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建筑结构的钢筋含量的分析

建筑结构的钢筋含量的分析
   作者:我的建筑网      更新时间:2022-08-06      27836

导读建筑结构的钢筋含量的分析:1、结构类型,如:砖混、框架、框剪、剪力墙等; 2、基础类型,如:条基、片筏、梁筏、桩筏等; 3、抗震级别,与本地抗震设防烈度、地震加速度、场地土类别、建筑物类别相关; 4、建筑物层数,多层、高层、超高层; 5、建筑各层平面布局,是否有人防地下室?是否采用框支剪力墙?平面布局是否规整?;

建筑结构的钢筋含量的分析

建筑结构的含钢量
1  引 言
土建工程造价一般占建筑总造价(不包括工艺设备) 的70 %~80 %;在土建工程造价中,75 %为材料费。一般地,砂石价格为几十元/吨,水泥价格为几百元/吨,钢材价格却为几千元/吨。为了降低造价,要求设计者尽量减小含钢量。有的地方,设计概算的含钢量甚至成了设计能否中标的决定性因素。

2 按新规范对共计60多栋各类工程的统计:


对8度,三类场地:

框架一般每平米65~70公斤;
框剪一般每平米70~75公斤;
剪力墙一般每平米75~80公斤。
对8度,二类场地:
框架一般每平米55~60公斤;
框剪一般每平米60~65公斤;
剪力墙一般每平米65~70公斤。
对7度,三类场地:
框架一般每平米55~60公斤;
框剪一般每平米60~65公斤;
剪力墙一般每平米65~70公斤。
对7度,二类场地:
框架一般每平米45~50公斤;
框剪一般每平米50~55公斤;
剪力墙一般每平米55~60公斤。

对6度,二类场地:

框架一般每平米35~40公斤;
框剪一般每平米40~45公斤;
剪力墙一般每平米45~55公斤。
对6度,三类场地:
框架一般每平米40~45公斤;
框剪一般每平米45~55公斤;
剪力墙一般每平米50~60公斤。

