建筑结构设计中节约用钢量的方法分析

2021-11-24张伯荣

商品与质量 2021年22期

张伯荣

浙江巨马游艺机有限公司浙江绍兴 311800

随着人们对于建筑的功能要求越来越高，使得建筑的规模不断增加，钢结构被广泛地应用到很多建筑结构设计中。但是，当前钢结构建筑还存在浪费用钢量的情况，不能满足可持续发展理念。所以，需要我们不断探究在建筑结构设计中，节约用钢量，从而保证施工企业的经济利益。

1 建筑设计用钢量的影响因素

1.1 竖向布置

竖向布置主要是指竖向体型的变化对用钢梁的影响。一般来说，竖向体型是否规则和均匀，能否会引起竖向刚度、内收及外挑程度的变化，将会直接决定用钢量，如果侧向刚度由上至下，变化均匀，此时用钢量就比较少。

1.2 平面形状

对于某些平面规则且光滑的建筑，其用钢量比较少；而对于某些外墙长度较大的建筑，其用钢量就比较多。另外，建筑平面形状是否规则，不仅与用钢量有关系，而且还与建筑抗震性能有联系，所以合理控制用钢量也能提高建筑的抗震性能[1]。

1.3 结构体系

在进行建筑项目施工之前，首先要对施工场地进行勘探，根据不同的地质情况，设计合理施工方案。另外，也要根据建筑抗震等级、结构要点和企业自身情况，充分考虑施工成本和施工工艺，确定最佳的设建筑计结构方案。由于我国地域辽阔，不同地区之间有着不同的气候环境，再加上建筑不同的结构体系，将会影响到建筑的质量和用钢量。所以，在保证建筑结构稳定性的前提下，还合理控制施工经费，减少施工的用钢量，保证施工企业的经济利益，实现节能减排。在实际的结构体系选择汇总，虽然剪力墙结构体系与框架+剪力墙结构体系都能满足对建筑结构的需求，但是由于结构体系的不同，会导致建筑的用钢量有着明显的不同，剪力墙结构体系的用钢量大约在50-70kg/m2，框架+剪力墙结构体系用钢量大约在90-120kg/m2。

2 建筑结构设计节约用钢量的途径

2.1 水平构件

在建筑项目中，水平构件一般指的是梁板等结构，其设计是否合理将会与建筑结构的稳固性有着直接联系，所以在进行水平构件设计的时候，不能只考虑建筑结构的稳定性，而忽略影响建筑结构的其他因素，需要以力学为基础，根据水平构件受力、传力的大小和方式，尽可能减少构件的内部应力，从而实现水平构件的最佳搭配。而且，随着人们对于建筑美观性的要求不断提高和国家大力提倡节能减排，在保证建筑结构稳定性的前提下，还需要确保建筑具有一定的美观性和减少建筑的用钢量，使得建筑行业能够良性发展。为了实现减少建筑工程的用钢量，在进行水平构件设计的时候，首先要保证工程的质量要求，然后采用竖向交通构建建筑简体，可以多构建几个桩承台，并将其设计于墙体下，通过该构件设计方法，不仅能够减少桩薄弱位置受到的压力，而且还能防止剪力墙对桩产生压力。另外，要想实现减少建筑用钢量，还需要设计配筋率，提高建筑结构自身的强度，可以通过提高承台厚度或者加钱某些部位混凝土的强度，使其能够不收外力的干扰，减少剪力对建筑结构承台的冲击影响，从而保证建筑结构的稳定性[2]。

2.2 竖向构件布置

结构设计人员在拿到建筑设计图纸和条件图之后，首先任务就是确定柱网的疏密及大小是否合理，判断剪力墙结构的布置是否合理，然后经过对比计算之后，选择最佳的建筑结构设计方案，这也是减少建筑结构用钢量的重要条件。在建筑结构设计时，由于墙体大多数为压弯构件，所以要合理设置墙柱截面，并配合应用构造配筋。而且，要合理选择强度等级的混凝土，保证混凝土的强度，根据轴压比标准来设计墙柱截面，尽量减少墙柱截面的面积，以减少用钢量。在进行竖向构件设计的过程中，需要尽量减少柱截面的种类，这也是减少建筑工程用钢量的基本条件。对于某些柱网疏密存在差异的建筑，如果其中某一根或者几根柱的轴力较大，需要增加截面的话，有时为了实现建筑工程的整齐性和美观性，会将柱的截面设计成相同截面，这样的做法就会增加建筑工程的用钢量。因此，在面对该问题的时候，最为恰当的做法就是，在某些轴力较大的柱追加芯柱，继而增加配箍率或者提高主筋的配筋率，同时使用韧性较大的钢筋来提高轴压比，从而实现控制截面尺寸而减少建筑结构用钢量的目的。另外，以竖向交通井道构造剪力墙筒体也是当前应用较多的设计，由于外围墙体会受到压力较大，内部墙体受到的压力较小，导致内外结构刚度的变化不一致，所以要根据结构设计刚度的要求，尽量减少筒体内部的厚度，从而减少墙体的用钢量[3]。

2.3 配筋结构

在进行柱段结构设计的时候，首先要了解混凝土强度层级轴压比，然后根据其结果来确定几种构造配筋的方法，经过多方面的考虑之后，选择配筋率较低的方案。其中，要保证所用的主筋规格能够满足工程的设计要求，需要进行多次试验，计算建筑结构内部应力，以保证建筑的稳定性。随着城市高层建筑不断增加，要合理选择各类柱的配筋率，避免出现柱结构由于偏心而影响内部承压能力，尽量减少使用跨度大的边柱，在保证建筑工程结构要求的前提下，选择用钢量较少的施工方案。另外，在进行选择工程柱型号的时候，要重点关注柱形与承载能力之间的联系，通过控制柱的外形，实现对建筑内部应力的控制，从而合理减少建筑结构的用钢量。