高层建筑框架梁限额设计
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浅谈海口地区房地产住宅项目钢筋混凝土结构限额设计摘要:越来越多的房地产开发企业对设计单位提出限额设计,结合海口地区一部分房地产住宅工程的设计经验,对钢筋混凝土结构住宅项目的限额设计提出一些建议;列举海口地区一些实际住宅项目其用钢量及混凝土用量指标,以及一些房地产开发企业的限额控制指标要求,供参考比较。
关键词:结构;抗震设防烈度;房地产;住宅;造价;限额设计;用钢量;混凝土量自从2009年末国际旅游岛规划出台后,海南岛房地产市场进入了一个迅猛发展的阶段。
之后因国家陆续的房地产调控政策的影响,海南房地产市场发展过热受到抑制。
面对萎靡的市场,各房地产开发企业越来越注重控制建设成本,获得更大的利润空间,而设计阶段是工程造价控制的重点阶段,越来越多的房地产开发企业对设计单位提出限额设计。
这里的钢筋混凝土结构限额设计一般来讲主要是指在签订设计合同前,建设单位对设计单位的建筑结构单位面积的用钢量及混凝土量提出限制指标。
作为结构设计师,往往对这种数字游戏很是反感。
特别是海口地区,抗震设防烈度高,风压大,结构计算能够满足各种设计指标要求,结构能实现建筑方案已不容易。
海口地区受其先天的自然条件限制,建筑的用钢量及混凝土量一般都比较高,经常被建设单位拿来说事,轻者被要求优化结构,调整设计,重者被处罚或终止设计合同。
结合本人海口地区一部分房地产住宅工程的设计经验,对钢筋混凝土结构住宅项目的限额设计提出一些粗浅的看法,敬请指正。
一、限额设计的合理做法1、宏观控制,微观细致。
所谓宏观,就是在确定建筑方案时提出合理的结构概念方案,确定合适的结构体系,和结构布置;所谓微观,就是结构的构件配筋、连接节点以及大样做法等。
所以在建筑方案阶段结构设计师应介入,提出合理化建议,确定合理的结构方案。
结构建模计算时计算参数及荷载取值要准确,不要没有根据随意加大,施工图绘制时,满足计算结果,不任性,随意加大配筋量,要自信。
有些结构设计师从计算荷载取值到施工图构件配筋时层层加码,导致结构用钢及混凝土量不必要的增加,造成浪费,而结构安全度未必增加,反而可能会降低。
备注:
1、以上限额指标一览表指标按无转换考虑,若有转换,则转换构件的钢筋和混凝土量不
计入;
2、若后续通过各方专业之间的配合降低了建筑层高时,则以上限额指标不作调整。
3、地上部分指标计量说明:
(a)分子-钢筋混凝土用量:楼板、楼梯、空调板、梁、墙、柱、女儿墙等结构施工图所体现的结构构件的钢筋混凝土用量(不含搭接);不含二次结构中的
拉结筋、构造柱、过梁、屋顶构架、圈梁等构件的钢筋混凝土用量及措施
筋、施工损耗。
(b)分母-指标计量面积:建筑面积+(设备层、结构夹层)楼板面积
(c)地上指标是以备注中的平均层高为基准,若层高每再增减0.1m,含钢量增减
1.0kg/㎡,混凝土增减0.005 m3/㎡。
4、地下部分指标计量说明:
(a)分子-钢筋混凝土用量:基础底板(含承台)、梁、墙、柱、地库顶板、坡道及竖井等结构构件的钢筋混凝土用量(不含搭接);不含二次结构中的拉
结筋、构造柱、过梁、圈梁等构件的钢筋混凝土用量及措施筋、施工损耗,
不含基础垫层、地基处理及桩基础的钢筋混凝土用量(不包括上部建筑物在
±0.000以下且在地下室范围以外的部分)。
(b)分母-地库部分计量面积取地库平面范围内的面积;楼座投影下方部位计量面积取标准层楼座平面范围内面积。
(c)地下指标是以平均层高4.8米为基准,若层高每再增减0.1m,非人防含钢量增减1.0kg/㎡,混凝土增减0.005 m3/㎡;人防含钢量增减2.0kg/㎡,混
凝土增减0.005 m3/㎡。
(d)顶板覆土若每再增减0.1米,含钢量增减2kg/㎡,混凝土增减0.01 m3/㎡。
高层结构设计控制的七个比值及调整法(转cadking)高层结构设计需要控制的七个比值及调整方法高层设计的难点在于竖向承重构件(柱、剪力墙等)的合理布置,设计过程中控制的目标参数主要有如下七个:1、轴压比:主要为控制结构的延性,规范对墙肢和柱均有相应限值要求,见抗规6.3.7和6.4.6,高规 6.4.2和7.2.14。
