浅谈建筑结构设计中节约用钢量

张 希 代雪姣

（1.云南安泰建设工程施工图审查中心，云南，昆明，650228）

（2.西南有色昆明勘测设计院有限公司，云南，昆明，650051）

浅谈建筑结构设计中节约用钢量

张 希1代雪姣2

（1.云南安泰建设工程施工图审查中心，云南，昆明，650228）

（2.西南有色昆明勘测设计院有限公司，云南，昆明，650051）

建筑物单位面积用钢量是投资方关注的一个重要技术指标，结构设计在保证结构安全并满足设计规范构造要求的前提下，如何实现用降低用钢量，本文将给予全方位的分析，希望有助于设计人员加强结构概念设计并提高设计技术水平，树立重视技术经济指标意识

用钢量；宏观控制；微观入手；建筑规则性；配筋构造

一、前言

一栋钢筋混凝土结构建筑物，其单位面积用钢量的大小不仅反映出设计人员的技术水平，更重要的是成为投资方较为关注的指标之一，它将直接影响房产开发项目的经济效益，对此设计方应给予充分的理解和配合。

结构设计中在保证结构安全、各项配筋构造符合设计规范要求的前提下，如何减少用钢量，或者说如何使单位面积用钢量处于一个合理水准上，不仅是设计者的职责，而且是衡量设计单位技术水平和市场竞争力高低的重要标志。在签署委托设计合同时，内行的投资方往往提出对用钢量的限制条款，俗称“限额”设计，笔者认为一个设计作品“含钢量”的多少，往往建筑本身决定的，结构设计师的所能做的是通过专业知识对建筑的布置合理的优化，减少结构用钢量。

在设计过程中能否减少用钢量或者说用钢量是否为正常水准，主要有宏观和微观两方面的影响因素，前者指在建筑设计方案构思时，在满足投资方使用功能及建筑造型的条件下，是否具备采用合理结构体系的条件，它主要取决于建筑师的结构概念成熟程度及结构师的参与程度；后者指结构设计时，结构布置是否合理、构件截面（包括混凝土强度等级）是否合适、配筋构造是否科学等，它主要决定于结构工程师对结构布置和构件受力原理的掌握、对构件合理设计的经验以及对规范条文的理解程度等。下面将从这两方面展开并作详细论述。

二、影响用钢量的宏观控制

影响建筑物结构用钢量的宏观因素，主要是指结构的规则性。举个简单的例子，我们在教科书上的结构都是我们俗话所说的“火柴盒”其使用功能单一，立面简单，柱网整齐，结构规则整齐，传力途径明确，很明显那是为了教学，简化的结构，这样的结构作为规则的结构，配筋将是最小的；现在建筑功能复杂，立面变化装饰变化多样，所有诸多因素，造成结构变化影响结构的不规则，各类结构不规则，在设计规范中都有相关的判别计算方法，并给出了相关的加强措施，所谓加强措施，即各类结构不规则性的代价，这些代价或是加强结构构件，或是影响部分建筑功能（如设缝等）方法较多，不足而一，简单的概括可以理解为，所有的结构不规则性都是结构为适应建筑而产生，而为解决结构的不规则性对建筑产生的不利影响，必然是有代价的，这个代价当然也包含用钢梁的增加，造价的提高。作为设计人员应根据建筑的不规则性，作出判别并采取有针对性的加强，避免薄弱部位过早的破坏，导致结构破坏而对生命财产造成巨大的损失。

首先是建筑物的体型：（1）平面形状：若平面较规则、凹凸少则用钢量就少，反之则较多，每层面积相同或相近而外墙长度越大的建筑，其用钢量也就越多，平面形状是否规则不仅决定了用钢量的多少，而且还可衡量结构抗震性能的优劣，从这点上分析得知用钢量节约的结构其抗震性能未必就低。（2）竖向布置：这是指竖向体型的规则性和均匀性，即外挑或内收程度以及竖向刚度有否突变等。如侧向刚度从下到上逐渐均匀变化，则其用钢量就较少，否则将增多，较典型的有竖向刚度突变的设转换层的高层建筑。（3）抗侧力构件位置：刚度中心与质量中心相重合或靠近，或者抗侧力构件所在位置能产生较大的抗扭刚度，结构的抗扭效应小，因而结构整体用钢量就少，反之则多。在框架-剪力墙结构设计中由于剪力墙的布置不合理，形心与质量中心偏离大，造成结构扭转效应严重，对于结构的整体抗扭能力一般较难通过材料来解决，必要的时候只能通过调整结构布置解决；（4）其他由于建筑要求而出现的竖向构件的转换，大的错层、跃层等结构，由于其受力的复杂性以及截面较大，用钢量一般比正常结构要多。（5）竖向高宽比、平面长宽比、平面长度尺寸、 柱网尺寸、 层高等因素也会对用钢量产生影响，但这些往往是由于建筑本身的要求决定，建筑师一般都会注意这些问题。

