多层框架结构设计降低含钢量的一些措施

人工砂中石粉含量越高，坍落度降低就越明显。这

是因为，等质量的砂与石粉相比，石粉比砂的比表面积大许多，能吸收较多的水分，从而减少浆体内自由水分数量［８］。

３．９．６石粉含量与粘聚性、保水性

石粉是由大量微细颗粒组成，在拌合物中可起到

非活性填充料的作用，在一定程度上可弥补水泥用量不足，从而提高混凝土拌合物的粘聚性和保水性［８］。

３．９．７石粉含量与泵送性

适量石粉可作混凝土的外掺料，是一种良好的原

浆剂，可提高混凝土的泵送性能。

４人工砂的应用

（１）１９５７年，贵州省贵阳市兴建的万吨大冷库及

五万绽棉纺厂基础工程，统一使用了陈家坡人工砂。

（２）上个世纪７０年代建设的贵州乌江渡水电站枢纽，

是我国在岩溶地区兴建的第一座大型水电站，也是我国第一座采用人工砂石料建成的大型水电工程［５］。

（３）我国最大的三峡工程，人工砂石料在混凝土大坝中所占的比例约为８８％。

参考文献

［１］ＧＢ／Ｔ１４６８４—２００１

建筑用砂［Ｓ］．

［２］陈家珑．尾矿利用与建筑用砂［Ｊ］．金属矿山，２００５（１）：７１－７４．［３］李国轩．水利水电工程勘察设计施工新技术实用手册［Ｍ］．长春：吉林摄影出版社，２００２，４６９－４７０．

［４］中国水力发电工程学会．全国水电青年技术干部报告会论文集［Ｃ］．１９８５．

［５］水利电力部第八工程局．乌江渡施工技术［Ｍ］．北京：水利电力出版社，１９８７，７３－７４．

［６］张贤传，等．选择人工砂混凝土配合比参数的几点意见［Ｊ］．辽宁建材，２００６（２）：３２－３３．

［７］夏铭，等．人工砂粉煤灰混凝土试验研究和配合比设计［Ｊ］．粉煤灰综合利用．２００５（４）：３３－３４．

［８］

杨新磊，等．人工骨料在混凝土中的应用研究［Ｊ］．粉煤灰的综合利用．２００５（４）：２５．

钢筋混凝土结构设计的新规范实施几年了，各方都在为结构含钢量的提高而困惑，当然，新规范为提高

结构可靠度而增加的１０％￣１５％含钢量是合理的，但超出此范围的钢筋含量就值得设计人员深思。如何在满足新规范要求的前提下，有效降低结构的含钢量，一直是业界的共同追求，以下从几个方面来简述减少含钢量的一些措施。

多层框架结构设计降低含钢量的一些措施

何

湘

（天元建筑设计有限公司，５２８３０３

广东佛山）

摘

要：合理的结构布置是减少含钢量的前提，正确的荷载取值是减少含钢量的基础，慎重的选择计算参数

是减少含钢量的有力保障，构造措施要适度，只有深刻理解规范条文和设计人员对结构设计的不断优化，才能做出既安全又经济的结构。

关键词：框架；结构设计；含钢量中图分类号：ＴＵ３７５．４

文献标识码：Ａ

文章编号：１０００－４７２６（２００７）１１－０８６３－０３

ＭＥＡＳＵＲＥＳＴＯＲＥＤＵＣＥＳＴＥＥＬＣＯＮＴＥＮＴＩＮＤＥＳＩＧＮＯＦ

ＭＵＬＴＩ－ＳＴＯＲＥＹＦＲＡＭＥＳＴＲＵＣＴＵＲＥ

ＨＥ

Ｘｉａｎｇ

（ＴｉａｎｇｙｕａｎＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅＤｅｓｉｇｎｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，５２８３０３，Ｆｕｓｈａｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｄｕｃｉｎｇｓｔｅｅｌｃｏｎｔｅｎｔｄｅｐｅｎｄｓｕｐｏｎｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｒｉｇｈｔｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆ

ｌｏａｄｖａｌｕｅａｎｄｔｈｅｄｉｓｃｒｅｅｔｃｈｏｉｃｅｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒａｓｗｅｌｌａｓａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓ．Ｏｎｌｙｂｙｄｅｅｐｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｏｎｏｎｔｈｅｃｏｄｅｓａｎｄｎｏｒｍｓａｎｄｉｎｃｅｓｓａｎｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎ，ｃａｎｉｔｂｅｐｏｓｓｉｂｌｅｔｏｗｏｒｋｏｕｔａｓａｆｅａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｒａｍｅ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎ；ｓｔｅｅｌｃｏｎｔｅｎｔ

收稿日期：２００７－０７－１８

作者简介：何湘（１９６１－），女，湖南长沙人，天元建筑设计有限公司，一级注册结构工程师。

建筑技术ＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

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第３８卷第１１期２００７年１１月

Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．１１Ｎｏｖ．２００７

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・

１合理的结构布置是减少含钢量的前提

合理的结构布置是全体结构师们一生的追求，如何在满足建筑要求的前提下做出最合理的结构布置是一门很深的学问，需要结构师有丰富的实践经验，良好的力学基础和高度的敬业精神。还有一点往往被我们所忽视，那就是结构师也应略通一点建筑学的知识，在方案阶段就参与设计，那么很多矛盾就会在前期得到化解。只有与建筑师有了更深层次的沟通，一个好的结构布置才有可能诞生。新规范对抗震设计提出了更高的要求，如果一个平面方案先天就存在缺陷：如竖向不规则，平面大开洞，凹凸不规则等，那么再好的建筑都是无用的，云林县斗六市大智路中山国宝二期１２层住宅的震后结果就是最好的例证。该方案平面极其不规则，且各塔块之间连接薄弱，虽然获建筑设计金奖，但９２１大地震后破坏严重，不可修复，故建筑师们应略懂一些结构抗震的知识。

２正确的荷载取值是减少含钢量的基础

荷载输入值的计算是否正确，关系到整个工程的含钢量是否正常，应认真对待。附加恒载值应按建筑大样详细计算，活载应根据建筑功能严格按《建筑结构荷载规范》ＧＢ５０００９—２００１和《全国民用建筑工程设计技术措施》取值，不要擅自放大，对于一些特殊功能（如仓贮式超市、殡仪馆骨灰存放处等）的建筑，应会同甲方共同测算活荷载的取值。对于ＧＢ５０００９—２００１第４．１．２条可折减的项目，应严格按所列系数折减，尤其是消防车活载。对工业建筑，原则上应按工艺设计中设备的位置确定活载取值，此时活载是不折减的。如果按ＧＢ５０００９—２００１附录Ｃ取值，活载也不折减，但应分别对板、次梁及墙柱基础取不同值进行分步计算，取相应的计算结果对各构件配筋。如果对工业建筑的活载只取笼统值计算，结果只有不安全，或者不经济。

３慎重的选择计算参数是减少含钢量的有力保障

目前的结构计算软件都有大量的参数需要用户自定，这些参数的确定直接影响着含钢量的变化，因此，必须弄清楚每个参数的内涵，才能正确地选择。笔者通过大量工程试算，对以下几个参数的选择提出自己的看法。

３．１周期折减系数

该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。实际上，周期折减系数应根据填充墙的实际分布情况来选择，笔者认为，按龚思礼编著的《建筑抗震设计手册》第３６１页表５．２．２－１条选择比较合理，即根据有填充墙框架榀数与框架总榀数之比值，考虑有无门窗洞口查表选择。通过对一个５层框架结构（办公楼）工程的计算，分别用周期折减系数０．７和０．８５来比较，前者比后者柱配筋增加了１０％～２０％。《高层建筑混凝土结构技术规程》（ＪＧＪ３—２００２）第３．３．１７条提供了框架周期折减系数的参考值，但笔者认为，生搬硬套规范的作法是不可取的，一定要根据工程的实际情况来选择。