6.4.2 抗震设计时,钢筋混凝土柱轴压比不宜超过表6.4.2的规定;对于Ⅳ类场地上较高的高层建筑,其轴压比限值应适当减小。
7.2.14 抗震设计时,一、二级抗震等级的剪力墙底部加强部位,其重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比不宜超过表7.2.14的限值轴压比不满足时的调整方法:1)程序调整:SATWE程序不能实现。
2)人工调整:增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。
2、剪重比:主要为控制各楼层最小地震剪力,确保结构安全性,见抗规5.2.5,高规3.3.13。
3.3.13 水平地震作用计算时,结构各楼层对应于地震作用标准值的剪力应符合下式要求:这个要求如同最小配筋率的要求,算出来的地震剪力如果达不到规范的最低要求,就要人为提高,并按这个最低要求完成后续的计算。
剪重比不满足时的调整方法:1)程序调整:在SATWE的“调整信息”中勾选“按抗震规范5.2.5调整各楼层地震内力”后,SATWE按抗规5.2.5自动将楼层最小地震剪力系数直接乘以该层及以上重力荷载代表值之和,用以调整该楼层地震剪力,以满足剪重比要求。
2)人工调整:如果还需人工干预,可按下列三种情况进行调整:a)当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时,说明结构过柔,宜适当加大墙、柱截面,提高刚度;b)当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时,说明结构过刚,宜适当减小墙、柱截面,降低刚度以取得合适的经济技术指标;c)当地震剪力偏小而层间侧移角又恰当时,可在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于1的系数增大地震作用,以满足剪重比要求。
地产集团结构设计限额控制指标地产集团研发中心二0—五年四月一日目录一、 总 则 ............................二 结构设计限额控制指标说明 .....................三、 附表 .....................................附表 A: 钢筋和混凝土含量统计表总则编制目的: 加强结构专业设计管理,做好限额设计和成本控制工作。
编制时间: 2015年4月主编单位: 地产集团研发中心使用说明:1. 项目结构材料用量指标(包括钢筋和混凝土)均不得大于本限额控制值。
各项目完成施工图预算统计后,按《钢筋和混凝土含量统计表》 (见附表A )的要求统计、上报。
2. 在结构方案定案与扩初设计之间,由设计院编写项目《结构统一技术措施》,经集团工程、地区公司设计管理部评审后,进行结构限额设计。
3. 本标准由地产集团研发中心负责管理和条文解释。
制订依据:《混凝土结构设计规范》 ( GB50010-2010)《建筑抗震设计规范》 ( GB50011-2010) 《高层建筑混凝土结构技术规程》 ( JGJ3-2010)《建筑结构荷载规范》 ( GB50009-2012) 《建筑地基基础设计规范》 ( GB50007-2011) 《建筑工程建筑面积计算规范》 ( GB/T50353-2013)错误! 未定义书签。
错误! 未定义书签。
6结构设计限额控制指标使用说明1. 结构材料用量指标计算规则为:计算范围内相应结构材料(包含梁、板、柱及女儿墙、拉板、凸窗板、空调板等(除构造柱、过梁、砌体拉筋、室外楼梯等二次构造)的钢筋(G和混凝土(V)用量除以计算范围内的“建筑面积”(M ,即钢筋用量指标=G/M kg/m2), 混凝土用量指标=V/M(nVm2)。
