建筑結構設計中節約用鋼量的方法分析

張伯榮

浙江巨馬游藝機有限公司 浙江紹興 311800

隨著人們對于建筑的功能要求越來越高，使得建筑的規模不斷增加，鋼結構被廣泛地應用到很多建筑結構設計中。但是，當前鋼結構建筑還存在浪費用鋼量的情況，不能滿足可持續發展理念。所以，需要我們不斷探究在建筑結構設計中，節約用鋼量，從而保證施工企業的經濟利益。

1 建筑設計用鋼量的影響因素

1.1 豎向布置

豎向布置主要是指豎向體型的變化對用鋼梁的影響。一般來說，豎向體型是否規則和均勻，能否會引起豎向剛度、內收及外挑程度的變化，將會直接決定用鋼量，如果側向剛度由上至下，變化均勻，此時用鋼量就比較少。

1.2 平面形狀

對于某些平面規則且光滑的建筑，其用鋼量比較少；而對于某些外墻長度較大的建筑，其用鋼量就比較多。另外，建筑平面形狀是否規則，不僅與用鋼量有關系，而且還與建筑抗震性能有聯系，所以合理控制用鋼量也能提高建筑的抗震性能[1]。

1.3 結構體系

在進行建筑項目施工之前，首先要對施工場地進行勘探，根據不同的地質情況，設計合理施工方案。另外，也要根據建筑抗震等級、結構要點和企業自身情況，充分考慮施工成本和施工工藝，確定最佳的設建筑計結構方案。由于我國地域遼闊，不同地區之間有著不同的氣候環境，再加上建筑不同的結構體系，將會影響到建筑的質量和用鋼量。所以，在保證建筑結構穩定性的前提下，還合理控制施工經費，減少施工的用鋼量，保證施工企業的經濟利益，實現節能減排。在實際的結構體系選擇匯總，雖然剪力墻結構體系與框架+剪力墻結構體系都能滿足對建筑結構的需求，但是由于結構體系的不同，會導致建筑的用鋼量有著明顯的不同，剪力墻結構體系的用鋼量大約在50-70kg/m2，框架+剪力墻結構體系用鋼量大約在90-120kg/m2。

2 建筑結構設計節約用鋼量的途徑

2.1 水平構件

在建筑項目中，水平構件一般指的是梁板等結構，其設計是否合理將會與建筑結構的穩固性有著直接聯系，所以在進行水平構件設計的時候，不能只考慮建筑結構的穩定性，而忽略影響建筑結構的其他因素，需要以力學為基礎，根據水平構件受力、傳力的大小和方式，盡可能減少構件的內部應力，從而實現水平構件的最佳搭配。而且，隨著人們對于建筑美觀性的要求不斷提高和國家大力提倡節能減排，在保證建筑結構穩定性的前提下，還需要確保建筑具有一定的美觀性和減少建筑的用鋼量，使得建筑行業能夠良性發展。為了實現減少建筑工程的用鋼量，在進行水平構件設計的時候，首先要保證工程的質量要求，然后采用豎向交通構建建筑簡體，可以多構建幾個樁承臺，并將其設計于墻體下，通過該構件設計方法，不僅能夠減少樁薄弱位置受到的壓力，而且還能防止剪力墻對樁產生壓力。另外，要想實現減少建筑用鋼量，還需要設計配筋率，提高建筑結構自身的強度，可以通過提高承臺厚度或者加錢某些部位混凝土的強度，使其能夠不收外力的干擾，減少剪力對建筑結構承臺的沖擊影響，從而保證建筑結構的穩定性[2]。

2.2 豎向構件布置

結構設計人員在拿到建筑設計圖紙和條件圖之后，首先任務就是確定柱網的疏密及大小是否合理，判斷剪力墻結構的布置是否合理，然后經過對比計算之后，選擇最佳的建筑結構設計方案，這也是減少建筑結構用鋼量的重要條件。在建筑結構設計時，由于墻體大多數為壓彎構件，所以要合理設置墻柱截面，并配合應用構造配筋。而且，要合理選擇強度等級的混凝土，保證混凝土的強度，根據軸壓比標準來設計墻柱截面，盡量減少墻柱截面的面積，以減少用鋼量。在進行豎向構件設計的過程中，需要盡量減少柱截面的種類，這也是減少建筑工程用鋼量的基本條件。對于某些柱網疏密存在差異的建筑，如果其中某一根或者幾根柱的軸力較大，需要增加截面的話，有時為了實現建筑工程的整齊性和美觀性，會將柱的截面設計成相同截面，這樣的做法就會增加建筑工程的用鋼量。因此，在面對該問題的時候，最為恰當的做法就是，在某些軸力較大的柱追加芯柱，繼而增加配箍率或者提高主筋的配筋率，同時使用韌性較大的鋼筋來提高軸壓比，從而實現控制截面尺寸而減少建筑結構用鋼量的目的。另外，以豎向交通井道構造剪力墻筒體也是當前應用較多的設計，由于外圍墻體會受到壓力較大，內部墻體受到的壓力較小，導致內外結構剛度的變化不一致，所以要根據結構設計剛度的要求，盡量減少筒體內部的厚度，從而減少墻體的用鋼量[3]。

2.3 配筋結構

在進行柱段結構設計的時候，首先要了解混凝土強度層級軸壓比，然后根據其結果來確定幾種構造配筋的方法，經過多方面的考慮之后，選擇配筋率較低的方案。其中，要保證所用的主筋規格能夠滿足工程的設計要求，需要進行多次試驗，計算建筑結構內部應力，以保證建筑的穩定性。隨著城市高層建筑不斷增加，要合理選擇各類柱的配筋率，避免出現柱結構由于偏心而影響內部承壓能力，盡量減少使用跨度大的邊柱，在保證建筑工程結構要求的前提下，選擇用鋼量較少的施工方案。另外，在進行選擇工程柱型號的時候，要重點關注柱形與承載能力之間的聯系，通過控制柱的外形，實現對建筑內部應力的控制，從而合理減少建筑結構的用鋼量。

3 結語

隨著科學技術水平的進一步發展，鋼結構在建筑中也得到更加廣泛應用。為了滿足可持續發展戰略，在保證鋼結構建筑質量的前提下，要節約建筑結構中的用鋼量，并通過科學手段進行完善，充分發揮鋼結構建筑經濟性、合理性和穩定性的特點，提高我國鋼結構建筑的良性發展。