浅谈高层建筑中含钢量的优化控制措施

 引言
近年来，城市土地价格的不断上涨，房屋建筑的成本也是不断增加，单位面积的含钢量是影响投资成本的一个重要指标，科学合理的控制高层建筑的含钢量能够有效的控制建筑成本，对于提倡节约型社会和可持续发展战略具有十分重要的意义。
1 高层建筑含钢量的一般范围
本文根据一些建筑专业网站发布的统计数据，汇总出不同类型的高层建筑的实际含钢量，如表1所示。
表1中的数据都是在不考虑桩基和地下室的情况下所得，如果考虑桩基则需要增加10%左右的含钢量，对于一些特殊工程，含钢量的差别比较大。
2 高层建筑的结构类型
高层建筑的结构类型有很多，其中最常见分类是按照建筑物的承重力以及承重材料，本文按照承重力分为钢结构、钢筋混凝土结构和组合结构，下面分别介绍这些结构。
2.1 钢结构 与其他建筑结构相比，钢结构具有难以比拟的优势，例如钢结构的强度高，抗震性能优异、韧性好以及便于施工等，但是钢结构也是具有明显的缺点，工程造价比较高和较差的耐火性，深圳地王大厦和北京京广中心属于高层建筑的钢结构的典型代表。
2.2 钢筋混凝土结构 钢筋混凝土结构在高层建筑中应用比较广泛，由于钢筋混凝土材料便于施工，因而能够施工成各种比较复杂的断面，同时这种结构具有较高的承载力的同时也能够节省大量的钢材，再加上科学合理的设计同样具有良好的抗震性能，但是此种结构也有缺点，占地面积和自重都比较大。
2.3 组合结构 组合结构的涵义就是组合两种以上的结构，主要可以分为两大类，一是使用钢材作为构件来加强钢筋混凝土结构；二是一部分结构的抗剪力结构使用钢结构，而另一部分使用钢骨钢筋混凝土结构。这种结构能够充分发挥钢筋混凝土结构的抗压性能和钢结构的抗拉伸性能，同时还能够减轻整个结构的自重，起到提升结构延性的作用。
3 影响高层建筑含钢量的因素分析
对于同一结构类型的不同建筑，其含钢量的差异是比较明显的，对一个具体的工程来说，含钢量应该是一个比较确定的数值，下面主要分析影响高层建筑含钢量的
因素。
3.1 建筑所处的地域环境 建筑所处的地区地震设防烈度较高或者基本风压要求比较高，其含钢量要求比较高，反之要求比较低；例如云南省抗震设防烈度为8度，基本加速度为0.3g；50年一遇的基本风压为0.65KN/m2，其含钢量比上海地区同结构形式的建筑高许多。
3.2 建筑专业与结构专业协作设计 建筑设计追求平面独特、立面新颖，尤其是公共建筑，从有利于抗震的角度来说，建筑平面及竖向均宜尽量简单、规则，力求对称、减少偏心，以控制建筑物的扭转效应。因此，建筑设计的目的与结构含钢量的控制是一对必然存在的矛盾。要妥善解决这一矛盾，实现综合平衡，结构专业与建筑专业之间的的沟通、反馈、协调就极贯穿设计全过程。
3.3 施工变更 高层建筑在施工过程中，由于设计阶段和工程实际情况的差异，往往会出现设计变更。设计变更一般是在施工现场提出，没有时间反复计算比较，多数情况是设计人员凭经验做出的。
4 高层建筑含钢量控制措施
4.1 优化建筑结构设计方案 建筑立面处理手法与成本造价是设计中经常出现的矛盾，悬挑较多或挑出长度较大的建筑立面往往较美观，但是造价比较高，目前许多高层住宅采用欧式风格，要求层层悬挑檐口，按钢筋混凝土设计，单方含钢量增大且抗震性能减弱，建筑设计在满足使用功能前提下，立面力求简洁、大方。例如某四层办公楼，在底层要作为25.2m×33.6m大空间会议室，中间须抽两根柱，一、二层通高，三四层层高为4.2m，结构计算后柱子截面需要1.4m×1.4m，框梁为500×1600，故三四层层高需加大，经与建筑及甲方沟通，大会议室放在三四层，一二层为8.4m×8.4m柱网，经计算柱子截面优化为0.9m×0.9m，仅顶层梁为500×1600，大大降低了造价。工程实践证明，优化建筑结构设计方案能够降低建筑的含钢量。
4.2 基础方案的优化 高层建筑地基处理方式和基础形式息息相关，采用复合地基加十字交叉梁或独基，桩筏或桩承台，其造价相差很大，须反复对比，能用浅基础时尽量不要用桩基。若采用桩筏或桩承台，基础配筋较小，但桩基施工工期较长，综合成本和工期来选择合理的地基。因此合理的地基处理方式和基础形式须反复对比优化。
4.3 对单构件作优化设计 检查梁、柱、剪力墙配筋，做到计算结果不超限，并进行截面优化。根据电算结果，合理的结构方案其竖向受力构件一般为构造配筋（配筋率0.7%～1.0%），框梁配筋率在0.7%～1.6%范围比较合理。民用建筑楼板造价占结构总造价的9%～13%，现浇双向板，宜采用考虑塑性内力重分布的计算方法，一般情况下可比按弹性计算省20%以上。
4.4 施工图要精确明了 研究资料显示，优秀的设计方案能够降低5%-10%的工程造价，工程施工过程中很多致使工程造价增加的主要原因是对施工图理解不全面或者偏差所致，施工图过于简单以及施工技术薄弱都会造成施工错误和浪费的问题。
5 结论
高层建筑结构体系的选择对含钢量的优化控制十分重要，设计和施工单位必须在满足建筑规范的前提下，采取各种含钢量控制措施，才能够有效控制含钢量，降低工程成本。