2. 统计结构材料用量指标所用的“建筑面积”为成本计算方式采用的《建筑工程建筑面积计算规范》GB/T50353-2013为准,其与建筑设计计算方式的规划面积主要差异处如下:3. 当项目存在留给装修加层的两层高房间面积(M7时,钢材用量计算规则为:结构钢材用量=[G+(8 〜10kg/m2)*M7]/ (M+M)4. 常规采用钢筋主要包括:直径6mm钢筋统一采用HPB300直径5、7、9mn钢筋统一采用CRB550直径8、10mm及以上钢筋统一采用HRB400也可以全部采用HRB40C钢筋。
中梁地产集团设计限额指标及管控办法中梁地产集团设计限额指标及管控办法1.中梁所有项目均应实行限额设计,限额指标详见附件1:《中梁地产集团设计限额指标表(XX年10月修订版)》(以下简称《限额指标表》);2.本限额指标用于指导项目公司进行施工图设计招标及签订设计合同,并作为签订设计合同的必备条件之一;项目公司进行施工图设计招标及签订设计合同前,应根据《限额指标表》和项目的实际情况上报限额指标,并在签订设计合同内明确规定超限额处罚条款:具体奖罚措施,严格执行集团研发设计中心标准设计合同规定;3.本限额指标,作为集团审核区域各阶段目标成本测算的重要依据,各区域公司应严格按此执行。
4.考虑项目实际进展情况,自本制度下发之日起,对未签订施工图设计合同的项目及以后新拿地项目严格按此管控办法执行。
5.对特殊地块及有特殊要求的项目,经多方案比选和多方测算依旧无法实现限额指标的,需提前报备集团项管中心和产品研发中心。
6.考虑各区域当地属性,如地下赠送面积可作为单独可售面积,经成本与售价分析比选后可实现利润最大化,可提前报备集团各中心审核确认。
7.本次xx年10月修订版指标发布后,原《结构设计限额指标(xx年3月修订版)》废止,《适配标准V2.0版》中相关数据与本修订版不一致的,以本次xx年10月修订版为准。
中梁地产集团xx年10月19 0 1/5附件1:中梁地产集团结构设计限额指标表(xx年10月修订版)编号指标名称指标控制值指标说明1标准层钢筋含量(Kg/m2)区域抗震等级2-4层4〜8层(W24m) 9〜19层(W60m) 20〜25 层(W80m) 26〜34 层(WlOOm)1.分子包含上部所有结构钢筋;含二次结构钢筋,不含措施筋和装饰性构件钢筋,不包括地下室顶板(一层底板)钢筋;2.分母二结构面积:包含计容面积+不计容面积部分(飘窗.入户花园.设备平台等+1/2两层高悬挑凸阳台);不包含无楼盖.无楼板的标准层镂空赠送面积;3.含钢量以层高2.9m为基准,每增加0. Im,含钢量限额可增加lKg/m2;4.有斜屋面的别墅,斜屋面钢筋按9Kg/m2单独计算;斜屋面混凝土按0. 1加3/itf单独计算;5.别墅内有挑高2层及2层以上空间的,挑空部分面积分层计入标准层面积,挑空楼板钢筋按8Kg/m2扣除;挑空楼板混凝土按0. Ilm3/m2扣除,在测算指标时,先从钢筋.栓总数量中扣除量,再除以面积。
1.目的本指引为集团范围内结构设计限额统一指标,以加强结构设计管理,控制结构设计成本,促进施工图设计质量的提高。
2.适用范围适用于集团内部操盘的所有住宅类工程项目。
3.流程和职责3.1本限额指标用于指导项目公司进行施工图设计招标及签订设计合同,作为签订设计合同的必备条件之一,并在施工图设计合同内明确规定超限额处罚条款,具体奖罚措施,严格执行集团研发设计中心标准设计合同规定;3.2如经设计院优化后限额指标仍无法满足限额设计要求的,可委托第三方对该项目进一步优化设计,优化结果报备项目管理中心和产品研发中心;3.3对于超出本指引适用范围的建筑类型或结构型式,可不执行本指引。
3.4本指引未明确之处,可单独报集团产品研发中心和项目管理中心,经集团商讨后确定。
3.5各地在不违背本指引基本原则的前提下,可自行制度本地区的限额指标要求,经集团产品研发中心、项目管理中心批准后施行。
