建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中節(jié)約用鋼量的方法分析

張伯榮

浙江巨馬游藝機(jī)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(guī)模不斷增加，鋼結(jié)構(gòu)被廣泛地應(yīng)用到很多建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。但是，當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)建筑還存在浪費(fèi)用鋼量的情況，不能滿足可持續(xù)發(fā)展理念。所以，需要我們不斷探究在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，節(jié)約用鋼量，從而保證施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。

1 建筑設(shè)計(jì)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(guī)則和均勻，能否會(huì)引起豎向剛度、內(nèi)收及外挑程度的變化，將會(huì)直接決定用鋼量，如果側(cè)向剛度由上至下，變化均勻，此時(shí)用鋼量就比較少。

1.2 平面形狀

對于某些平面規(guī)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(guī)則，不僅與用鋼量有關(guān)系，而且還與建筑抗震性能有聯(lián)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(jié)構(gòu)體系

在進(jìn)行建筑項(xiàng)目施工之前，首先要對施工場地進(jìn)行勘探，根據(jù)不同的地質(zhì)情況，設(shè)計(jì)合理施工方案。另外，也要根據(jù)建筑抗震等級(jí)、結(jié)構(gòu)要點(diǎn)和企業(yè)自身情況，充分考慮施工成本和施工工藝，確定最佳的設(shè)建筑計(jì)結(jié)構(gòu)方案。由于我國地域遼闊，不同地區(qū)之間有著不同的氣候環(huán)境，再加上建筑不同的結(jié)構(gòu)體系，將會(huì)影響到建筑的質(zhì)量和用鋼量。所以，在保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的前提下，還合理控制施工經(jīng)費(fèi)，減少施工的用鋼量，保證施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。在實(shí)際的結(jié)構(gòu)體系選擇匯總，雖然剪力墻結(jié)構(gòu)體系與框架+剪力墻結(jié)構(gòu)體系都能滿足對建筑結(jié)構(gòu)的需求，但是由于結(jié)構(gòu)體系的不同，會(huì)導(dǎo)致建筑的用鋼量有著明顯的不同，剪力墻結(jié)構(gòu)體系的用鋼量大約在50-70kg/m2，框架+剪力墻結(jié)構(gòu)體系用鋼量大約在90-120kg/m2。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)節(jié)約用鋼量的途徑

2.1 水平構(gòu)件

在建筑項(xiàng)目中，水平構(gòu)件一般指的是梁板等結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)是否合理將會(huì)與建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性有著直接聯(lián)系，所以在進(jìn)行水平構(gòu)件設(shè)計(jì)的時(shí)候，不能只考慮建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而忽略影響建筑結(jié)構(gòu)的其他因素，需要以力學(xué)為基礎(chǔ)，根據(jù)水平構(gòu)件受力、傳力的大小和方式，盡可能減少構(gòu)件的內(nèi)部應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)水平構(gòu)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(jié)能減排，在保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(yè)能夠良性發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)減少建筑工程的用鋼量，在進(jìn)行水平構(gòu)件設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先要保證工程的質(zhì)量要求，然后采用豎向交通構(gòu)建建筑簡體，可以多構(gòu)建幾個(gè)樁承臺(tái)，并將其設(shè)計(jì)于墻體下，通過該構(gòu)件設(shè)計(jì)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(chǎn)生壓力。另外，要想實(shí)現(xiàn)減少建筑用鋼量，還需要設(shè)計(jì)配筋率，提高建筑結(jié)構(gòu)自身的強(qiáng)度，可以通過提高承臺(tái)厚度或者加錢某些部位混凝土的強(qiáng)度，使其能夠不收外力的干擾，減少剪力對建筑結(jié)構(gòu)承臺(tái)的沖擊影響，從而保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[2]。

2.2 豎向構(gòu)件布置

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在拿到建筑設(shè)計(jì)圖紙和條件圖之后，首先任務(wù)就是確定柱網(wǎng)的疏密及大小是否合理，判斷剪力墻結(jié)構(gòu)的布置是否合理，然后經(jīng)過對比計(jì)算之后，選擇最佳的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，這也是減少建筑結(jié)構(gòu)用鋼量的重要條件。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于墻體大多數(shù)為壓彎構(gòu)件，所以要合理設(shè)置墻柱截面，并配合應(yīng)用構(gòu)造配筋。而且，要合理選擇強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，保證混凝土的強(qiáng)度，根據(jù)軸壓比標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)墻柱截面，盡量減少墻柱截面的面積，以減少用鋼量。在進(jìn)行豎向構(gòu)件設(shè)計(jì)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(wǎng)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(shí)為了實(shí)現(xiàn)建筑工程的整齊性和美觀性，會(huì)將柱的截面設(shè)計(jì)成相同截面，這樣的做法就會(huì)增加建筑工程的用鋼量。因此，在面對該問題的時(shí)候，最為恰當(dāng)?shù)淖龇ň褪牵谀承┹S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(shí)使用韌性較大的鋼筋來提高軸壓比，從而實(shí)現(xiàn)控制截面尺寸而減少建筑結(jié)構(gòu)用鋼量的目的。另外，以豎向交通井道構(gòu)造剪力墻筒體也是當(dāng)前應(yīng)用較多的設(shè)計(jì)，由于外圍墻體會(huì)受到壓力較大，內(nèi)部墻體受到的壓力較小，導(dǎo)致內(nèi)外結(jié)構(gòu)剛度的變化不一致，所以要根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)剛度的要求，盡量減少筒體內(nèi)部的厚度，從而減少墻體的用鋼量[3]。

2.3 配筋結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行柱段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先要了解混凝土強(qiáng)度層級(jí)軸壓比，然后根據(jù)其結(jié)果來確定幾種構(gòu)造配筋的方法，經(jīng)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(guī)格能夠滿足工程的設(shè)計(jì)要求，需要進(jìn)行多次試驗(yàn)，計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力，以保證建筑的穩(wěn)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(xiàn)柱結(jié)構(gòu)由于偏心而影響內(nèi)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(jié)構(gòu)要求的前提下，選擇用鋼量較少的施工方案。另外，在進(jìn)行選擇工程柱型號(hào)的時(shí)候，要重點(diǎn)關(guān)注柱形與承載能力之間的聯(lián)系，通過控制柱的外形，實(shí)現(xiàn)對建筑內(nèi)部應(yīng)力的控制，從而合理減少建筑結(jié)構(gòu)的用鋼量。

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)一步發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在建筑中也得到更加廣泛應(yīng)用。為了滿足可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，在保證鋼結(jié)構(gòu)建筑質(zhì)量的前提下，要節(jié)約建筑結(jié)構(gòu)中的用鋼量，并通過科學(xué)手段進(jìn)行完善，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)建筑經(jīng)濟(jì)性、合理性和穩(wěn)定性的特點(diǎn)，提高我國鋼結(jié)構(gòu)建筑的良性發(fā)展。