结构优化之二宝剑

引言

在剪力墙住宅结构中，钢筋含量、混凝土含量作为经济性指标的花魁，备受关注。

钢筋含量和混凝土含量

是好朋友，乃真爱。


混凝土结构

出现后的这100年以来，他们总是形影相随、不离不弃。受以前钢筋材料单价高的影响，开发商最喜欢哔哔的就是含钢量多少多少。开发商的茄喱啡都嚷嚷少钢筋才是王道，开口闭口含钢量，而现在，开发商的限额指标中也包含了砼含量。

我以为钢筋混凝土结构中，混凝土、钢筋属于皮毛的关系，砼为皮，钢为毛。



没有了钢毛，砼皮可以存在，称为素砼结构；没有了砼皮，钢筋就是一堆铁，即“皮之不存毛将焉附”，那属于钢结构。

结构优化之大宝剑：混凝土含量

钢


筋混凝土结构中含砼量直接关系到含钢量，并且作为含钢量的前提。



于是结构成本控制及优化过程中，含砼量就显得尤其重要了。

 案例 


 湖北某6度



区99.7m常规剪力墙住宅结构，限额含砼量为0.35m3/m2。这个数据何解？也就是说，单层结构墙、梁板、二次结构折算相当于350mm厚混凝土板。

实际结果为：

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  竖向墙柱的砼含量为0.139m3/m2，折算为139mm厚混凝土板。
  
  

  
  


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  水平梁板的砼含量为0.162 m3/m2，折算为162mm厚混凝土板。
  
  

  
  

  
  
  其中：梁0.060，板（含楼梯）0.102。
  
  

  
  

  
  
  
  

  
  

 分析 

 该楼主体结构含砼量为0.321m3/m2，低于限额指标约8.3%。

剪力墙结构



仅从构件含量指标上看，各种构件含量有明确的对应的经济折算板厚。只要建筑设计没有特别，基本都在这个范围内。

竖向墙柱与水平梁板



之间关系主要取决于结构方案，一般而言，方案合理的情况下两者会同时下降，没有特别明确的关系，有点暧昧。

而同为水平构件的梁与板



的关系则是基本呈反比，但总量居于一定。这个很好理解，板薄了，承载力降低，相应板跨减小，板数量增加，梁数量就相应增加；板厚了，相应板数量增加，梁就少了。一强一弱，相辅相成。

那么最经济的构件折算板厚到底该是多少？一万种。没有最经济的，搞结构的没人会把这个话说死，说穿了就是那个feel，一片落叶过大江，全凭一股浪劲儿。常规经验控制在上述厚度浪个5%较合理。

既然含砼量这么浪，就扯扯混凝土含量优化控制的「大宝贱」，各位

看官评评大宝贱不贱。

从设计管理中控制

结构设计常规按照方案、扩初、施工图来。现在设计工期不断被压缩的时候，扩初常常跟着施工图一下子出来。结构方案及墙体布置确定后，砼含量基本确定。

常常当甲方核算含砼量偏高时候，设计单位生米煮成熟饭了，熟饭了……这个时候甲方说含量高了退回优化，设计单位也只能面带桃花心里有ma(四声)……

对甲方而言，扩初阶段的砼含量乃整个结构成本控制及优化的重中之重



，然而这个阶段过得太快而且容易忽视，常常因现场图纸紧要被甲方及设计单位一带而过。

作为甲方设计管理人员需重视扩初阶段提供的主要参数，并进行复核，关注经济性指标。万科、恒大等头牌开发商都要求设计单位完成

扩初后需甲方签字确认后方可进入施工图阶段。

从设计过程中优化

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  砼含量的总量 
  
  

  
  

  
  
  
  

  
  

设计单位难以控制含砼量的主要原因就是砼含量值迟于施工图而带来结构布置修改上的痛苦，设计概算基本无用。

那么怎么治这种不服呢？——重新建立计算模型，将恒载及活载取值为

0，仅计算竖向荷载，然后读取总信息中总质量M。

砼含量：Ccon=M*g/γ*S

g为重力加速度，S为总建筑面积，γ为砼容重

扩初

阶段需将此值严格控制在合理范围，要坚定党性，保持政治正确性。

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  墙的砼含量
  
  
  
   
  
  
  

  
  

  
  
  
  
  
  

  
  

在总量控制在合理范围的前提下，墙与梁板的含砼量分配就是结构优化的过程。这里有个参数叫做含墙率，经验值是5%～6%。这个数是咋来的呢？私认为，标准层面积S，33F，单位面积重度约15kN/m2，接近百米的高层轴压比限制为0.6。

假设砼等级按C45，含墙率Ac/S=33*15*0.001/(0.6*21.1)=3.9%，如果砼等级按C40计，则含墙率Ac/S=4.3%，这个是竖向荷载极限值的含墙率。考虑风和地震放大20%～30%，就接近了经验值了。

将结构布置的含墙率控制在经验值范围内，剩下的梁板按部就班布置，基本上限额控制没有问题了。此时，含墙率乘以层高就可以得到墙的砼含量了。（可参考一并阅读：向中海学成本~布墙率（中））

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  梁板的砼含量
  
  
  
   
  
  
  

  
  

  
  
  
  
  
  

  
  

