建筑結構設計中節約用鋼量的方法及其意義分析

李晶晶 （安徽建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230031）

1 引言

在開展建筑結構的整體設計時，設計人員需在提升該結構安全、可靠的前提下最大化地節約用鋼量，此理念既屬于施工企業的重點目標，也代表著設計人員的設計責任，只有適時縮減用鋼量，才能切實保障此類企業的整體競爭力。

2 建筑結構設計中節約用鋼量的意義

①在建筑結構中節約用鋼量可切實優化建筑物的整體結構，由于建筑設計會受到多重要素影響，比如，豎向布置、平面形狀、平面長度或其內部構件的位置，若結構設計不合理，不僅會影響工程建設的整體效果，還會增加用鋼量與額外的施工成本。在采用適宜的方式進行結構優化時，其實際施工的質量會獲得明顯提升，節約各項資源的同時，也會縮減用鋼量。

②節約用鋼量也符合我國當前對綠色建筑的整體要求，在開展工程建設與優化設計期間，只有借助良好的結構設計才能在施工前發現各項問題，針對性地解決各項問題后，保障建筑質量與環保要求。

3 建筑結構設計中節約用鋼量的有效方法

3.1 合理布置水平構件

通常來講，建筑結構中的水平構件為樓層內部的梁板，其布置的主要原則需嚴格遵循傳力受力的科學性，再以此為基礎達成適宜的視覺效果與使用效果。在開展水平構件設計的過程中，設計人員需適當節約用鋼量，避免內部構造的本末倒置問題。

例如，在設計某公共建筑樓層時，針對主軸尺寸較相似的結構單元，設計人員可將其設計成井字次梁；若兩邊的主軸尺寸帶有較明顯差別，要詳細劃分次框架與主框架，將其布置為交梁樓蓋，兩種板的跨度要保持在2m上下。對于住宅建筑來說，若正常開間的寬度為3m左右，其樓板的整體厚度需保持在100cm，在增加板跨的同時架構出交梁樓蓋。當建筑工程采用的鋼筋的強度較高時，其使板配筋需由內力掌控而非配筋構造，若設計人員沒能遵從該設計方式，則不僅浪費大量的建筑材料，還會增加額外的施工成本，影響建筑的整體質量。若在布置水平構件期間，盲目增加梁板且縮減各板間的跨度，則會增加用鋼數量，給樓面荷載帶來更多次傳遞，引發其受力不均勻隱患。

3.2 科學布置豎向構件

在提出建筑條件圖后，設計人員應依照該建筑的整體狀態來確認柱網大小的合理程度與疏密度是否科學，繼而完成剪力墻結構的設計與布置。

①在進行結構設計操作期間設計人員需科學設計墻柱截面，當前墻柱多屬壓彎構件，構造配筋會更多地使用在配筋量中，若混凝土整體的強度等級較合理，且其對應性數值符合軸壓比的評判標準，要合理掌控墻柱截面的面積，防止因截面積過大而增加用鋼量。

②針對豎向構件的結構設計，要科學運用柱截面的種類，1～2種為最佳使用數量。例如，當前部分建筑的柱網疏密的均勻程度不夠，設計人員要經過詳細考察增加某個柱網的截面，在完成該項工作后就要立即停止設計，保障用鋼量的數值，可部分建筑工程為達到美觀效果，盲目增加截面面積，該行為不僅降低了工程項目質量，還會無形中增加用鋼量。設計人員需與施工人員合作，架構出一種更為完善的措施，具體來說，設計人員可在柱網內部增加芯柱，提升主筋的配筋率與配箍率等，利用搭配而成的鋼筋改進其內部整體的軸壓比，繼而在掌控截面尺寸的前提下，提升建筑物的美觀效果。

③對于施工層面而言，若剪力墻的結構較完整、統一，除了會給施工帶來便利外，還會影響剪力墻內部的受力程度。由于剪力墻內部的隔墻要設置一定的支撐裝置，提升外圍墻軸受力程度，有效改進建筑結構的整體質量。若某建筑物的樓層較高，在設計墻柱截面時會存有一定的問題，不利于用鋼量的節約，因而設計人員需掌握該借助結構的模數，從整體結構上適時優化其內部用鋼數量，在削減施工難度的同時，完成豎向構件的設計。

