建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中節(jié)約用鋼量的方法及其意義分析

李晶晶 （安徽建筑科學(xué)研究設(shè)計院，安徽 合肥 230031）

1 引言

在開展建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計時，設(shè)計人員需在提升該結(jié)構(gòu)安全、可靠的前提下最大化地節(jié)約用鋼量，此理念既屬于施工企業(yè)的重點目標(biāo)，也代表著設(shè)計人員的設(shè)計責(zé)任，只有適時縮減用鋼量，才能切實保障此類企業(yè)的整體競爭力。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中節(jié)約用鋼量的意義

①在建筑結(jié)構(gòu)中節(jié)約用鋼量可切實優(yōu)化建筑物的整體結(jié)構(gòu)，由于建筑設(shè)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(nèi)部構(gòu)件的位置，若結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，不僅會影響工程建設(shè)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(jié)構(gòu)優(yōu)化時，其實際施工的質(zhì)量會獲得明顯提升，節(jié)約各項資源的同時，也會縮減用鋼量。

②節(jié)約用鋼量也符合我國當(dāng)前對綠色建筑的整體要求，在開展工程建設(shè)與優(yōu)化設(shè)計期間，只有借助良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計才能在施工前發(fā)現(xiàn)各項問題，針對性地解決各項問題后，保障建筑質(zhì)量與環(huán)保要求。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中節(jié)約用鋼量的有效方法

3.1 合理布置水平構(gòu)件

通常來講，建筑結(jié)構(gòu)中的水平構(gòu)件為樓層內(nèi)部的梁板，其布置的主要原則需嚴(yán)格遵循傳力受力的科學(xué)性，再以此為基礎(chǔ)達成適宜的視覺效果與使用效果。在開展水平構(gòu)件設(shè)計的過程中，設(shè)計人員需適當(dāng)節(jié)約用鋼量，避免內(nèi)部構(gòu)造的本末倒置問題。

例如，在設(shè)計某公共建筑樓層時，針對主軸尺寸較相似的結(jié)構(gòu)單元，設(shè)計人員可將其設(shè)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(gòu)出交梁樓蓋。當(dāng)建筑工程采用的鋼筋的強度較高時，其使板配筋需由內(nèi)力掌控而非配筋構(gòu)造，若設(shè)計人員沒能遵從該設(shè)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(zhì)量。若在布置水平構(gòu)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(shù)量，給樓面荷載帶來更多次傳遞，引發(fā)其受力不均勻隱患。

3.2 科學(xué)布置豎向構(gòu)件

在提出建筑條件圖后，設(shè)計人員應(yīng)依照該建筑的整體狀態(tài)來確認(rèn)柱網(wǎng)大小的合理程度與疏密度是否科學(xué)，繼而完成剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計與布置。

①在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計操作期間設(shè)計人員需科學(xué)設(shè)計墻柱截面，當(dāng)前墻柱多屬壓彎構(gòu)件，構(gòu)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(yīng)性數(shù)值符合軸壓比的評判標(biāo)準(zhǔn)，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(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，要科學(xué)運用柱截面的種類，1～2種為最佳使用數(shù)量。例如，當(dāng)前部分建筑的柱網(wǎng)疏密的均勻程度不夠，設(shè)計人員要經(jīng)過詳細考察增加某個柱網(wǎng)的截面，在完成該項工作后就要立即停止設(shè)計，保障用鋼量的數(shù)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(zhì)量，還會無形中增加用鋼量。設(shè)計人員需與施工人員合作，架構(gòu)出一種更為完善的措施，具體來說，設(shè)計人員可在柱網(wǎng)內(nèi)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(nèi)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(jié)構(gòu)較完整、統(tǒng)一，除了會給施工帶來便利外，還會影響剪力墻內(nèi)部的受力程度。由于剪力墻內(nèi)部的隔墻要設(shè)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(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。若某建筑物的樓層較高，在設(shè)計墻柱截面時會存有一定的問題，不利于用鋼量的節(jié)約，因而設(shè)計人員需掌握該借助結(jié)構(gòu)的模數(shù)，從整體結(jié)構(gòu)上適時優(yōu)化其內(nèi)部用鋼數(shù)量，在削減施工難度的同時，完成豎向構(gòu)件的設(shè)計。

3.3 提升配筋構(gòu)造水準(zhǔn)

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

例如，某建筑企業(yè)管理者在設(shè)計柱箍筋時，為同時加強工程質(zhì)量與節(jié)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(yōu)勢，但由于其強度較低，難以運用在多數(shù)高層建筑中。

此外，為有效縮減配筋率，設(shè)計人員要及時更改柱的豎向形態(tài)，若改變后仍難以承受其整體結(jié)構(gòu)，可將梁柱頂部的節(jié)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(shè)計的過程中，多數(shù)配筋由內(nèi)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(nèi)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(shè)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(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量，從某種程度上來說還能達到美觀效果。

3.4 優(yōu)化樓板設(shè)計

在開展樓板設(shè)計期間，設(shè)計人員應(yīng)嚴(yán)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(zhì)，厚度在100mm左右，因而要以此為基礎(chǔ)逐步增加該類樓板的跨度，提升建筑結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力控制。依照當(dāng)前樓板跨度要求，設(shè)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(nèi)力也存在根本性差異，在開展整體設(shè)計時，要盡量避免其內(nèi)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(shè)計，當(dāng)其內(nèi)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(nèi)，設(shè)計人員可根據(jù)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(dāng)小于最小配筋率，繼而在達到規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，節(jié)約用鋼總量。

3.5 改進抗震墻設(shè)計

在設(shè)計抗震墻的過程中，若為一般剪力墻結(jié)構(gòu)，在該剪力墻抗震等級在一、二、三級且軸壓比超出規(guī)定限制時，要設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。具體來說，在開展抗震墻的設(shè)計時，既要科學(xué)截取截面，還要采用合理的方式來完成布置。比如，在運用構(gòu)造配筋期間，技術(shù)人員需確認(rèn)節(jié)點區(qū)內(nèi)的墻段、箍筋與主筋等配筋率在標(biāo)準(zhǔn)范圍中，若建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)的層級較高需提升配筋率，則經(jīng)過合理的計算后，需將其控制在一定范圍內(nèi)，避免用鋼量的大幅增加。

在設(shè)計構(gòu)件期間，設(shè)計人員需挑選適宜的材料，當(dāng)前運用較廣泛的材料為Q345與Q235兩種。一般來講，主結(jié)構(gòu)內(nèi)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(jīng)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(fā)揮出不同的作用。若想增強建筑結(jié)構(gòu)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(wěn)定性。設(shè)計人員還可采用先進的信息技術(shù)，對建筑結(jié)構(gòu)中的截面進行合理演算，并匹配其內(nèi)力結(jié)構(gòu)的彈性計算方式，目前，多類結(jié)構(gòu)軟件都具有截面驗算與處理功能。

4 總結(jié)

綜上所述，建筑工程內(nèi)部的設(shè)計人員，需全面考慮節(jié)約用鋼量的具體要求，從多個層面保障其結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)受力科學(xué)的同時，降低用鋼量。