北京某二十二层住宅楼 全现浇剪力墙满堂基础 地下2层,地上22层,檐高62.6米 一类工程 88.78
江苏扬州地区多层砖混住宅 30
多层框架 45
短肢剪力墙小高层住宅 60-70
"北京某工程地上三幢二十四和二十六层办公楼 全现浇框架结构满堂基础
地下3层三幛连体带车库人防,地上24/26层,檐高76.8米 一类工程
基础底板主楼厚度2000mm,其他1800~800厚" 132.22
乌鲁木齐市某高层住宅楼,剪力墙结构,地下一层,地上18层,筏板基础,檐高54.6米 64.57
乌鲁木齐市某综合楼,框架结构,地下一层,地上九层,筏板基础,檐高42.9,有部分钢骨柱、钢绞线 131.28
乌鲁木齐市某地下车库,地下一层,框架结构,筏基加独立基础 148.58
广东多层厂房 70
山东济南某项目小高层(地上11层、地下1层,满堂基础,剪力墙结构) 49
山东多层(砖混结构) 29
山西长治市晋翔小区1#楼,地下二层地上二十五层,满堂基础,檐高80米,剪力墙结构, 64
江西:12层框剪结构,地上39kg/m2,地下室246kg/m2, 57
江西:18层框剪结构,地上46kg/m2,地下室231kg/m2 78
江西:多层砖混结构,一般在25-32kg/m2,多层框架 35-40
江西:30层框剪结构 75
广州某11层建筑住宅楼,框架 43
江苏宿迁 框架结构 60
山东日照市的多层砖混结构 28-35
山东日照市的框架结构(多为条基或独立基础) 38-60
昆明(8度设防)28层框剪结构住宅 65
昆明(8度设防)框剪的别墅项目,地下一层,地上三层 46
新疆喀什(地震区8.5度设防):12层框剪结构 85
新疆喀什(地震区8.5度设防):多层砖混结构 28-33
新疆喀什(地震区8.6度设防):多层框架 55-62
上海市区某商办小高层:地上12层、地下1层,满堂基础,框架剪力墙结构 92
合肥市 高新区,11层住宅楼剪力墙结构 50
长沙一四层工业厂房 35
辽宁西部地区多层砖混 30
辽宁西部地区多层框架住宅 40
辽宁西部地区小高层 50
广东,30层的住宅含1层地下室的高层:地下室 155
广东,30层的住宅含2层地下室的高层:塔楼 45
北京工程,框架结构,地上五层裙房和两幢十八层高层连体,檐高80.2米 一类工程,基础底板主楼厚度1200mm、有大反梁,其他600~800厚 128.22
杭州。移动大楼地下2层,地上24层,框架结构,筏板基础 100
浙江这里我在的地方厂房 40
浙江砖混宿舍楼 30
河南一住宅小区,框架剪力墙结构,有人防地下室(一层),地上十八层 78
广东中山市,房地产商住楼地下一层,桩承台基础,地上十一层,通常是商铺带塔楼 54
湖北的工业厂房:造气厂房基础为桩基础,地上为框架结构七层,由于设备基础及预留孔洞多 122
浙江金华地区砖混结构 28
浙江金华地区框架结构 34
上海青浦地区有一种别墅式商铺 63
广东省七层以下住宅楼 35-40
广东省12层以下住宅楼 60-70
广东省厂房 45-55
重庆某砖混商住楼的平方含量:土建人工4.98工日,土建人工0.31工日,钢材73.16Kg,木材0.01?,水泥81.46Kg,标准砖30.03块,特细砂0.18t,碎石0.03t,商品砼0.45?,外墙面砖0.58㎡ 73.16
内蒙地区:普通砖混结构6层 36-40
内蒙地区:小高层14-16层剪力墙结构 85
广西北海:18层框架,塔楼 60.5
广西北海:砖混别墅 30.4
上海的一般厂房 45-50
上海的一般住宅 50-55
河北高层28-32层 50-60
西安市某三十三层住宅楼 全现浇剪力墙桩基础 地下1层,地上33层,檐高106.2米,总建筑面积25688平米,一类工程 60.78
西安市纯剪力墙结构一层地下室 60
浙江某多层住宅楼 框架结构填充墙 51.5
苏州我抽过的砖混住宅 25-28
苏州我抽过的多层框架 35
苏州我抽过的短肢剪力墙小高层住宅 60
丹东某工程地上三幢二十四和二十六层办公楼 全现浇框架结构满堂基础 地下3层三幛连体带车库人防,地上24/26层,檐高76.8米 一类工程 132.22
江苏太仓某家居商场,地上三层,地下停车场一层,框架结构,建筑面积:36876M2层高5.4M 60.17
扬州某小区住宅,地下一层,地上七层,筏板基础(还有的是条形基础或者独立基础)、砖混结构 28-30
九江地区6+1层,主体:钢筋混凝土框架结构,基础:钢筋混凝土独立基础 32-40
江苏常州住宅: 地上23层、地下一层,剪力墙结构 54
江苏常州住宅:办公楼:框剪结构,地上26层,地下为一层人防地下室 72
山东省烟台市某5层办公楼,地下1层,地上4层,框架结构,女儿墙顶标14.10高米,二类工程,抗震7级 40.25
安徽省六安市某3层厂房,层高均为4.2m,框架结构,长83.6,宽48m,梁跨度8m,最大梁截面350*700,螺纹钢均为2级钢,屋面四周为钢筋混凝土栏板,二类工程,抗震7级,人工挖孔桩基础 51
铜川市有一21层商住楼,地下一层车库,地上3层商场,其上住宅 73
咸阳一商住楼,地下一层、地上十八层,剪力墙结构 47
青岛地区:十一层短肢剪力墙、建筑面积:6224m2 65.8
青岛地区:地下一层地上二层办公楼:74.98kg;建筑面积:1132.34m2 74.98
青岛地区:十九层短肢剪力墙住宅:43.24kg;建筑面积:8836m2 43.24
青岛地区:钢结构砖混厂房:14.41kg。建筑面积:2900.59m2 14.41
北京这边的话,一般轻型钢结构厂房用钢量 23-35
安徽马鞍山:多层砖混住宅 18-28
安徽马鞍山:短肢剪力墙小高层住宅 55-70
安徽广德6层砖混结构,檐口高度18.2米,无地下室 69
安徽广德11层框架结构,檐口高度32.6米。地下一层为地下车库。上部结构含钢量 79
安徽广德11层框架结构,檐口高度32.7米。地下一层为地下车库。地下车库含钢量 115


