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【摘 要】 结构设计中在保证结构安全、各项配筋构造符合设计规范要求的前提下，如何减少用钢量，或者说如何使单位面积用钢量处于一个合理水准上，不仅是设计者的职责，而且是衡量设计单位技术水平和市场竞争力高低的重要标志。
【关键词】 钢筋混凝土；住宅；钢筋用量
如何在保证结构安全和满足设计规范的前提下节省钢筋，是我们结构设计人员面对的重大课题。结构设计中影响钢筋用量的因素有宏观和微观两个方面。宏观因素是指建筑设计方案构思时是否采用了合理的结构体系；微观因素是指结构设计过程中，结构布置是否合理、构件截面是否合适、配筋构造是否科学等。
一、影响用钢量的宏观因素
影响建筑物结构用钢量的宏观因素，首先是建筑物的体型（平面长度尺寸及长宽比、竖向高宽比、立面形狀等），其次是柱网尺寸、层高以及主要抗侧力构件所在位置等。
1、平面长度尺寸：即结构单元是否超长，当建筑物较长，而结构又不设永久缝时就成为超长建筑。超长建筑由于必须考虑混凝土的收缩应力和温度应力，它相对于非超长建筑主要对待的仅是荷载产生的应力，其单位面积用钢量显然要多些。
2、平面长宽比：平面长宽比较大（如L/B=5—6）的建筑物，不论其是否超长，由于两主轴方向的动力特性（也即整体刚度）相差甚远，在水平力（风力或地震）作用下，两向构件受力的不均匀性造成配筋不均匀，使得其单位面积用钢量相对于平面长宽比接近1.0的建筑物要多，这是不言而喻的。
3、竖向高宽比：这主要针对高层建筑而言，高宽比大的建筑其结构整体稳定性肯定不如高宽比小的建筑，为了保证结构的整体稳定并控制结构的侧向位移，势必要设置较刚强的抗侧力构件来提高结构的侧向刚度，这类构件的增多自然使得用钢量增多。
4、立面形状：这是指竖向体型的规则性和均匀性，即外挑或内收程度以及竖向刚度有否突变等。如侧向刚度从下到上逐渐均匀变化，则其用钢量就较少，否则将增多，较典型的有竖向刚度突变的设转换层的高层建筑。
5、平面形状：若平面较规则、凹凸少则用钢量就少，反之则较多，每层面积相同或相近而外墙长度越大的建筑，其用钢量也就越多，平面形状是否规则不仅决定了用钢量的多少，而且还可衡量结构抗震性能的优劣，从这点上分析得知用钢量节约的结构其抗震性能未必就低。
6、柱网尺寸：包括柱网绝对尺寸及其疏密程度，它直接影响到楼盖梁板的结构布置。一般而言，柱网大的楼盖用钢量较多，反之虽则较少，但同时因柱数增多而使柱构件用钢量增加，其中柱端及梁柱节点区内加密箍筋的增加量几乎占全部增加量的50%。柱网尺寸较均匀一致不仅使结构（包括柱和梁）受力合理，而且其用钢量要比柱网疏密不一的要节省，这点似乎不难理解。
7、层高：对于高层建筑而言，层高与用钢量之间很难确定某种关系，换言之不能肯定层高对用钢量的影响究竟有多大。就柱的箍筋而言，总高度相同的建筑物，层高较小即层数较多，其配筋量反而较多，但按单位面积摊销后其用钢量可能反而更少。至于跨层柱，由于其受力的复杂性以及截面较大，用钢量一般比正常层高的柱要多。
8、抗侧力构件位置：刚度中心与质量中心相重合或靠近，或者抗侧力构件所在位置能产生较大的抗扭刚度，结构的抗扭效应小，因而结构整体用钢量就少，反之则多。
二、影响用钢量的微观因素
影响建筑物结构用钢量的微观因素主要体现在结构工程师对结构设计的具体操作上，首先是结构布置，其次是结构的配筋构造。
1、结构布置