4.主要依据4.1现行国家及地方规范4.2现行中梁地产相关制度5.结构限额定义5.1结构材料:结构限额指标涉及的结构材料包括钢筋和混凝土,具体为梁板柱、构造柱、过梁、女儿墙和拉板等构件的钢筋和混凝土;5.2结构用量:包括钢筋用量(G)和混凝土用量(V);5.3结构面积:结构成本计算面积(S) = S0+S1+ S2+…+ S7+ (S8/2)+ (S9/2);5.4钢筋用量指标= G / S (单位:kg/㎡);5.5混凝土用量指标= V / S (单位:m³/㎡)6.结构限额指标含量6.1钢筋用量:1)柱、梁、板、墙、基础等结构构件钢筋用量;2)砌体二次结构钢筋,具体包括构造柱、过梁、女儿墙等构件钢筋和砌体拉结筋,不含垫层、施工措施筋、建筑线脚和构架等钢筋用量;1、混凝土用量:1)柱、梁、板、墙、基础等结构构件混凝土,其中基础混凝土包含浅基础、筏板、基础梁和承台混凝土用量;2)构造柱、过梁、女儿墙混凝土,不含垫层、建筑线脚和构架等混凝土用量。
钢筋及混凝土设计限额指标钢筋及混凝土设计限额指标说明:1、本限额指标作为各下属公司一般工程结构含钢量及砼含量的上限,设计任务书中的设计限额指标应根据工程特点在此基础上进行调整,且不得超过本指标。
2、结构钢材及混凝土包含剪力墙、柱、梁、楼板、空调板、窗台板、阳台栏板、外墙线脚、屋顶构件等混凝土结构的受力及构造钢筋;不含施工措施及损耗部分钢筋、预埋件钢筋、圈梁、过梁、构造柱、砌体拉结筋、混凝土墙梁与砌体间加挂的钢丝网等。
3、结构面积S的定义如下:S=S1+S2+S3+S4S1= 建筑面积(不含架空层面积)S2=对于有顶盖的外挑阳台、露台、结构连接板等按一半面积计入结构面积;小于2.2米层高的全部楼板面积计入结构面积;凹阳台应全部计入结构面积;层高较高而未计入建筑面积的入户花园、走廊等上有顶盖的楼板面积应计入结构面积;空调板、建筑线脚等凸出构件不计入结构面积。
S3=未计入建筑面积的凸窗面积S4=楼板开洞所预留的“赠送面积”,此部分面积的钢筋含量指标比对应限额指标低8㎏/㎡,混凝土含量指标比限额指标低0.11m3/㎡。
4、本限额指标对应的上部结构均指无结构转换层的正常上部结构,当在三层或以上层数以上设有结构转换层(转换率在30%以上)时,转换层以上的上部结构钢筋限额指标可以提高2 kg/m2。
5、所有地下室均按照地下水位在地表以下1.5m以内的情况考虑,当地下水位低于此情况时,应酌情降低限额。
6、所有全地下室均按照覆土厚度为约1.2M考虑,当覆土厚度低(高)于此情况0.3米时,可酌情降低(增加)钢筋限额指标约5 kg/m2。
7、人防地下室按照6级人防标准考虑,若实际人防标准高于6级,可酌情考虑提高地下室人防范围的限额指标。
8、对于地下室,本限额指标对应的普通桩基础或其它非筏板基础,当采用整体筏板基础或整体桩筏基础时,应酌情考虑提高整体地下室钢筋限额指标约20 kg/m2,混凝土指标约0.20 m3/m2。
高层建筑框架梁限额设计
本文从经济性出发,按照限额设计的要求,基于高层建筑理想计算模型,讨论结构侧移特征,分析高层建筑最大层间位移出现的位置,提出“梁配筋图归并以楼层层间位移相近为原则”的归并理念,对施工图审查设计和施工有一定的参考价值和借鉴意义。
Key words:Lateral displacement characteristics;Most story drift;Quota design
1.问题提出
所谓限额设计,是指在保证各专业达到使用功能的前提下,按照房地产开发商分配的投资限额控制施工图设计,严格控制不合理的设计变更,确保总投资不被突破。
国内研究表明,工程设计费占工程全部费用的比重不到1%,但对工程造价的影响程度却高达75%,因此,房地产开发商纷纷提出限额设计的要求。
但是,有些设计人员的经济意识淡薄,单纯按“安全适用、技术先进”的目标进行设计,忽视“经济合理”的设计要求,无法满足开发商限额设计的要求。
比如,一幢18层的纯剪力墙结构民用住宅,有些设计人员把3-18层的梁配筋图归并为同一张施工图,也有些设计人员每隔三层归并为一张梁配筋施工图,没有掌握科学合理的归并方法,造成不必要的浪费。
限额设计是一项系统工程,本文从一个侧面入手,以高层建筑框架梁归并问题为着眼点,分析高层建筑水平位移的变形特点,探讨水平位移与框架梁配筋的关系,提出科学合理框架梁配筋归并方法,协调“安全适用、技术先进、经济合理”三者矛盾,做好限额设计。