3  影响含钢量的因素
表1~5 的数据说明:即使是同一结构类型的建筑,其含钢量也有多有少,差值可达一两倍。但是,对于一个具体的工程来说,含钢量应该为确定的数值。那么,哪些因素会影响含钢量?
3.1  自然条件
作用在建筑结构上的外力,主要有地震作用和风荷载。处在抗震设防烈度高或者风压大的地区,含钢量高,反之较低。在气候恶劣、温差变化剧烈的地区,为抵抗温度应力,增加抗拉性能优良的钢筋的配置,是工程师常用的办法。建筑场地土质差,浅层土承载力低,持力层埋深大时,需要采用桩基础或很厚的钢筋混凝土筏板,含钢量较大。
3.2  政策法规
长期以来,我国因缺少钢材而对建筑用钢加以限制。从1996 年钢产量首次超过一亿吨大关,跃居世界第一位以后,我国钢产量连年增长,并一直保持钢产量世界排名第一的位置。目前,我国钢材年产量已超过4 亿吨,国家开始出台优惠政策,鼓励建筑行业积极合理地推广应用钢结构。1997 年11 月建设部发布的《中国建筑技术政策(1996~2010 年)中,明确提出发展建筑钢材、建筑钢结构和建筑钢结构施工工艺的具体要求,使中国长期以来实行的"节约钢材"政策转变为"合理用钢"政策。设计规范作为上层建筑,必然反映时代社会经济的特色和需要。短缺经济的主要倾向是竭尽全力去约束消费和限制投资,并伴以过多的行政干预来加以保证。设计规范的低安全度和某些荷载标准值的过低取值,也是短缺经济造成的。为了增强延性和防倒塌能力,主要还得靠合理加大构造用钢量。我国混凝土结构设计规范对各类构件中受拉和受压纵向钢筋最小配筋率的规定,最早引自原苏联规范,取值偏低。2002版的混凝土设计规范,对非抗震结构中受弯、偏心受拉和轴心受拉构件中的受拉纵向钢筋最小配筋率改用特征值表达式和下限值相结合的取值方案,使其取值水准适度提高;通过对抗震框架梁受拉纵向钢筋最小配筋率增加特征值表达式,适度提高了其在混凝土强度等级偏高情况下的取值;适度提高了非抗震受压构件和抗震框架柱的纵向钢筋最小配筋率取值;新增了基础底板最小配筋率的取值规定。2002版规范基于以上理由,对建筑结构的含钢量要求,较之上世纪的规范,有明显的提高,设计试算表明,提高幅度约为5%~15 %。
3.3  设计参数
建筑专业的设计,对含钢量影响最大的一个方面,是建筑物的规则性,具体体现在开间、进深、层高、平面形状的凹凸、竖向立面的缩进、悬挑等等。如果一座总面积不大的房子,开间、进深、层高各不相同,平面立面多有变化,其含钢量必然很大,这也是一般公共建筑(剧院、体育馆等) 比同等面积的住宅办公楼含钢量大一两倍的原因。此外,对于工业厂房,影响含钢量的设计参数,则是厂房的跨度、高度、柱距、吊车吨位和楼面荷载(对多层厂房而言) 。吊车吨位200t的重型厂房,采用全钢结构,含钢量300 kg/m2 并不算多。结构专业的设计,直接左右着含钢量的大小。要想降低含钢量,必须多方案比较。如美国纽约102 层的帝国大厦采用的是框架2剪力墙体系,用钢量206kg/m2 ;而芝加哥110 层的西尔斯大厦,采用束筒体系,用钢量仅161 kg/m2 ,比帝国大厦降低了20%。在结构设计中,结构方案选择不合理造成的浪费,往往比配筋计算的不精确造成的浪费大得多。
3.4  施工变更
由于施工变更是在现场提出的,要求尽快实施,没有时间反复计算比较,设计人员凭经验做出答复, 这些变更一般偏于保守。另一种常见的情况是因为采购不到设计所要求品种规格的钢筋,必须进行钢筋代换,代换后的用钢量多数只增不减。据决算部门统计,施工变更造价占整个工程造价的比例达10 % ,有时甚至更多,这其中就有含钢量增加的因素。
4  降低含钢量的措施
4.1  优化设计方案
建筑师应能同结构师一道,摒弃片面追求新奇,使建筑平面规则整齐,体型简洁协调,设计出自然和谐、美观大方的建筑,从而达到建筑、结构和经济的协调统一。采用什么结构体系对于工程造价关系重大,能做落地剪力墙的就不做框支转换层,能使短肢剪力墙减少就尽量减少。长墙肢有利于降低竖向构件的配筋率以及减少暗柱数量。长肢墙使得暗柱数量大为减少,其边缘构件纵向筋配筋率往往较低。例如对高层住宅,一般采用钢筋混凝土剪力墙结构体系。从承载力方面来看,小开间结构中墙体的作用不能得到充分的发挥。过多的剪力墙(结构的侧向刚度过大) ,还会导致较大的地震作用。由于结构自重较大,增加了基础工程的投资。大开间剪力墙结构体系与小开间体系相比,使用功能灵活,经济指标合理,是高层住宅设计的发展方向。
