钢筋混凝土结构减少配筋的措施

钢筋混凝土结构减少配筋的措施一、方案阶段与建筑密切协作从方案设计开始结构设计工程师应尽早参与到方案设计中,要在平面布置、立面造型、柱网尺寸等方面提出结构设计工程师的建议和要求,以求在后期的施工图设计中为降低结构用钢量掌握主动权。方案设计应该控制以下要点:(建筑物的体量,包括平面尺寸,柱网尺寸,层高,总高度等因素,决定了结构的形式,因而也就决定了结构的造价范围。)1.1建筑平面布置上力求方正,尽量避免出现平面不规则,控制平面长宽比,房间(板块)分隔不要相差太大。(尽量避免出现平面不规则,这就可以少布置或不需要布置抗扭构件来降低钢筋的使用量;控制平面长宽比:平面长宽比较大的建筑物,由于两主轴方向的整体刚度相差甚远,在水平力作用下,两向构件受力的不均匀性造成配筋不均,增加钢筋用量。房间(板块)分隔不要相差太大,相邻板块相差越大会导致计算负筋增大。)1.2建筑物的体型规整,结构的侧向刚度和水平承载力沿高度宜均匀变化,层高相差不要太大。(避免因为层间刚度比不满足规范要求而增加抗侧力构件,从而提高钢筋用量)1.3立面上尽量少作一些通过钢筋累积起来的复杂构架、外凸较大的线条大样等。(对抗震及提高承载力没有任何帮助而只会提高钢筋用量的构件建议建筑通过配色或者简约的线条来实现建筑物的美观。或者通过设计一些二次装修的玻璃幕墙、玻璃顶棚、钢结构网架来完善建筑的功能和保持造型的新颖)1.4采暖、通风、给排水、电力及建筑物的竖向运输设备等服务设施对结构设计在某些情况下也会有重大影响。钢筋混凝土结构减少配筋的措施全文共1页，当前为第1页。钢筋混凝土结构减少配筋的措施全文共1页，当前为第1页。二、结构布置2.1合理选择结构体系,高烈度区可采用“隔震”“耗能减震”技术。(应根据建筑平面布置、竖向布置和使用功能要求合理选择结构体系,如美国纽约102层的帝国大厦采用的是框架-剪力墙体系,用钢量为206kg/m2;而芝加哥110层的西尔斯大厦,采用束筒体系,用钢量仅161kg/m2,比帝国大厦降低了20%。)2.2结构布置影响建筑物结构用钢量的因素,首先是建筑物的体型(平面长度尺寸及长宽比、竖向高宽比、立面形状等),其次是柱网尺寸、层高以及主要抗侧力构件所在位置等。2.2.1控制平面长度尺寸,合理设缝。(即结构单元是否超长当建筑物较长,而结构又不设永久缝时就成为超长建筑。超长建筑由于必须考虑混凝土的收缩应力和温度应力,它相对于非超长建筑(主要对待的仅是荷载产生的应力),其单位面积用钢量显然要多些)2.2.2控制平面长宽比。(平面长宽比较大的建筑物,不论其是否超长,由于两主轴方向的动力特性(也即整体刚度)相差甚远,在水平力(风力或地震)作用下,两向构件受力的不均匀性造成配筋不均。使得其单位面积用钢量相对于平面长宽比接近1.0的建筑物要多,这是不言而喻的。)2.2.3控制竖向高宽比。钢筋混凝土结构减少配筋的措施全文共2页，当前为第2页。钢筋混凝土结构减少配筋的措施全文共2页，当前为第2页。(这主要针对高层建筑而言,为了保证结构的整体稳定并控制结构的侧向位移,势必要设置较刚强的抗侧力构件来提高结构的侧向刚度,这类构件的增多自然使得用钢量增多。)2.2.4竖向体型应规则和均匀。(即外挑或内收程度以及竖向刚度有否突变等。如侧向刚度从下到上逐渐均匀变化,则其用钢量就较少,否则将增多。较典型的、有竖向刚度突变的就是设置转换层的高层建筑。)2.2.5平面形状应规则。(若平面形状较规则,凸凹少则用钢量就少,反之则较多,平面形状是否规则不仅决定了用钢量的多少,而且还可以衡量结构抗震性能的优劣,从这点分析得知用钢量节约的结构其抗震性能未必就低。)2.2.6柱网尺寸应均匀。(包括柱网绝对尺寸及其疏密程度。它直接影响到梁板楼盖的结构布置。一般而言,柱网大的楼盖用钢量较多,反之虽则较少但同时因柱数增多而使柱构件用钢量增加,其中柱端及梁柱节点区内加密箍筋的增加量几乎占全部增加量的50%。柱网尺寸较均匀一致,不仅使结构(包括柱和梁)受力合理,而且其用钢量要比柱网疏密不一的要节省。)2.2.7控制层高。