梁板砼含量一般是略大于墙的，经验数据约大于15%，所以梁板的砼含量控制的效果也是可观的。个人认为，梁板的砼含量属于施工图精细化设计的范畴，比如说梁截面和板厚的选择，按计算和概念确定，

差不多了就可以获得了生命的大和谐。

小结

混凝

土含量优化控制可以从设计管理中控制，从设计过程中优化。



甲方设计管理者应将扩初阶段的砼含量，作为整个结构成本控制及优化的重中之重。



设计过程中的优化主要有：在扩初阶段将砼含量总量严格控制在合理范围内；将结构布置的含墙率控制在经验值范围内；施工图精细化设计时注意梁截面和板厚的选择。

结构优化之二宝剑：钢筋含量

分析

完剪力墙住宅结构中含砼量，再来给二花魁之含钢量扒皮，不对，该是渐宽衣带。

 案例 

 湖北某6度区99.7m常规剪力墙住宅结构，给出含钢量限额为40kg/m2。通过成本测算，实际含钢量数据为：

竖向墙柱含钢量为13.81kg/m2；

梁含钢量为12.01kg/m2；

板及楼梯含钢量为7.62 kg/m2；

二次结构及空调板其他含钢量为2.68kg/m2。

以上合计36.12kg/m2，低于限额指标约7%。

 分析 


 

这是比较笼统的成本数据，比如说边缘构件含量不明确，梁数据包含连梁等，对于具体的结构优化控制指导意义不是很明确——这怎

么整？官人，别猴急，好凡不怕晚哪。

抗水平力构件

本文

抗水平力构件指剪力墙、柱、连梁，是简单粗暴的将结构构件分类

。因为这类构件对于结构的刚度影响起决定性作用，同时扩初设计时，也主要是对此类构件调整来满足规范的结构指标。

若按照实际受力情况，结构构件受力情况包含各类工况，这里是抓住主要矛盾进行分析，然后团结一切可以团结的力量，呼死它。私认为，这样划分对于结构设计人员优化操作更具有量化概念和目标意义，对症下药，直怼病灶。于是：

墙柱：柱0.66kg/m2，墙体4.02kg/m2；

边缘构件9.13kg/m2；

连梁1.56kg/m2；

合计15.37kg/m2，占总体钢筋含量42.6%。

以上数据可得，边缘构件含钢量占抗水平力构件的59.4%，占主体钢筋量的25.3%。枪打出头鸟，边缘构件是施工图精细化设计的要害之处，此乃良家必争之地。结论就是，

墙体含钢量的优化主要是边缘构件优化。

边缘构件优化的控制点就是边缘构件的长度，长度小了，面积和配筋就跟着降下来。而边缘构件的长度又把墙长、墙体布置以及砼含量揪出来，没由来觉得步子迈大少少扯得疼。It’s a long story.

连梁钢筋量占比约10%，相对不多，接手的几个项目有一半注意不到这个细节，分层区间较大造成浪费，往往这种不显山不露水浪荡子偏爱出轨。

请看图：

可有似曾相识燕飞飞的感觉？竖起来曲线看就和水平力沿竖向楼层分布的曲线形出类似了。含钢量的突变在15%～30%之间，突变较为厉

害，肉不多但是有。

抗竖向力构件

本

文中

抗竖向力构件指梁(不含连梁)、板及楼梯。

其中梁(不含连梁)为10.45kg/m2，

板为6.96kg/m2，

楼梯为0.66kg/m2，

合计18.08kg/m2，占总体钢筋含量50.1%。

框架梁



有与连梁相同的性质，此处含量较大，梁编号较多，细节略显繁琐，

优化需核对配筋数据并按楼层进行分区。

板及楼梯基本给做穿了，常规配筋即可，类似脊骨，煲汤提鲜。

其他构件

本文中

其他构件指砌体墙加筋、构造柱、过梁、圈梁、空调板、反坎，线条等。

这里砌体墙加筋为1.03kg/m2，

构造柱为0.68kg/m2，

其他不表钢筋总量为2.68kg/m2。

这部分为

构造部分

，对房屋正常使用作用较大，比如墙面裂缝，涉及到后期业主投诉及维修，不建议抓得太紧，这里的费用属于

花小钱办大事

。主要下手的部位为附加线条等，该砍线条的砍，不该砍的线条

那只能砍砍建筑了。

小结

含钢量控制主要着重于施工图的精细化设计

，大雁飞过，一地鸡毛。以上纯碎以现有成本数据反推设计过程中需控制的关键点。

然而最最最重要的就是：

只要建筑不要搞什么稀奇古怪的、瞎扯淡的(这真不是我说的)，结构设计的经济性指标基本没问题。

结构是一个整体，结构优化的最关键点还是在方案阶段。



但是，方案阶段往往是另一家设计单位，而且实际情况又有几多地产在方案阶段来听结构来说两句呢，此乃约摸是结构专业无处安放的淡淡的忧伤吧。

总  结   

结构优化的两大宝剑：混凝土含量优化、钢筋含量优化。在钢筋混凝土结构中，混凝土和钢筋的关系密不可分，互相影响。

含

砼

量优化主要是将扩初乃至方案阶段作为重中之重，并重点控制结构布置时含墙率、施工图精细化设计时注意梁截面和板厚的选择。

而含钢量优化则主要按受力情况划分三大类构件（抗水平力构件、抗竖向力构件、其他构造构件）并着重于施工图的精细化设计。