4.2  合理的基础形式
一般来说,钢筋混凝土基础(包括混凝土桩) 的配筋率并不高,但因其工程量大,耗用的钢筋总量仍是巨大的。所以对基础采取什么形式,必须反复权衡,能用浅基础时就不要用桩基,采用桩基时求短不求长,灌注桩配筋又有通长和二分之一、三分之一桩长的节省办法。此外,采用加固软土地基新技术可以避免使用钢筋混凝土桩,而进行桩-土复合基础的设计,则可减少桩的数量或桩长。凡此种种,每一项均可大大减少用钢量。
4.3  采用HRB 400 级钢筋( 新Ⅲ级钢筋)
Ⅱ级钢筋( HRB 335) 强度设计值为f y = 300N/mm2 , 新Ⅲ级钢筋强度设计值为f y = 360 N/mm2 ,新Ⅲ级钢筋强度设计值与Ⅱ级钢筋强度设计值之比为360/300 = 1.2 ; 新Ⅲ级钢筋目前的市场价格比Ⅱ级钢筋略高,综合价格比为1.05。若将强度低的Ⅱ级钢筋改为强度较高的Ⅲ级钢筋用于建筑,则可节约钢材约14 %(1.2/1.05 - 1 = 14 %) ,这是降低含钢量最直接的措施。此外,在板构件中采用冷轧带肋焊接钢筋网片代替普通钢筋,节约率可达15 % 。
4.4  采用新型楼盖和隔墙系统
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 %。隔墙费用占房屋造价的12 %左右。同济大学建筑设计研究院针对一座上海地区正在建造的28层剪力墙结构的高层住宅建筑作了采用石膏板内隔墙系统与传统砖石混凝土墙体系统的造价和经济性比较。研究表明,在高层住宅建筑中采用轻质石膏板内隔墙体系,主要的土建结构造价(包括楼板、外墙、内墙、梁、基础结构体系等) 比传统砖石混凝土体系的土建结构造价降低10 % ,建筑工程的总造价降低4.27 %。
4.5  设计精打细算,出图准确明白
有关资料表明,合理的设计可以降低工程总造价的5 %~10 % ,甚至20 %。对同一工程同类型建筑进行设计,不同设计人员设计方案的钢筋含量相差竟达20 kg/m2 以上(多用钢材38 %)] 。例如,在实际设计过程中出于方便施工、提高设计效率等诸多目的,会对构件进行分类归并。为了能涵盖面广,往往会用较大配筋的构件,去包罗较小配筋的同断面构件,以确保结构安全度,这一过程不可避免的会增大配筋。其实应该对电算结果中输出的各层配筋划分区段,使各区段内配筋相差不大,再分段出图。
又如,工程中常将二跑楼梯一律设计成板式楼梯。实际上,当梯板跨度大于3 m 或活荷载较大时,就应设计为梁式楼梯。如一个梯段跨度316 m、活载215 kN/m2 的楼梯,采用板式楼梯时,板厚为130mm ,混凝土用量为115 m3 ,钢筋用量为50 kg ,而采用梁式楼梯时,踏步板的底板厚度为40 mm ,斜梁截面b ×h = 150mmx250mm ,总混凝土用量为113m3 ,钢筋用量为26 kg ,显然,梁式楼梯更为经济。此外,很多工程造价的增多,往往是由于施工方对图纸理解不全面或理解偏差所致。当图纸上出现模棱两可的表述时,施工方一般是朝着有利于自身利益的方向去理解,虽然图纸最终的解释权在设计方,但由此造成的浪费往往是既成事实。施工图纸过于简单、粗糙和施工单位技术力量薄弱造成施工中的错误和浪费,屡见不鲜。最后还须指出,文中虽然提出了一些降低含钢量的措施,但并不提倡含钢量越少越好。规范规定了最小配筋率,某些构造和施工要求的配筋却无法量化,如为防止较长结构产生裂缝而配置的温度钢筋及厚板架立筋等等,都是必不可少的。还有一些细部处理需要的构造钢筋,规范没有明确规定,也是结构工程师在具体设计时不能节省的。
建筑结构成本谈含钢量控制
建筑结构设计原则是:在安全、符合现行国家规范前提下,做到经济合理。作为结构设计师总是希望越安全越好,但作为投资方总是希望成本越低越好。有经验的投资方采用含钢量(每平米钢筋用量=钢筋总用量除以总建筑面积)来衡量建筑结构设计是否经济的标准。这种做法有一定的偏颇,因为影响用钢量的因素很多,大概有以下几种:

1、结构类型,如:砖混、框架、框剪、剪力墙等;
2、基础类型,如:条基、片筏、梁筏、桩筏等;
3、抗震级别,与本地抗震设防烈度、地震加速度、场地土类别、建筑物类别相关;
4、建筑物层数,多层、高层、超高层;
5、建筑各层平面布局,是否有人防地下室?是否采用框支剪力墙?平面布局是否规整?;
只用含钢量来衡量,无法涵盖上述各因素的影响。但如果只是概而论之,再加上具体修正,也能反映出结构设计的经济合理性。
根据各种结构类型不同分述如下:
一、砖混结构:
砖混结构钢筋主要用于以下结构构件
1、现浇板(卫生间、厨房、阳台、现浇板带);
2、现浇受力梁(包括悬挑梁);
3、现浇构造柱;
4、现浇圈梁;
5、配筋砖砌体;
6、预制板及墙体内构造、锚拉钢筋;
如果建筑平面合理,符合抗震要求,就能减少构造柱、配筋砖砌体的数量,降低含钢量,反之,建筑平面凸凹不平,墙体无法贯通,为满足抗震验算势必要多设构造柱、配筋砖砌体,造成含钢量的大幅上升也不足为怪,甚至可以超过30公斤/ m2。
如:一个商住小区,砼条基,埋深三米,底层楼板为现浇架空层(底层每套房内有一个房为预制板,在架空层模板折除后封起来),构造柱较多,带观景阳台(面积折半),客厅较大,开间4.5米(板厚12cm),其它楼层板10cm,屋面坡层面(42%可计算面积)双层双向配筋板12cm,卧室和客顶窗带飘窗和空调板(算不了面积).三室两厅两卫套型为主,钢筋含量达到36kg/m2。
抗震设防烈度 地震加速度 墙下刚性条基 墙下钢筋砼条基 墙下筏板基础
8度区 0.30g 22~24公斤/m2 24~26公斤/m2 28~30公斤/m2
0.20g 21~22公斤/m2 22~24公斤/m2 26~28公斤/m2
7度区 0.10g 19~21公斤/m2 20~22公斤/m2 23~26公斤/m2
0.15g 20~22公斤/m2 21~23公斤/m2 25~27公斤/m2
6度区 0.05g 19~21公斤/m2 20~22公斤/m2 23~26公斤/m2

