影響含鋼量的因素及對(duì)策
一、影響含鋼量的因素
1、自然條件
建筑場(chǎng)地土質(zhì)差，淺層土承載力低，持力層埋深大時(shí)，需要采用樁基礎(chǔ)或很厚的鋼筋混凝土筏板,含鋼量較大。作用在建筑結(jié)構(gòu)上的外力，主要有地震作用和風(fēng)荷載，處在抗震設(shè)防烈度高或者風(fēng)壓大的地區(qū),含鋼量高，反之則低。在氣候惡劣、溫差變化劇烈的地區(qū)，為抵抗溫度應(yīng)力，增加抗拉性能優(yōu)良的鋼筋的配置。這是含鋼量的地區(qū)和環(huán)境四環(huán)素。
2、政策規(guī)范
短缺經(jīng)濟(jì)時(shí)代，政策取向和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)都傾向于節(jié)約。設(shè)計(jì)規(guī)范的低標(biāo)準(zhǔn)、低安全度和某些荷載標(biāo)準(zhǔn)值的過低取值是特定歷史條件下的產(chǎn)物，我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)各類構(gòu)件中受拉和受壓縱向鋼筋最小配筋率的規(guī)定，最早引自原蘇聯(lián)規(guī)范，取值偏低。1997 年11 月建設(shè)部發(fā)布的《中國(guó)建筑技術(shù)政策(1996～2010 年)中，明確提出發(fā)展建筑鋼材、建筑鋼結(jié)構(gòu)和建筑鋼結(jié)構(gòu)施工工藝的具體要求，使中國(guó)長(zhǎng)期以來實(shí)行的“節(jié)約鋼材”政策轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;合理用鋼”政策。新的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范為了增強(qiáng)延性和防倒塌能力，主要還得靠合理加大構(gòu)造用鋼量來實(shí)現(xiàn)。2002和2010版的混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)非抗震結(jié)構(gòu)中受彎、偏心受拉和軸心受拉構(gòu)件中的受拉縱向鋼筋最小配筋率改用特征值表達(dá)式和下限值相結(jié)合的取值方案，使其取值水準(zhǔn)適度提高；通過對(duì)抗震框架梁受拉縱向鋼筋最小配筋率增加特征值表達(dá)式，適度提高了其在混凝土強(qiáng)度等級(jí)偏高情況下的取值；適度提高了非抗震受壓構(gòu)件和抗震框架柱的縱向鋼筋最小配筋率取值；新增了基礎(chǔ)底板最小配筋率的取值規(guī)定。新的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范基于以上理由，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的含鋼量要求，較之上世紀(jì)的規(guī)范有明顯的提高，設(shè)計(jì)試算表明，提高幅度約為5%～15 %。這是含鋼量的政策規(guī)范因素。
3、開發(fā)成本的考量
有些開發(fā)商患有含鋼量恐懼癥和對(duì)鋼筋指標(biāo)的過敏，往往先不看造價(jià)指標(biāo)而看鋼筋指標(biāo)，甚至于把鋼筋指標(biāo)多少衡量設(shè)計(jì)、審價(jià)質(zhì)量的一個(gè)最重要要素。每1平方建筑面積增加 1公斤鋼筋，每平方建筑成本增加不到5元（以鋼筋價(jià)格每噸4000元核算），其實(shí)也不算多，相對(duì)于動(dòng)輒幾萬元一平米的房?jī)r(jià)，幾乎可以忽略不計(jì)，但開發(fā)商不是這樣想的，他們認(rèn)為如果每平方能省下30公斤，建筑成本每平方可以節(jié)約150元，這相當(dāng)于整個(gè)建筑的安裝專業(yè)成本。如果開發(fā)一個(gè)30萬平方的小區(qū)，可以節(jié)省4500萬，這是一筆可觀的費(fèi)用。而開發(fā)商又聽不良設(shè)計(jì)師忽悠，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很大的優(yōu)化空間，每平方省30公斤鋼筋是完全可以實(shí)現(xiàn)的，云云,于是乎，開發(fā)商競(jìng)相以含鋼量低作為選擇設(shè)計(jì)公司的首要考量條件。至于，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高不高，安全度高不高，設(shè)計(jì)合不合理,都不在他們考慮范圍，購(gòu)房者也看不到，只要房子不倒掉就行。這是含鋼量的開發(fā)商因素。
4、設(shè)計(jì)參數(shù)