（1）竖向构件布置。有关柱网大小疏密，基本上在建筑方案阶段已经确定。抗震墙的合理数量及合理位置一般也在结构工种介入方案设计过程中得到确定。结构设计的具体操作就是合理地确定墙柱截面。墙柱一般是压弯构件，其配筋量在多数情况下至少是多数部位都采用构造配筋，因此在其混凝土等级合理取值且满足轴压比要求的前提下，墙柱截面不宜过大，否则用钢量将随其截面增大而增加。
柱截面种类不宜太多是设计中的一个原则。合理经济的做法是对个别柱位的配筋采用加芯柱，加大配箍率甚至加大主筋配筋率或配以劲性钢筋以提高其轴压比，从而达到控制其截面尺寸的目的，这里运用的是个别处理总比大面积增加用钢量更科学经济的道理和做法。
利用竖向交通井道而形成的剪力墙筒体，其外围墙体对结构刚度的贡献最大，而内部墙体则贡献甚微。在满足结构总体刚度的前提下，筒体内部的剪力墙不宜过多过厚和过于零碎，否则会增加该部位墙体用钢量且对结构无大作用。从施工角度看，剪力墙形成的筒体越是完整划一，施工就越方便。从受力角度看，筒体内部隔墙若设梁支承于筒体外围墙上，从而增大外围墙的轴力，避免受拉，对其受力反而有利，尤其是内筒的角部处。
（2）水平构件布置。通常指的是楼层梁板构件，其布置原则
首先是受力传力合理，其次是使用效果（包括视觉效果）良好，最后才是用钢量的节省，设计中不能本末倒置，对于公共建筑的楼层，如结构单元两向主轴尺寸相近，则以两向井字次梁布置，如两向主轴尺寸相差较大，则区分主次框架，以典型的交梁楼盖布置。其中板跨控制在3m左右，板厚取100mm。对住宅建筑，在3.0∽4.5m正常开间情况下，楼板厚度为100—120mm，应尽量增大板跨，而没必要也不应凡遇隔墙就设梁，当采用高强钢筋时，应使板的钢筋由内力控制而非按构造配筋，否则将得不偿失，当板跨小，布梁多时肯定用钢量会增多，而且可能使楼面荷载多次传递，造成受力不合理。
（3）构件的配筋构造
由于设计规范中有明确具体的规定，故设计中通常都不应违反，但在符合规范规定的前提下，仍有不少设计技巧能达到节省用钢量的目的。
a、柱。设计中应通过混凝土强度等级的合理确定来控制其截面尺寸和轴压比，使绝大部分柱段都是构造配筋而非内力控制配筋。此时柱主筋就可以按规定的最小配筋率或比其略高的配筋率选择主筋规格。采用高强度钢筋比采用低强度钢筋更可节省用钢量，因此，对于高层建筑的柱的柱筋主张采用HRB335甚至HRB400，尽量避免采用HPB235钢筋。对于多层地下室中负一层以下的柱段，由于其抗震等级的降低可使轴压比提高，故节省用钢量的途径有以下几种，包括柱截面可与负一层一致而不需加大，非抗震结构的中柱节点区由于有四向梁与之连接，其箍筋可仅沿节点周边设置矩形箍而不需设置复合箍筋，多层及高层住宅建筑通常由于层高不大，柱主筋完全可以每两层连接一次，既减少了竖向钢筋的接头数量，又节约了钢筋。 b、梁。要使梁的用钢量不太高，一是混凝土强度等级不宜过高。二是采用高强度钢筋。前者不仅可降低最小配筋（箍）率，更重要的是有利于作为受弯构件的梁的抗裂性能。对截面宽度较小的梁，当配筋量较大时往往需要放2—3排钢筋，无疑将减小梁的有效高度。因此当不影响使用或建筑空间观感时，梁宽宜略为放大，尽量布置成單排主筋，以达到节省钢筋的目的。
跨度较大的悬臂梁，不论其承受的是均布荷载还是梁端集中荷载，具弯矩内力是急剧下降的，因此当面筋较多时，除角筋需伸至梁端外，其余尤其是二排钢筋均可在跨中截断，既节省钢筋又方便施工，是一种切实可行的方法。