下表列出了砖混结构的经济含钢量(建筑平面规则,现浇梁、板较少,大部分为预制构件):
抗震设防烈度 场地土类别 框架结构 框架剪力墙结构 剪力墙结构
8度区 Ⅱ 55~60公斤/m2 60~65公斤/ m2 65~70公斤/ m2
Ⅲ 65~70公斤/ m2 70~75公斤/ m2 75~80公斤/ m2
7度区 Ⅱ 45~50公斤/ m2 50~55公斤/ m2 55~60公斤/ m2
Ⅲ 55~60公斤/ m2 60~65公斤/ m2 65~70公斤/ m2
6度区 Ⅱ 35~40公斤/ m2 40~45公斤/ m2 45~55公斤/ m2
Ⅲ 40~45公斤/ m2 45~55公斤/ m2 50~60公斤/ m2
Ⅲ 40~45公斤/ m2 45~55公斤/ m2 50~60公斤/ m2

上表数据以2级钢筋为准,如采用3级钢筋,每平米可减少1~2公斤。层数以抗震规范规定的最高层数为准。
混凝土用量折算厚度28~33cm/m2(建筑面积)。
底层框架的底框部分(不包括上部砖混和下部基础)的含钢量约为100公斤/ m2(7度区)。
二、现浇钢筋砼结构(一般民用建筑):
现浇钢筋砼结构的含钢量和所采用的结构形式、建筑物高度、抗震设防烈度、地震加速度、场地土类别、抗震构件的设防级别、轴网(开间)尺寸、填充墙自重、是否有人防地下室、是否有转换层相关。
下表列出了一般情况下(无人防地下室、没有转换层、没有超过9米的大开间)的民用建筑现浇钢筋砼经济含钢量:上表数据以2级钢筋为准,如采用3级钢筋,每平米可减少4~5公斤。
剪力墙结构混凝土用量如下:
小高层11~12层住宅              混凝土用量折算厚度35cm/m2(建筑面积)
高层17~18层住宅                混凝土用量折算厚度36cm/m2(建筑面积)
高层30层住宅(总高度94m)      混凝土用量折算厚度42~47cm/m2(建筑面积)
高层酒店式公寓28层(总高度90m) 混凝土用量折算厚度38~42cm/m2(建筑面积)
剪力墙结构高层住宅剪力墙面积与楼层面积之比:
开间小于3.9m时     8%~10%
开间大于3.9m时     6%~8%
人防地下室可参考以下工程实例:
平战结合的地下室,地下一层,底板40cm筏板有梁式,顶板30cm, 四周围护墙35cm,抗渗S8,面积4000平方,有车道,有防爆室和消毒室(砼结构)。钢筋含量185kg/m2。
 
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