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建筑方案布置對(duì)含鋼量的影響

建筑方案布置選擇在很大程度上可以對(duì)工程的結(jié)構(gòu)成本造價(jià)產(chǎn)生重大影響，這些影響具體體現(xiàn)在房屋開間和進(jìn)深的大小、建筑物的層高及層數(shù)、柱網(wǎng)的尺寸及疏密、結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的布置、樓梯及電梯在平面中的位置、建筑平面的凸凹錯(cuò)落、建筑物豎向收進(jìn)或挑出、樓面大開洞、錯(cuò)層、轉(zhuǎn)換、弱連接等等。就建筑設(shè)計(jì)效果而言，一定程度的不規(guī)則是必需的?！皡⒉疃鄳B(tài)乃幸福之本源”，體現(xiàn)在建筑設(shè)計(jì)上就是建筑物體型的變化所帶來的韻律美，賦予建筑物獨(dú)特的風(fēng)格和生命力。然而，從有利于抗震的角度來說，建筑平面及豎向布置均宜盡量簡單、規(guī)則，力求對(duì)稱、減少偏心，控制建筑物的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，以相對(duì)較低的單方含鋼量及單方混凝土量達(dá)到滿足抗震設(shè)計(jì)要求的目的。因此，建筑設(shè)計(jì)意圖的落實(shí)與結(jié)構(gòu)含鋼量的控制是一對(duì)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)之間貫穿設(shè)計(jì)全過程的溝通、反饋、協(xié)調(diào)就極為重要。

1建筑高度對(duì)含鋼量的影響

從2010年12月1日起實(shí)施的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）為配合《民用建筑設(shè)計(jì)通則》（GB50352-2005）對(duì)多層與高層建筑的高度分界，將框架結(jié)構(gòu)不同抗震等級(jí)的建筑分界高度由30m調(diào)整為24m（見表1）。以Ⅶ度區(qū)為例，這意味著高度同樣是24～30m的框架結(jié)構(gòu)，2010版抗規(guī)實(shí)施之前可以按抗震等級(jí)為三級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)施之后則需按抗震等級(jí)為二級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，抗震等級(jí)提高了，含鋼量自然增加。而對(duì)于Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度區(qū)的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)以及部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，2010版抗規(guī)增加了24m高度分界，除框支層框架外，高度≤24m時(shí)其抗震等級(jí)比2008年版抗規(guī)的要求降低一級(jí)（四級(jí)不再降低），這意味著在Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度區(qū)，高度≤24m、結(jié)構(gòu)體系為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)或剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑，以及部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻，2010版抗規(guī)實(shí)施之后，抗震等級(jí)比以前降低，含鋼量有可能減少（但在其他構(gòu)造措施方面有可能引起含鋼量增加）。因此，對(duì)于超過分界高度因而需要提高抗震等級(jí)的建筑，有必要進(jìn)行方案比較，對(duì)含鋼量的增加與使用面積的增多，也就是所謂“投入產(chǎn)出比”進(jìn)行成本分析，合理確定建筑高度。

2建筑體型的規(guī)則性對(duì)含鋼量的影響

當(dāng)建筑物嚴(yán)重不規(guī)則甚至非常不規(guī)則、平面立面都較為復(fù)雜、平面或豎向剛度存在突變時(shí)，其含鋼量肯定比將體型的不規(guī)則控制在合理程度的建筑要大。如某多層工業(yè)廠房辦公樓及車間，結(jié)構(gòu)體系為框架結(jié)構(gòu)，建筑平面大致為細(xì)長不規(guī)則T形條帶，中部為大開洞形成的封閉回形，總長度71m，寬度9.5～20m，無分縫，平面、立面體型均較復(fù)雜（見圖1）。施工圖審核時(shí)發(fā)現(xiàn)主要樓層在各種工況下的最大層間位移比為3.5，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)范允許的最大值，結(jié)構(gòu)抗扭轉(zhuǎn)能力極差。如單靠加大構(gòu)件尺寸（剛度）的方式調(diào)整，不僅事倍功半，而且勢(shì)必大大增加單方含鋼量和單方混凝土量。因此要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人與建筑專業(yè)協(xié)商，在不影響建筑使用功能和主要立面效果的位置增設(shè)永久縫。建筑布置調(diào)整后，結(jié)構(gòu)主要樓層的最大層間位移比為1.25～1.48，相應(yīng)最大層間位移角為1/786～1/874，各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求且趨于合理。