c、楼板。前面已经提到现浇混凝土模板的厚度通常在100mm以上。在此条件下宜将板跨增大，使其配筋由内力控制而非构造配筋。按此结果楼板配筋只有采用HRB335或HRB400才能达到节省钢筋的目的。对于大跨度双向板，由于板底不同位置的内力存在差异，设计中不宜以最大内力处的配筋贯通整跨和整宽，为了节省钢筋，应该分板带配筋。当钢筋较密时，不需将每根钢筋都伸入支座，其中约半数钢筋可在支断前切断。当板面需要采用贯通面筋时，贯通筋的配筋通常不需要超过规定的最小配筋率，支座不足时再配以短筋，这样既符合规范规定又可节省钢筋。
d、抗震墙。抗震墙如能合理地布置，截面合理取值，其配筋多半不是内力控制而是构造配筋。这样其节点区主筋，箍筋以及墙段的水平分布筋的配筋率都可以按规范规定的最小配筋率配置。即使因建筑物的重要性等级提高而需要提高其配筋率，也应控制在较小的幅度内，否则将大幅增加用钢量。需要指出的是，抗震墙约束边缘构件中的箍筋配筋量也与钢筋的抗拉强度有关。因此为使其配置箍筋不过大，箍筋肢距不过密，使其配箍量不太高。抗震墙中的墙段竖向分布筋通常都不是由内力控制。其作用主要是固定水平分布筋，防止墙面出现水平收缩裂缝，故其间距通常取200mm，最小直径8mm，仅满足最小配筋率，不必随意提高其配筋量。
总之，钢筋混凝土结构设计中要做到节省用钢量，就必须全方位行动，宏观上给予定性掌握，微观上给予定量控制。
参考文献：
[1]顾元纬.如何在设计阶段降低工程建设成本[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版）.2008（02）：48—36
[2]陈荣华，陶小林，曹双和.高强钢筋锚固长度计算建议[J].山西建筑.2009（13）：77—63
[3]范涛，高春.钢—钢筋混凝土组合结构在住宅中的应用[J].油气田地面工程.2002（05）：56—44
[4]马超明.结构设计中裂缝控制对高强钢筋应用的影响[J].工程建设与设计.2010（04）：86—79
【关键词】 钢筋混凝土；住宅；钢筋用量
如何在保证结构安全和满足设计规范的前提下节省钢筋，是我们结构设计人员面对的重大课题。结构设计中影响钢筋用量的因素有宏观和微观两个方面。宏观因素是指建筑设计方案构思时是否采用了合理的结构体系；微观因素是指结构设计过程中，结构布置是否合理、构件截面是否合适、配筋构造是否科学等。
一、影响用钢量的宏观因素
影响建筑物结构用钢量的宏观因素，首先是建筑物的体型（平面长度尺寸及长宽比、竖向高宽比、立面形狀等），其次是柱网尺寸、层高以及主要抗侧力构件所在位置等。
1、平面长度尺寸：即结构单元是否超长，当建筑物较长，而结构又不设永久缝时就成为超长建筑。超长建筑由于必须考虑混凝土的收缩应力和温度应力，它相对于非超长建筑主要对待的仅是荷载产生的应力，其单位面积用钢量显然要多些。
2、平面长宽比：平面长宽比较大（如L/B=5—6）的建筑物，不论其是否超长，由于两主轴方向的动力特性（也即整体刚度）相差甚远，在水平力（风力或地震）作用下，两向构件受力的不均匀性造成配筋不均匀，使得其单位面积用钢量相对于平面长宽比接近1.0的建筑物要多，这是不言而喻的。
3、竖向高宽比：这主要针对高层建筑而言，高宽比大的建筑其结构整体稳定性肯定不如高宽比小的建筑，为了保证结构的整体稳定并控制结构的侧向位移，势必要设置较刚强的抗侧力构件来提高结构的侧向刚度，这类构件的增多自然使得用钢量增多。
4、立面形状：这是指竖向体型的规则性和均匀性，即外挑或内收程度以及竖向刚度有否突变等。如侧向刚度从下到上逐渐均匀变化，则其用钢量就较少，否则将增多，较典型的有竖向刚度突变的设转换层的高层建筑。