建筑設(shè)計(jì)對(duì)含鋼量影響最大的一個(gè)方面是建筑物的規(guī)則性，具體體現(xiàn)在開間、進(jìn)深、層高、平面形狀的凹凸、豎向立面的縮進(jìn)、懸挑等等。如果是平立面復(fù)雜多變，造型怪異的建筑，其含鋼量必然很大，這也是一般公共建筑(劇院、體育館等) 比同等面積的住宅辦公樓含鋼量大一兩倍的原因。此外，對(duì)于工業(yè)廠房，影響含鋼量的設(shè)計(jì)參數(shù)，則是廠房的跨度、高度、柱距、吊車噸位和樓面荷載(對(duì)多層廠房而言) 。結(jié)構(gòu)體系的選擇直接左右著含鋼量的大小。要想降低含鋼量，必須多方案比較。如美國(guó)紐約102 層的帝國(guó)大廈采用的是框架2剪力墻體系，用鋼量206kg/m2 ；而芝加哥110 層的西爾斯大廈，采用束筒體系，用鋼量?jī)H161 kg/m2，比帝國(guó)大廈降低了20%。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)方案選擇不合理造成的浪費(fèi)，往往比配筋計(jì)算的不精確造成的浪費(fèi)大得多。這是含鋼量的設(shè)計(jì)因素
5、施工變更
由于施工變更是在現(xiàn)場(chǎng)提出的，要求盡快實(shí)施，沒有時(shí)間反復(fù)計(jì)算比較，設(shè)計(jì)人員憑經(jīng)驗(yàn)做出答復(fù), 這些變更一般偏于保守。另一種常見的情況是因?yàn)椴少?gòu)不到設(shè)計(jì)所要求品種規(guī)格的鋼筋,必須進(jìn)行鋼筋代換，代換后的用鋼量多數(shù)只增不減。這是含鋼量增加的施工因素。
二、降低含鋼量對(duì)策
在滿足規(guī)范和保證結(jié)構(gòu)安全度及相同約束條件下如何降低含鋼量？應(yīng)該是合理安全前提下的含鋼量最少，而不是通過降低安全度犧牲舒適度來達(dá)到降低含鋼量目的，我是一貫反對(duì)片面的追求過低的含鋼量。任何事都有個(gè)度，超過這個(gè)度就會(huì)發(fā)生質(zhì)變病變，后果很嚴(yán)重。不是說含鋼量越少越好，過少的含鋼量是不正常的，可以基本斷定是有問題的。規(guī)范規(guī)定了最小配筋率，這是底線，必須滿足，也不要只取最小值。某些構(gòu)造和施工要求的配筋無法量化，如為防止較長(zhǎng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫而配置的溫度鋼筋及厚板架立筋等等，都是必不可少的。還有一些細(xì)部處理需要的構(gòu)造鋼筋，規(guī)范沒有明確規(guī)定，也是結(jié)構(gòu)工程師在具體設(shè)計(jì)時(shí)不能節(jié)省的。
1、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案
建筑師應(yīng)摒棄片面追求新奇怪的不良嗜好，過度的標(biāo)新立異效果往往適得其反，造型怪異的建筑不僅不符合審美標(biāo)準(zhǔn)，而且對(duì)抗震是極不不利的，且增加含鋼量和造價(jià)。采用什么結(jié)構(gòu)體系也直接影響含鋼量大小，能做落地剪力墻的就不做框支轉(zhuǎn)換層，能使短肢剪力墻減少就盡量減少。長(zhǎng)墻肢有利于降低豎向構(gòu)件的配筋率以及減少暗柱數(shù)量。例如對(duì)高層住宅采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系，從承載力方面來看，小開間結(jié)構(gòu)中墻體的作用不能得到充分的發(fā)揮。過多的剪力墻(結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度過大) 反而降低建筑延性，導(dǎo)致較大的地震作用。由于結(jié)構(gòu)自重較大，增加了基礎(chǔ)工程含鋼量。大開間剪力墻結(jié)構(gòu)體系與小開間體系相比，使用功能靈活，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理，是高層住宅設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。
2、合理的基礎(chǔ)形式
一般來說，鋼筋混凝土基礎(chǔ)耗用的鋼筋總量巨大，甚至超過上部結(jié)構(gòu)。所以對(duì)基礎(chǔ)采取什么形式，必須反復(fù)權(quán)衡。能用淺基礎(chǔ)時(shí)就不要用樁基，采用樁基時(shí)求短不求長(zhǎng)，灌注樁配筋又有通長(zhǎng)和二分之一、三分之一樁長(zhǎng)的節(jié)省辦法。此外，采用加固軟土地基新技術(shù)可以避免使用鋼筋混凝土樁，而進(jìn)行樁-土復(fù)合基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，則可減少樁的數(shù)量或樁長(zhǎng)。組合的基礎(chǔ)形式也能起到降低含鋼量作用，如樁承臺(tái)+筏板可能比純底板基礎(chǔ)形式可能更合理，在滿足相同承載力要求下能降低含鋼量。
3、采用HRB 400 級(jí)鋼筋