3建筑立面處理手法對(duì)含鋼量的影響

建筑立面處理手法與結(jié)構(gòu)成本造價(jià)是設(shè)計(jì)工作中經(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為美觀，然而需要付出的經(jīng)濟(jì)代價(jià)也較高。如某15層辦公樓，結(jié)構(gòu)體系為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，平面長邊方向臨街側(cè)各層凈挑出長度3m，局部柱網(wǎng)范圍最大挑出長度3.2m（見圖2）。建筑立面采用落地窗，外立面水平飾線在樓面以下的高度為200mm，反上高度為200mm。結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)審核中發(fā)現(xiàn)該部位按建筑剖面采用了200mm厚板懸挑，板面筋需配準(zhǔn)14@100，且相鄰的內(nèi)跨板厚亦需加大到200mm，相鄰第2跨板厚加大到160mm，配筋量隨之增加。因此建議結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人與建筑專業(yè)共同研究協(xié)商，在施工圖階段改為梁板式挑出，邊梁高取300mm，框架懸臂梁在無隔墻處采用寬扁梁或采用變截面挑梁，盡量減少對(duì)建筑使用空間和外觀的影響；板厚由200mm和160mm減小到100mm，只需按最小配筋率配筋，單方含鋼量和單方混凝土量均得到有效控制，亦能滿足建筑專業(yè)對(duì)外立面造型的要求。

4建筑平面布置對(duì)含鋼量的影響

對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)，大開間往往比小開間的布置更為經(jīng)濟(jì)合理，但豎向構(gòu)件的絕對(duì)間距較大或疏密不勻的建筑，其結(jié)構(gòu)含鋼量往往大于豎向構(gòu)件間距合理、布置均勻的建筑。例如某16層商品房住宅，結(jié)構(gòu)體系為剪力墻結(jié)構(gòu)，邊跨兩片剪力墻之間凈距9m，且在邊跨框架梁中間布置挑出陽臺(tái)（見圖3）。由于底層平面中有一半面積布置了商鋪，另一半為住宅，底層的房間分隔與二層以上相應(yīng)位置的房間分隔不同，因此首層該跨內(nèi)不能增加豎向連續(xù)的抗側(cè)力構(gòu)件，限于層高及建筑使用要求也難以采用框支轉(zhuǎn)換。該處受使用功能限制，允許最大梁截面為200mm×800mm，雖然結(jié)構(gòu)計(jì)算能通過，但支座最大需配筋面積為28cm2，且限于梁寬需分三排放置，實(shí)際配筋時(shí)需考慮面積折減加大鋼筋，額外增加了用鋼量。而另一幢11層剪力墻結(jié)構(gòu)的商品房住宅，抗側(cè)力構(gòu)件的布置受到建筑平面布置的嚴(yán)重制約，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人不得不在兩榀框架之間分別設(shè)置三道凈跨為1～3.55m的內(nèi)挑純懸臂梁，方能形成明確的傳力路徑（見圖4）。上述兩工程因建筑布置已經(jīng)定型且出圖進(jìn)度要求緊迫，審核時(shí)僅提請(qǐng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人注意，并未硬性要求調(diào)整。后來甲方經(jīng)過預(yù)算認(rèn)為含鋼量過大，要求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，但“巧婦難為無米之炊”，建筑布置一旦定型，結(jié)構(gòu)的可調(diào)整空間已甚小。如在建筑方案選型階段，能適當(dāng)調(diào)整底層商鋪及上部住宅的布局，允許在合適位置增加豎向連續(xù)的抗側(cè)力構(gòu)件，將跨中承受較大荷載的大跨度單跨梁處理為荷載、跨度均較小的連續(xù)梁，將內(nèi)挑大跨度純懸臂梁處理為框架梁，含鋼量應(yīng)可有較顯著的降低。

結(jié)語

工程實(shí)踐證明，建筑方案布置不合理造成的含鋼量增加，往往比計(jì)算或配筋不精確造成的含鋼量增加要大得多。如能在設(shè)計(jì)前期及設(shè)計(jì)過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并加以解決，可以避免出現(xiàn)最后階段的重大修改，減少無用功，提高整體設(shè)計(jì)工作效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。為避免出現(xiàn)建筑布置定型后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，到后期發(fā)現(xiàn)建筑布置對(duì)含鋼量有顯著影響卻已難再作調(diào)整的被動(dòng)局面，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師除了在設(shè)計(jì)過程中努力采取措施合理控制含鋼量之外，還應(yīng)從建筑方案選型階段即提前介入，主動(dòng)加強(qiáng)與建筑設(shè)計(jì)師（或甲方）的溝通與協(xié)調(diào)，讓“美觀、好用”與“經(jīng)濟(jì)”的矛盾在設(shè)計(jì)前期就得到化解，共同尋求設(shè)計(jì)效果與結(jié)構(gòu)成本的最佳平衡。

作者：余麗嬋單位：廣東南海國際建筑設(shè)計(jì)有限公司