5、平面形状：若平面较规则、凹凸少则用钢量就少，反之则较多，每层面积相同或相近而外墙长度越大的建筑，其用钢量也就越多，平面形状是否规则不仅决定了用钢量的多少，而且还可衡量结构抗震性能的优劣，从这点上分析得知用钢量节约的结构其抗震性能未必就低。
6、柱网尺寸：包括柱网绝对尺寸及其疏密程度，它直接影响到楼盖梁板的结构布置。一般而言，柱网大的楼盖用钢量较多，反之虽则较少，但同时因柱数增多而使柱构件用钢量增加，其中柱端及梁柱节点区内加密箍筋的增加量几乎占全部增加量的50%。柱网尺寸较均匀一致不仅使结构（包括柱和梁）受力合理，而且其用钢量要比柱网疏密不一的要节省，这点似乎不难理解。
7、层高：对于高层建筑而言，层高与用钢量之间很难确定某种关系，换言之不能肯定层高对用钢量的影响究竟有多大。就柱的箍筋而言，总高度相同的建筑物，层高较小即层数较多，其配筋量反而较多，但按单位面积摊销后其用钢量可能反而更少。至于跨层柱，由于其受力的复杂性以及截面较大，用钢量一般比正常层高的柱要多。
8、抗侧力构件位置：刚度中心与质量中心相重合或靠近，或者抗侧力构件所在位置能产生较大的抗扭刚度，结构的抗扭效应小，因而结构整体用钢量就少，反之则多。
二、影响用钢量的微观因素
影响建筑物结构用钢量的微观因素主要体现在结构工程师对结构设计的具体操作上，首先是结构布置，其次是结构的配筋构造。
1、结构布置
（1）竖向构件布置。有关柱网大小疏密，基本上在建筑方案阶段已经确定。抗震墙的合理数量及合理位置一般也在结构工种介入方案设计过程中得到确定。结构设计的具体操作就是合理地确定墙柱截面。墙柱一般是压弯构件，其配筋量在多数情况下至少是多数部位都采用构造配筋，因此在其混凝土等级合理取值且满足轴压比要求的前提下，墙柱截面不宜过大，否则用钢量将随其截面增大而增加。
柱截面种类不宜太多是设计中的一个原则。合理经济的做法是对个别柱位的配筋采用加芯柱，加大配箍率甚至加大主筋配筋率或配以劲性钢筋以提高其轴压比，从而达到控制其截面尺寸的目的，这里运用的是个别处理总比大面积增加用钢量更科学经济的道理和做法。
利用竖向交通井道而形成的剪力墙筒体，其外围墙体对结构刚度的贡献最大，而内部墙体则贡献甚微。在满足结构总体刚度的前提下，筒体内部的剪力墙不宜过多过厚和过于零碎，否则会增加该部位墙体用钢量且对结构无大作用。从施工角度看，剪力墙形成的筒体越是完整划一，施工就越方便。从受力角度看，筒体内部隔墙若设梁支承于筒体外围墙上，从而增大外围墙的轴力，避免受拉，对其受力反而有利，尤其是内筒的角部处。
（2）水平构件布置。通常指的是楼层梁板构件，其布置原则
首先是受力传力合理，其次是使用效果（包括视觉效果）良好，最后才是用钢量的节省，设计中不能本末倒置，对于公共建筑的楼层，如结构单元两向主轴尺寸相近，则以两向井字次梁布置，如两向主轴尺寸相差较大，则区分主次框架，以典型的交梁楼盖布置。其中板跨控制在3m左右，板厚取100mm。对住宅建筑，在3.0∽4.5m正常开间情况下，楼板厚度为100—120mm，应尽量增大板跨，而没必要也不应凡遇隔墙就设梁，当采用高强钢筋时，应使板的钢筋由内力控制而非按构造配筋，否则将得不偿失，当板跨小，布梁多时肯定用钢量会增多，而且可能使楼面荷载多次传递，造成受力不合理。
（3）构件的配筋构造
由于设计规范中有明确具体的规定，故设计中通常都不应违反，但在符合规范规定的前提下，仍有不少设计技巧能达到节省用钢量的目的。
