建筑結構設計節約用鋼量的方法探討
來源：www.jkxsg.cn 發表時間：2021-01-15
文中分析了影響工程項目結構設計用鋼量的因素和要點，并提出了優化設計方案的途徑。
1、影響建筑設計用鋼量的因素
1.1自然因素。建筑物所處的地理位置不同，承受的外力也會有所不同，氣候條件、地震作用都是建筑結構設計需要考慮的方面，同時結構設計還需要掌握建筑自重以及建筑所處地區是否會頻繁的發生地震，這些因素都將會直接影響到建筑設計參數。建筑結構需要滿足質量標準，掌握影響結構穩定性的因素，并需要在此基礎上權衡各方面因素，適當增加用鋼量，從而可以降低溫差、風力等自然因素對建筑的影響，在建筑用鋼量增加的同時，還可以強化建筑抵御溫度應力的能力。
1.2平面布設。建筑結構平面設計需要考慮的因素較多，不僅需要在方案設計環節中分析施工環境、工程參數，還應該比對《建筑抗震設計》規范文件，并根據文件規定結合掌握的工程參數，并在對稱性原則以及規則性原則下，設計建筑結構，并掌握影響工程質量的外在因素，確定致使立面與平面結構不規則的原因后，需要利用計算機錄入各項工程參數，統計建筑結構受到的內力以及外力，根據建筑抗震設計要求，調整結構設計參數，提升建筑內部薄弱環節抵抗外力以及內力的能力，結構設計的變動勢必會導致建筑項目用鋼量發生變化，一般情況下都會增加工程的用鋼量。
1.3結構體系。建筑項目在動工前期，工作人員會對項目所在地進行實地勘察，掌握工程信息，并根據建筑抗震設計要求以及建筑結構設計要點，結合企業自身情況，從成本以及技術等層面出發，設計建筑結構方案，我國各省市的氣候特征均不相同，建筑結構設計應該考慮影響結構穩定性的因素，保證建筑結構穩定的基礎上設計結構方案，還需要將工程所用的經費控制在企業可承受水準下，建筑內部不同結構體系不僅會導致建筑結構穩定性不同，還會影響到施工的用鋼量。比如剪力墻結構體系與框架+剪力墻結構體系，雖然都可以滿足建筑單位對項目穩定性的要求，但是因為結構體系不同，建筑使用的用鋼量也會有較大的差異，前者用鋼量在50~70kg/m2區間內，后者用鋼量在90~120kg/m2區間中。
2、建筑結構設計節省用鋼量要點
2.1水平構件。水平構件部署是否合理，將會直接影響到建筑結構穩定性，建筑項目中的水平構件一般多指梁板構件，構件搭配需要從多角度、多層面分析，平衡結構內部荷載，抵消內部應力，按照力學概念，明確結構內部受力、傳力的方式，水平配件設計不能只從建筑結構穩定性方面考慮，隨著建筑行業的發展，施工作業還需要考慮到客戶對建筑外觀等方面的要求，在確保建筑整體質量達到標準的前提下，建筑項目必須具有絕佳的觀賞性，在科學的構件設計下，減少建筑用鋼量的同時，還可以保證項目呈現出良好的效果。建筑工程項目運行期間，為了達到減少用鋼量，并保證工程整體質量達到業主提出的要求，設計人員常采用豎向交通構建建筑簡體，建設多樁承臺，將其設計在墻體下方，采用這種構件布設方式，可以有效的規避剪力墻對樁造成的壓力，避免樁的薄弱部位受到壓力作用變形。