钢筋混凝土结构减少配筋的措施全文共3页，当前为第3页。(对于高层建筑而言。层高与用钢量之间很难确定某种关系,换言之不能肯定层高对用钢量的影响究竟有多大。就柱的箍筋而言总高度相同的建筑物,层高较小即层数较多,其配筋量反而较多,但按单位面积摊销后其用钢量可能反而更少。至于跨层柱,由于其受力的复杂性以及截面较大,用钢量一般比正常层高的柱要多。在满足建筑功能的前提下,适当降低层高,会使工程造价降低。有资料表明:层高每下降10厘米,工程造价降低1%左右,墙体材料可节约10%左右。)钢筋混凝土结构减少配筋的措施全文共3页，当前为第3页。2.2.8抗侧力构件位置。(刚度中心与质量中心相重合或靠近,或者抗侧力构件所在位置能产生较大的抗扭刚度,结构的抗扭效应小,因而结构整体用钢量就少,反之则多。)2.3采用新型楼盖体系(楼盖体系是建筑结构的基本组成部分之一,其重量占整个房屋重量的22%左右。楼盖结构多次重复使用,其累计质量占建筑总质量的很大比例。降低楼盖质量,可大幅度减轻建筑总质量,从而减轻地震作用;同时,还可降低墙、柱及基础的造价。降低楼盖体系自身高度,不仅可减少层高,节约建筑空间,还可降低围护结构、管线材料及施工机具的费用。目前,国内外常见的钢筋混凝土楼盖体系有如下几种:①现浇梁板式楼盖;②井字楼盖;③无梁楼盖;④预应力框架扁梁密肋楼盖;⑤无粘结预应力无梁楼盖。钢筋用量最少的是无粘结预应力无梁楼盖、其次是预应力框架扁梁密肋楼盖,钢筋用量最多的是井字楼盖和现浇梁板式楼盖。近年出现了许多新研制的楼盖系统,钢筋用量减少10%~30%。)(当前流行的豪宅大面积客厅,其空间面积达40~60m2,甚至更大,如此板块采用普通混凝土平板,即使施加了预应力,其用钢量都会较多,其主要原因是板的跨度和自重均较大。大跨度由使用功能决定而无法改变,要节省用钢量,只能往“自重”上考虑,即改变楼板的结构形式。采用先进技术的现浇双向空心楼板、加轻质填充块的双向密肋楼板都是可以考虑的途径。)2.4梁布置时不必每幅墙下都布置梁钢筋混凝土结构减少配筋的措施全文共4页，当前为第4页。钢筋混凝土结构减少配筋的措施全文共4页，当前为第4页。(有时一些小板块上的隔墙,即使把隔墙荷载等效为板面荷载,其计算结果也是构造配筋。当板跨小、布梁多时使用钢量肯定会增多,而且可能使楼面荷载多次传递,造成受力不合理。)三、计算参数3.1结构抗震等级和柱的单双偏压计算模式等设计参数对含钢率有较大影响,应认真结合规范和具体工程情况进行选择。3.2计算振型数应合理(用来判断参与计算振型数是否够的重要概念是有效质量系数,《高层建筑混凝土结构技术规程》第5.1.13条规定B级高度高层建筑结构有效质量系数应不小于0.9,《建筑抗震设计规范》第5.2.2条条文说明中建议有效质量系数应不小于0.9。一般来讲当有效质量系数大于0.9时,基底剪力误差小于5%,所以满足规范要求即可没有必要过多增加振型数,使计算用时增加和计算书增厚。)3.3周期折减系数(周期折减系数的取值直接影响到竖向构件的配筋,如果盲目折减,势必造成结构刚度过大,吸收的地震力也增大,最后柱配筋随之增大。)3.4偶然偏心(《高规》规定,高层建筑在计算位移比时应考虑偶然偏心的影响、计算单项地震作用时应考虑偶然偏心的影响。根据规范要求高层结构在计算时均应考虑偶然偏心的影响,考虑偶然偏心后结构墙及梁用钢量将增加3%左右。)3.5双向地震扭转效应钢筋混凝土结构减少配筋的措施全文共5页，当前为第5页。钢筋混凝土结构减少配筋的措施全文共5页，当前为第5页。(《高规》规定质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构,应计算双向水平地震作用下的扭转影响。在实际工程中要求在刚性楼板假定及偶然偏心荷载作用下位移比不小于1.2时应考虑双向地震作用。考虑双向地震作用后结构配筋一般增加5%~8%,单构件最大可能增加1倍左右,可见双向地震作用对结构用钢量影响较大。控制高层结构位移比不超标是是否考虑双向地震作用的关键,也是控制钢筋用量的关键环