2.高层建筑水平位移的变形特点
2.1 理想计算模型
将高层建筑视为一根竖直放置嵌固于基础的开孔、带横肋的巨型空间构架式悬臂梁,假定水平风荷载和水平地震作用沿建筑物的竖向分布呈倒三角形分布,如图1所示。
2.2 基于理想计算模型的高层建筑变形分析
(1)弯曲侧移变形
由结构力学,悬臂梁任一高度x处的弯矩为:
2.3 基于理想计算模型的高层建筑最大层间位移位置的确定
由(2)式和(4)式对x连续求二阶导数,分别有:
2.4 高层建筑最大层间位移位置的确定
对于一般的高层建筑结构,其在水平荷载作用下的侧移变形大都介于弯曲型和剪切型之间,其最大层间相对水平位移大都在上下的楼层,图3为PKPM空间结构分析软件对纯剪力墙层间位移的计算结果。
3.高层建筑水平位移与框架梁配筋之间的关系
3.1 水平位移的构成要素
水平荷载作用下的位移,通常由三部分构成:(1)楼层的整体剪切位移;(2)结构整体弯曲变形产生的侧移;(3)基础转动位移。
其中,楼层的整体剪切位移由楼层剪力引起,结构整体弯曲变形产生的侧移由水平荷载产生的倾覆力矩引起,而基础转动位移由地基变形引起的结构整体刚性转动所产生的位移。
3.2 各构成要素对结构的影响
对于高层建筑来说,基础转动发生楼盖的整体倾斜,下部楼层刚性转动所引起的位移对本层结构构件的变形并不产生直接影响,因此,直接引起结构構件变形的是本层构件所发生的整体剪切位移和结构整体弯曲变形产生的侧移。
3.3 高层建筑水平位移与框架梁配筋之间的关系
由结构力学基本理论,在楼层抗侧刚度一定的情况下,楼层发生的层间剪切位移越大,楼层层间剪力越大,墙端或柱端的弯矩越大,那么与墙或柱相连的框架梁弯矩就越大,梁配筋就越大。
同样,在楼层抗弯刚度一定的情况下,楼层发生的层间转角越大,墙端或柱端的弯矩越大,那么与墙或柱相连的框架梁弯矩就越大,梁配筋就越大。
4.框架梁配筋的归并方法
4.1归并方法
高层建筑框架梁的设计,设计人员应摒弃底部加强区以上每隔三层归并为一张梁配筋施工图的做法,应本着“梁配筋图归并以楼层层间位移相近为原则”的归并理念,根据高层建筑结构整体分析的计算结果,确定最大层间位移出现的位置,分析各楼层层间位移的数据,以最大层间位移出现的位置为基点,把层间位移相近的楼层归并为同一层,从而最终确定框架梁配筋图归并方案,以优化配筋,做到限额设计。
4.2 经济效益分析
某18层钢筋混凝土剪力墙结构民用住宅,20层,各层层高为3m,结构总高度为60m,地震烈度为0.15g,设计地震分组为一组,经PKPM三维空间计算程序的分析计算,其第4层的层间位移为 1.84mm,该楼层的框架梁用钢量为4.032t,第7层的层间位移为2.30mm,该楼层的框架梁用钢量为4.654t,显然,若将第4层和第7层的梁配筋归并为同一层,就相当于把第4层的框架梁用钢总量放大15%,造成不必要的浪费。
5.结论
本文以竖向悬臂梁为计算模型,建立高层建筑水平侧移方程,利用数理方法确定最大层间位移的位置,分析高层建筑水平位移与框架梁配筋之间的关系,提出“梁配筋图归并以楼层层间位移相近为原则”的归并理念,通过某一具体工程的经济效益分析,框架梁用钢总量可以节省15%,经济效益明显,对工程设计有一定的参考价值和借鉴意义。
参考文献
[1] 方鄂华.多层及高层建筑结构设计[M].北京:地震出版社,1992.
[2] 沈在康.混凝土结构设计新规范应用讲评[M].北京:中国建筑工业出版社,2003
[3] GB50011-2001 建筑抗震设计规范[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2001
[4] JGJ 3-2002高层建筑混凝土结构技术规程[M].北京:中国建筑工业出版社,2002
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【作者简介】吴延珍,男,国家一级注册结构工程师,院长,主要从事抗震理论分析与减震、隔震的研究。