3.3 提升配筋構造水準

①在開展柱的設計時，設計人員應掌握該建筑物中的截面尺寸、軸壓比與混凝土內部的強度等級，保證柱段設計為構造配筋。在計算柱體主筋的配筋率時，可依照相關公式，相較于低強度的鋼筋，高強度的鋼筋更有助于完成節約用鋼量的計劃。

例如，某建筑企業管理者在設計柱箍筋時，為同時加強工程質量與節約用鋼量，其采用的箍筋型號為HRB400，雖然HPB235柱箍筋在使用期間帶有些許優勢，但由于其強度較低，難以運用在多數高層建筑中。

此外，為有效縮減配筋率，設計人員要及時更改柱的豎向形態，若改變后仍難以承受其整體結構，可將梁柱頂部的節點改變成簡支，繼而滿足其中心受壓的整體效果。

②在進行梁設計的過程中，多數配筋由內力控制，在分析與研究梁箍配箍率與主筋最小的配筋率時，若想在梁上削減用鋼量，要合理控制混凝土內部的等級強度，且使用強度較高的鋼筋，其主要原因在于良好的混凝土等級，可縮減最小配筋率，而鋼筋性能則能全面改善梁的抗裂屬性。若建筑物中梁的截面寬度較小，設計人員可采用兩排鋼筋，既降低梁整體的高度，又提升建筑結構的整體質量，從某種程度上來說還能達到美觀效果。

3.4 優化樓板設計

在開展樓板設計期間，設計人員應嚴格管控該類樓板的整體厚度，通常來講，其多帶有混凝土性質，厚度在100mm左右，因而要以此為基礎逐步增加該類樓板的跨度，提升建筑結構中的內力控制。依照當前樓板跨度要求，設計人員需采用型號為HRB400的樓板配筋，以達到縮減用鋼量的整體效果。針對大跨度雙向板而言，由于底板的位置不同，其內力也存在根本性差異，在開展整體設計時，要盡量避免其內力配筋貫通整個鋼筋。為降低用鋼量，要借助分板來完成配筋的設計，當其內部各個板底筋的間距為100mm時，不必將每個鋼筋都放置到支座內，設計人員可根據實際情況切斷部分鋼筋。若板面要運用貫通面筋，其貫通配筋值可適當小于最小配筋率，繼而在達到規范要求的基礎上，節約用鋼總量。

3.5 改進抗震墻設計

在設計抗震墻的過程中，若為一般剪力墻結構，在該剪力墻抗震等級在一、二、三級且軸壓比超出規定限制時，要設置約束邊緣構件。具體來說，在開展抗震墻的設計時，既要科學截取截面，還要采用合理的方式來完成布置。比如，在運用構造配筋期間，技術人員需確認節點區內的墻段、箍筋與主筋等配筋率在標準范圍中，若建筑結構內的層級較高需提升配筋率，則經過合理的計算后，需將其控制在一定范圍內，避免用鋼量的大幅增加。

在設計構件期間，設計人員需挑選適宜的材料，當前運用較廣泛的材料為Q345與Q235兩種。一般來講，主結構內的鋼種要盡量單一化，也給工程管理提供更大地便利。此外，針對經濟角度而言，可采用多種鋼材組合的模式，由于其強度不同，在運用期間可發揮出不同的作用。若想增強建筑結構的整體強度，可挑選Q345；而運用Q235期間則能保證該類建筑的穩定性。設計人員還可采用先進的信息技術，對建筑結構中的截面進行合理演算，并匹配其內力結構的彈性計算方式，目前，多類結構軟件都具有截面驗算與處理功能。

4 總結

綜上所述，建筑工程內部的設計人員，需全面考慮節約用鋼量的具體要求，從多個層面保障其結構設計的定量與定性控制，在不斷提升其功能種類的情況下，營造多重布局條件，在保證其結構受力科學的同時，降低用鋼量。