另一方面，還需要了解建筑結構內外載荷，設計配筋率，提升建筑結構抵抗外力的能力，考慮到建筑結構中的承臺可能受到剪力沖擊，致使建筑整體穩定性受到影響，為此需要在前期設計期間，提升承臺厚度或是提升相關部位混凝土的強度，從而抵消內部水平方向的剪力。建筑結構設計需要關注構件自身重量以及跨度，比如前一段時間裝修日常民居客廳，常應用板塊混凝土平板，其在50~70m2，左右大小的客廳空間中確實能夠滿足項目可靠性以及穩定性的要求，但是卻會因為鋼量使用過多，直接提升施工總成本，如果不能平衡構件自重與跨度間的關系，即便提升項目自身預應力，仍然無法規避材料消耗過多的問題。由于構件跨度直接影響到其在應用中的表現，為了不影響構件預應力，需要從構件自重方面下手，簡化樓板構造樣式，從而降低工程使用的用鋼量，現澆雙向空心樓板或是加輕質填充塊的密肋樓板均是當前房屋建設常用的手段。
2.2配筋結構。柱段結構設計需要掌握混凝土強度層級軸壓比，確定構造配筋方式，并依照柱主筋低配筋率，選擇工程所用的主筋規格，建筑項目中關于柱設計工作，需要結合以往施工經驗，確保建筑結構不會受到內部應力的沖擊，影響建筑整體的穩定性，并需要考慮到城市中高層建筑逐漸增多的實際情況，需要按照HRB400要求選擇各類柱的配筋率，為了防止柱結構因為偏心受壓影響內部承壓能力，還需要避免使用跨度大的邊柱，從而在滿足規定質量要求的同時，減少施工單位工程用鋼量。另外，選擇工程柱型號、設計相關作業方案期間，需要掌握柱形與其在建筑中承載能力間的關系，改變柱的外形，使柱中心受壓，平衡建筑結構內部應力。
3、建筑結構設計節約用鋼量的途徑
3.1應用高強鋼筋。建筑結構設計常用HRB400鋼筋，目前我國大力推廣的高強鋼筋為CRB600H，高強鋼筋CRB600H對HRB400鋼筋組成的化學成分進行適當的調整，改變了鋼材C、Mn、Si等元素的含量，進一步提升鋼材的強度以及剛度。高強鋼筋具備強度高的特性，并且可以解決混凝土構件中，鋼筋擁擠的問題，在提升鋼筋混凝土強度的同時，還可以縮減建筑的用鋼量。應用高強鋼筋過程中，施工人員需要在前期與技術人員、設計人員，商討施工圖紙，檢查節點配筋。當材料校對完成后，才可以上報總工程師，明確施工用鋼量，批準下單，滿足施工作業需要。
3.2完善構建設計。先，掌握導致建筑中柱用鋼量大幅度提升的原因，調整柱的鋼筋率以及布置位置，從而起到控制柱用鋼量的作用。明確建筑類型，掌握柱、墻的橫截面積，并需要根據工程結構設計規范要求，在保證混凝土強度滿足工程質量要求的前提下，降低柱軸壓比，從而減小柱截面大小，在保證項目結構穩定的同時，達到節約用鋼量的目的。梁結構設計期間，需要掌握鋼筋與混凝土搭配方式，以及不同搭配方式呈現的效果，并根據施工要求，優化混凝土與鋼筋配置，在此基礎上設計梁截面，將梁截面的寬度控制在0~350mm范圍內，采用這種方式控制梁截面，可以在確保截面尺寸不影響施工作業效果同時，減小工程所用的鋼量。隨著梁截面寬度的擴大，作業需要的用鋼量也會隨之增加，保證結構穩定性在規定范圍中。另外，可以在結構設計期間，在確保結構穩定值滿足規定要求的基礎上，減小鋼筋直徑，采用大直徑與小直徑結合配筋的方法等減少用鋼量［1］。
4、結語
在建筑行業高速發展的背景下，建筑行業需要關注建筑結構設計，還應該遵循可持續性戰略發展的要求，節約施工使用的鋼材，優化建筑結構方案，發現對建筑用鋼量的影響，掌握結構設計過程中，控制用鋼量的要點，并在方案設計期間，應用三級鋼筋、完善構建設計，在保證項目整體質量的同時，減少項目用鋼量。