３．２梁弯矩放大系数

该参数是程序开发早期为没有做活载最不利布置而设定的，目前结构计算软件如ＴＢＳＡ６．０、ＳＡＴＭＥ、广厦等均有活载不利布置的功能，故该系数不再需要放大，部分设计人员依然沿用以前的作法将该系数填１．１或１．２，实际上完全是不必要的浪费。如果该系数做了放大，ＳＡＴＷＥ是正、负变矩同时放大，那就更没有必要了。

３．３梁刚度放大系数

梁刚度放大系数主要是考虑现浇楼板作为梁的有效翼缘形成Ｔ形或┎形截面梁，提高了楼面梁的刚度，而计算时梁是作为矩形截面输入的，故设此调整系数。一般作法是中梁取值２、边梁取值１．５。该系数与梁高、板厚、板的边界条件有关，对于无中、边梁搜索的软件，如果取一个值计算显然不对，应取不同值分步计算确定。笔者取３００×９００，翼缘厚度１００，ｂｆ取６倍板厚计算得刚度放大系数为１．７６，并没有２倍。故人为放大的梁刚度而引起的配筋增加是毫无意义的。

３．４地震信息的选择

目前结构计算软件在地震信息的输入中都有３个选项：耦连、偶然偏心、双向地震，不同的选择，结构竖向构件有不同的用钢量。据ＳＡＴＷＥ软件开发人员统计，框架结构考虑双向地震作用的柱配筋比单向地震作用时增加了５％￣８％，框剪结构增加了２０％￣５０％，故我们不能盲目地选择，而是要弄清楚三个选项的意义，有的放矢。耦连、偶然偏心、双向地震三个概念均是为考虑水平地震作用下结构产生的扭转效应而提出的，应视结构在水平地震作用下产生扭转效应的轻重而定。如何判断结构是否扭转严重，目前很多专家及一些新规范的讲座都一致认为，用层位移比来表达较为合适，《建筑抗震设计规范》（ＧＢ５００１１—２００１）第３．４．２条及３．４．３条也有提及。笔者认

・８６４・２００７年第１１期

为，黄小坤发表在《土木工程学报》２００４第三期的文章“《高层建筑混凝土结构技术规程》若干问题解说”中的提法比较合理，即当楼层最大弹性水平位移（或层间位移）与该层两端弹性水平位移（或层间位移）的平均值比值大于１．２较多，一般Ａ级高度大于１．４，Ｂ级高度或复杂高层大于１．３，则可认为结构扭转比较明显，需要考虑双向地震作用。多层结构参考高层取值。当多层框架层位移比超限时，也可通过以下措施作调整：（１）加强外边框架梁；（２）加大柱截面；（３）改变柱的方向，尽量使位移比小于１．４，从而也就不用考虑双向地震作用了。

４构造措施要适度，不要做“过”

结构的构造措施对保证结构的安全性起到了重要的作用，规范对结构各构件的构造有详细界定，设计中必须严格执行，但擅自提高标准也是没有必要的。

４．１基础梁配筋

目前较多设计者都将与承台相连的地基梁作为一层输入进入整体计算，笔者认为，这样做既不准确也不经济，因为当承台与基础梁相连时，由于承台自身的尺寸使得基础梁跨度小于输入跨度，故配筋会相应增大，按２５０×６００的地梁计算，当跨度由６ｍ增至６．８０ｍ时，负筋增加了２０％。笔者认为，当梁上无竖向荷载时，宜按《广东省地基规范》（ＤＢＪ１５—３１—２００３）第１０．５．３．４条考虑承担水平拉力，拉力取值为相邻柱轴力较大者的１／１５（７度）或１／１０（８度），同时，梁满足最小配筋率的要求。