a、柱。设计中应通过混凝土强度等级的合理确定来控制其截面尺寸和轴压比，使绝大部分柱段都是构造配筋而非内力控制配筋。此时柱主筋就可以按规定的最小配筋率或比其略高的配筋率选择主筋规格。采用高强度钢筋比采用低强度钢筋更可节省用钢量，因此，对于高层建筑的柱的柱筋主张采用HRB335甚至HRB400，尽量避免采用HPB235钢筋。对于多层地下室中负一层以下的柱段，由于其抗震等级的降低可使轴压比提高，故节省用钢量的途径有以下几种，包括柱截面可与负一层一致而不需加大，非抗震结构的中柱节点区由于有四向梁与之连接，其箍筋可仅沿节点周边设置矩形箍而不需设置复合箍筋，多层及高层住宅建筑通常由于层高不大，柱主筋完全可以每两层连接一次，既减少了竖向钢筋的接头数量，又节约了钢筋。 b、梁。要使梁的用钢量不太高，一是混凝土强度等级不宜过高。二是采用高强度钢筋。前者不仅可降低最小配筋（箍）率，更重要的是有利于作为受弯构件的梁的抗裂性能。对截面宽度较小的梁，当配筋量较大时往往需要放2—3排钢筋，无疑将减小梁的有效高度。因此当不影响使用或建筑空间观感时，梁宽宜略为放大，尽量布置成單排主筋，以达到节省钢筋的目的。
跨度较大的悬臂梁，不论其承受的是均布荷载还是梁端集中荷载，具弯矩内力是急剧下降的，因此当面筋较多时，除角筋需伸至梁端外，其余尤其是二排钢筋均可在跨中截断，既节省钢筋又方便施工，是一种切实可行的方法。
c、楼板。前面已经提到现浇混凝土模板的厚度通常在100mm以上。在此条件下宜将板跨增大，使其配筋由内力控制而非构造配筋。按此结果楼板配筋只有采用HRB335或HRB400才能达到节省钢筋的目的。对于大跨度双向板，由于板底不同位置的内力存在差异，设计中不宜以最大内力处的配筋贯通整跨和整宽，为了节省钢筋，应该分板带配筋。当钢筋较密时，不需将每根钢筋都伸入支座，其中约半数钢筋可在支断前切断。当板面需要采用贯通面筋时，贯通筋的配筋通常不需要超过规定的最小配筋率，支座不足时再配以短筋，这样既符合规范规定又可节省钢筋。
d、抗震墙。抗震墙如能合理地布置，截面合理取值，其配筋多半不是内力控制而是构造配筋。这样其节点区主筋，箍筋以及墙段的水平分布筋的配筋率都可以按规范规定的最小配筋率配置。即使因建筑物的重要性等级提高而需要提高其配筋率，也应控制在较小的幅度内，否则将大幅增加用钢量。需要指出的是，抗震墙约束边缘构件中的箍筋配筋量也与钢筋的抗拉强度有关。因此为使其配置箍筋不过大，箍筋肢距不过密，使其配箍量不太高。抗震墙中的墙段竖向分布筋通常都不是由内力控制。其作用主要是固定水平分布筋，防止墙面出现水平收缩裂缝，故其间距通常取200mm，最小直径8mm，仅满足最小配筋率，不必随意提高其配筋量。
总之，钢筋混凝土结构设计中要做到节省用钢量，就必须全方位行动，宏观上给予定性掌握，微观上给予定量控制。
参考文献：
[1]顾元纬.如何在设计阶段降低工程建设成本[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版）.2008（02）：48—36
[2]陈荣华，陶小林，曹双和.高强钢筋锚固长度计算建议[J].山西建筑.2009（13）：77—63
[3]范涛，高春.钢—钢筋混凝土组合结构在住宅中的应用[J].油气田地面工程.2002（05）：56—44
[4]马超明.结构设计中裂缝控制对高强钢筋应用的影响[J].工程建设与设计.2010（04）：86—79