钢量有显著影响却已难再作调整的被动局面，结构设计师除了在设计过程中努力采取措施合理控制含钢量之外，还应从建筑方案选型阶段即提前介入，主动加强与建筑设计师（或甲方）的沟通与协调，让“美观、好用”与“经济”的矛盾在设计前期就得到化解，共同寻求设计效果与结构成本的最佳平衡。

作者：余丽婵单位：广东南海国际建筑设计有限公司