４．２梁构造腰筋的设置

《混凝土结构设计规范》（ＧＢ５００１０—２００２）第１０．２．１６条规定：当梁腹板高度ｈｗ≥４５０时，梁每侧的纵向构造腰筋的截面面积不应小于腹板截面面积的０．１％，且其间距不宜大于２００ｍｍ。此规定是为防止有可能在梁侧面产生垂直于梁轴线的收缩裂缝而制订的，但目前很多设计人员无论梁宽多少均用１２的钢筋，实际上对于梁宽不大于２５０的梁，如果腰筋间距取２００，１０的钢筋就足够了。一般作法是先满足构造腰筋的间距，再反算钢筋直径，这样就不会仅满足数量上的要求而忽略规范对间距的要求。

４．３框架梁的架立筋的设置

部分设计人员认为只要是抗震设计，梁就应该设置上部的通长筋，作法是将支座的２２或２５的钢筋取２根通长布置，这种作法对三级、四级框架来说完全没有必要。《建筑抗震设计规范》（ＧＢ５００１１—２００１）第６．４．３．１规定：沿梁全长顶面和底面配筋，一、二级不应少于２１４，且分别不应少于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的１／４，三级、四级不应少于２１２。该规定并没有要求梁上部的钢筋做成通长筋。《高层建筑混凝土结构技术规程》（ＪＧＪ３—２００２）编制组发行的宣贯培训教材第６－６页有这样一段话：“过去的规范中，曾规定沿梁全长应布置贯通梁全长的钢筋，这个规定是不妥当的，首先，每根钢筋的长度有限，不可能贯通全长，必然会有接头，既然要有接头，就可以分段布置。”由此，我们很容易认识到框架梁的架立筋是不用通长布置的，只是与支座负筋搭接时应满足抗震设计的要求即可。笔者通过对三级框架梁不同跨度和不同直径的支座负筋比较，认为当梁跨度＞４ｍ，且支座负筋≥２０时，梁的架立筋满足规范要求即可。反之，宜将支座负筋拉通，这样既省略了钢筋裁剪也节约了钢筋的搭接长度，更符合我们节省的初衷。

４．４板的最小配筋率应用

《混凝土结构设计规范》（ＧＢ５００１０—２００２）第９．５．１条规定的最小配筋率是针对纵向受力钢筋而言的，对于现浇板简支边负筋满足《混凝土结构设计规范》第１０．１即可，不论板的边界条件如何均按最小配筋率配筋显然没有必要。以板４ｍ×５ｍ为例，三边嵌固一边简支，板厚１２０ｍｍ，采用Ｃ３０，ＨＰＢ２３５，简支边按最小配筋率配筋计算要８＠１２０，而按《混凝土结构设计规范》第１０．１条只需８＠２００，此时简支边负筋配筋相差了４０％。

５结束语

减少结构的含钢量有多种途径，我们坚决反对违反规范要求的所谓的“节省”，只有深刻理解了规范条文和设计人员对结构计算的不断优化，才能做出既安全又经济的结构。

参考文献

［１］ＧＢ５００１１—２００１建筑抗震设计规范．

［２］ＧＢ５００１０—２００２混凝土结构设计规范．

［３］ＤＢＪ１５—３１—２００３广东省建筑地基基础设计规范．

［４］ＪＢＪ３—２００２高层建筑混凝土结构技术规程．宣贯培训教材．［５］ＳＡＴＷＥ用户手册及技术条件．

［６］黄小坤．高层建筑混凝土结构技术规程若干问题解说．土木工程学报，２００４（３）．

［７］徐培福，傅学怡，等．复杂高层建筑结构设计．

［８］李国胜．多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例．［９］王亚勇，戴国莹．建筑抗震设计规范疑问解答．

［１０］华昕若，等．应用荷载新规范中应注意的一些问题．建筑技术，２００５（８）．

何湘：多层框架结构设计降低含钢量的一些措施・８６５・