HRB 335級(jí)鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為f y = 300N/mm2 , HRB 400 級(jí)鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為f y = 360 N/mm2 ，兩者強(qiáng)度設(shè)計(jì)值之比為360/300 = 1.2 ，但兩者市場(chǎng)價(jià)格，HRB 400 級(jí)比HRB 335級(jí)鋼筋略高，綜合價(jià)格比為1.05。若將強(qiáng)度低的HRB 335級(jí)改為強(qiáng)度較高的HRB 400 級(jí)鋼，則可節(jié)約鋼材約14 %(1.2/1.05 - 1 = 14 %)。此外,在板構(gòu)件中采用冷軋帶肋焊接鋼筋網(wǎng)片代替普通鋼筋,節(jié)約率可達(dá)15 % 。
4、采用新型樓蓋和隔墻系統(tǒng)
樓蓋體系是建筑結(jié)構(gòu)的基本組成部分之一，其重量占整個(gè)房屋重量的22 %左右。樓蓋結(jié)構(gòu)多次重復(fù)使用，其累計(jì)質(zhì)量占建筑總質(zhì)量的很大比例。降低樓蓋質(zhì)量，大幅度減輕建筑總質(zhì)量，從而減輕地震作用；同時(shí)，還可降低墻、柱及基礎(chǔ)的造價(jià)。降低樓蓋體系自身高度，不僅可減少層高，節(jié)約建筑空間，還可降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)、管線材料及施工機(jī)具的費(fèi)用。
目前,國(guó)內(nèi)外常見的鋼筋混凝土樓蓋體系有如下幾種: ①現(xiàn)澆梁板式樓蓋; ②井字樓蓋; ③無梁樓蓋; ④預(yù)應(yīng)力框架扁梁密肋樓蓋; ⑤無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋。鋼筋用量最少的是無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋、其次是預(yù)應(yīng)力框架扁梁密肋樓蓋，鋼筋用量最多的是井字樓蓋和現(xiàn)澆梁板式樓蓋。近年出現(xiàn)了許多新研制的樓蓋系統(tǒng)，鋼筋用量減少10 %～30 %。
隔墻費(fèi)用占房屋造價(jià)的12 %左右。同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院針對(duì)一座上海地區(qū)正在建造的28層剪力墻結(jié)構(gòu)的高層住宅建筑作了采用石膏板內(nèi)隔墻系統(tǒng)與傳統(tǒng)磚石混凝土墻體系統(tǒng)的造價(jià)和經(jīng)濟(jì)性比較。研究表明，在高層住宅建筑中采用輕質(zhì)石膏板內(nèi)隔墻體系，主要的土建結(jié)構(gòu)造價(jià)(包括樓板、外墻、內(nèi)墻、梁、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系等) 比傳統(tǒng)磚石混凝土體系的土建結(jié)構(gòu)造價(jià)降低10 %，建筑工程的總造價(jià)降低4.27 %。
5、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量
有關(guān)資料表明，合理的設(shè)計(jì)可以降低工程總造價(jià)的5 %～10 % ，甚至20 %。對(duì)同一工程同類型建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)，不同設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)方案的鋼筋含量相差竟達(dá)20 kg/m2 以上(多用鋼材38 %)]。例如，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中出于方便施工、提高設(shè)計(jì)效率等諸多目的，會(huì)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行分類歸并。為了使涵蓋面更廣，往往會(huì)用較大配筋的構(gòu)件，去包羅較小配筋的同斷面構(gòu)件，以確保結(jié)構(gòu)安全度，這一過程不可避免的會(huì)增大配筋。其實(shí)應(yīng)該對(duì)電算結(jié)果中輸出的各層配筋劃分區(qū)段，使各區(qū)段內(nèi)配筋相差不大，再分段出圖。
又如，當(dāng)圖紙上出現(xiàn)模棱兩可的表述時(shí)，施工方一般是朝著有利于自身利益的方向去理解，雖然圖紙最終的解釋權(quán)在設(shè)計(jì)方，但由此造成的浪費(fèi)往往是既成事實(shí)。施工圖紙過于簡(jiǎn)單、粗糙和施工單位技術(shù)力量薄弱造成施工中的錯(cuò)誤和浪費(fèi)，屢見不鮮。