在设计中许多年轻的设计人员一看到结构超筋信息，就认为是构件断面小，不能满足强度要求，想只要通过增加构件断面就能解决超筋的问题，结果是经过调整，解决了这边超筋的问题，那边又超筋了，有的是越调整结果越差，这时候最能看的出设计人员的设计概念，首先我们应当仔细分析超筋信息究竟是什么指标超限，现在进入计算机辅助设计的时代，结构也越来越复杂，结构设计更加注重概念设计，许多时候计算超限并不一定是构件强度不足，而是因为结构平面或竖向不规则，所引起的应力集中，导致的产生薄弱部位，按照结构设计的基本概念需要仔细分析，采取有针对性的措施，能够得到比较理想的结果。

三、影响用钢量的微观因素

影响建筑物结构用钢量的微观因素主要体现在结构工程师对结构设计的具体操作上，主要是构件的配筋构造。（1）构件的配筋构造：由于设计规范中有明确具体的规定，在设计中通常都不应违反，但在符合规范规定的前提下，仍有不少设计技巧能达到节省用钢量的目的。归纳起来主要是满足构件的承载力要求，同时也需要满足各类构件最小配筋率要求。充分利用混凝土构件刚度大，抗压性好的特点，钢筋则是抗拉强度高，抗剪性能较好，但对刚度的影响较小。对于受弯、抗剪等构件，对于梁，承受较大荷载的楼板等构件，优先使用高强度的钢筋，可使用HRB335、HRB400级，甚至HRB500级，对于柱、墙等构件，对于主要按照轴压比控制的构件，应充分利用混凝土的抗压强度，可选用满足设计要求的混凝土，对钢筋而言强度不一定要很高，只需要满足最小配筋率的要求，选用HRB335级、HRB400级即可，规范中允许HRB400级以上钢筋最小配筋率适当减小。（2）各类零星构件：许多零星构件如飘窗、坡顶、建筑装饰线条、装饰构件等，许多设计人员在设计过程中往忽略其做法，殊不知部分零星构件在部分建筑中由于量大，施工困难对建筑造价的影响不容忽视。部分设计人员按照混泥土整体浇筑简单的布置一下钢筋，直接后果就是设计及不合理不但施工极为困难，加大不必要的结构自重，成品质量难以保证，部分由于受力不合理还有安全隐患。（3）选择合理的材料，减轻非结构构件（如填充墙、装饰构件）的重量，结构地震作用的大小与结构自重成正比。

四、影响用钢量的其它因素

结构用钢量的多少还与建筑物抗震等级有关，相同的建筑物，设计8度抗震的肯定比7度抗震的用钢量多，这是不言而喻的，因此比较用钢量时应在相等或相近的条件下进行，否则将无法得出准确答案。即使抗震烈度相同，相同类型的建筑物所处的场地情况和基础型式不同，其用钢量也有相当大的差别。当场地地质条件较好时，其基础用钢量就很少。因此，在比较建筑物单位面积用钢量时，必须将地下结构与地上结构分别计算，否则将得不出实质性的结论。通过笔者统计普通的民用建筑的上部结构含钢量会在一个相对稳定的范围，当含钢梁偏离正常范围的1.3倍以上应仔细分析含钢量偏离较大的原因。

[1]《GB50010-2002》混凝土结构设计规范

[2]《GB50011-2010》建筑抗震设计规范

[3]《JGJ3-2002》 高层建筑混凝土结构技术规程

[4]《GB50007-2002》建筑地基基础设计规范

TU684

1674-3954（2011）03-0295-01

张希，1971年生，男，云南昆明人，大学本科学历，高级工程师、国家一级注册结构师、国家注册咨询工程师，研究方向：建筑工程。